流體驅(qū)動柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種流體驅(qū)動柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人手在機器人領(lǐng)域中有廣泛的用途，用于將機器人與物體臨時的連接和固定起來，并能夠在適當(dāng)?shù)臅r候進行釋放，前者實現(xiàn)了抓取物體，后者實現(xiàn)了放開物體。一般的機器人手為了降低成本被制作成具有兩個相對運動的部分，以便于最簡單的實現(xiàn)抓取和釋放功能。也有許多模仿人手的結(jié)構(gòu)，設(shè)計為具有更多的手指和手指上具有若干關(guān)節(jié)，但是那樣會帶來機械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和控制算法的復(fù)雜度和高昂的成本。部分機器人手具有適應(yīng)性，即在抓取前并未知曉要抓取的物體是何種形狀與大小，在抓取中也未對抓取的物體進行傳感檢測，但是卻可以自適應(yīng)地抓取，這種對于物體形狀、大小的自動適應(yīng)性能使得機器人手在實現(xiàn)更為廣泛抓取不同物體的同時并不增加傳感與控制需求。
[0003]Peter B.Scott在文獻(Peter B.Scott，“The，Omnigripper，: a form of robotuniversal gripper”，Robotica，vol.3:pp 153-158，1985)中介紹了一種機械被動式適應(yīng)物體形狀的通用夾持器Omnigripper。該夾持器具有兩組桿簇集合，每組桿簇集合有多個相互平行的長桿，這些由待抓物體推動而自由上下滑動的長桿達到了適應(yīng)物體形狀的目的，再結(jié)合驅(qū)動器驅(qū)動兩組桿簇靠攏或離開，實現(xiàn)對物體的抓持。舉例來說，當(dāng)機器人的末端靠向放置在某個支持面(如桌面)上的物體時，物體擠壓長桿使其向基座內(nèi)滑動，由于長桿數(shù)量較多，且長桿較細(直徑較小)，不同的長桿接觸到不同的物體表面點，各長桿向手掌內(nèi)的滑動距離不同，這種距離與物體的局部形狀有關(guān);之后，一左一右的兩組桿簇集合再合攏夾持住物體，利用長桿從側(cè)面夾持住物體，達到抓取目的。
[0004]該裝置的不足之處在于:
[0005](I)無法做到多向抓持。該裝置對目標(biāo)物體施加抓取力時，該抓取力只能沿著兩組桿簇集合合攏的方向，相當(dāng)于二指夾持器，產(chǎn)生的僅僅是一維夾持模式，夾持效果差。
[0006](2)對于特定方向放置的長條狀物體抓持失效。當(dāng)目標(biāo)物體與該方向平行且目標(biāo)物體在該方向上長于該裝置，則目標(biāo)物體不會因兩組伸縮桿合攏而受到抓持力，如抓取一個長條狀的物體。
[0007](3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗大。該裝置有2組桿簇集合，需要2個相互運動的可運動支承件(或運動基座)、一套直線導(dǎo)軌、2個滑塊、驅(qū)動器、傳動機構(gòu)等，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且要讓一個具有許多長桿的笨重桿簇集合運動是比較耗能的。
[0008](4)長期使用的可靠性差。所有長桿及滑槽均暴露在工作環(huán)境中，在充滿粉塵、飛絮的工廠車間環(huán)境中，長桿之間易夾入小的異物，滑槽中會因為積滿塵絮纖維而無法滑動，各種影響和減小使用壽命的因素很多，在多粉塵的食品、紡織、礦業(yè)開采等工廠車間中，塵土吸附集聚在長桿及滑槽中，大大影響長桿在基座中滑動效果，甚至產(chǎn)生故障。
[0009](5)抓持穩(wěn)定性有待提高。該裝置對目標(biāo)物體的抓持力僅由兩組桿簇集合合攏而產(chǎn)生，僅能采用抓持力的力封閉抓取物體，而缺少較好的包絡(luò)式形封閉抓取效果，因為，力封閉抓取物體未必一定會產(chǎn)生形封閉抓取，但是形封閉抓取一定包括了力封閉抓取，因此抓取穩(wěn)定性已達到形封閉為最好。
[0010]Eric Brown等人在文南犬(Eric Brown,Nicholas Rodenberga,John Amendb,AnnanMozeikac1Erik Steltzc,Mitchell R.Zakind1Hod Lipsonb,HeinrichM.Jaegera.Universal robotic gripper based on the jamming of granularmaterial.Proceedings of the Nat1nal Academy of Sciences of the United Statesof America(PNAS),vol.107,n0.44:18809-18814,do1:10.1073/pnas.1003250107,Sept.17,2010)中介紹了一種基于顆粒阻塞固化原理的通用機器人手。該機器人手包括可變形的膜皮、一個端口、濾網(wǎng)、放置在膜皮內(nèi)流體(如氣體)和大量顆粒材料(如咖啡顆粒)和流體源(例如栗或可排空容器)。
[0011]該裝置的工作原理為:膜皮中的顆?？稍谀て?nèi)自由運動，當(dāng)機器人的末端靠向放置在某個支持面的物體時，物體可以擠壓膜皮，使膜皮內(nèi)的顆粒受到擠壓而運動，不同顆粒在膜皮內(nèi)的運動程度不同，這種運動程度與物體的形狀有關(guān)，達到自適應(yīng)物體形狀的效果。之后，膜皮內(nèi)的流體被吸走，顆粒由于濾網(wǎng)的存在留在膜皮內(nèi)，顆粒由于相互擠壓摩擦產(chǎn)生阻塞固化效果，利用固化的顆粒群體隔著膜皮對物體產(chǎn)生接觸點，造成多指多點接觸抓取的效果，此外局部可能產(chǎn)生密封的低壓區(qū)域以獲得大氣壓力輔助抓取效果。
[0012]該裝置的不足之處在于:
[0013](I)該裝置采用大量的顆粒材料，顆粒材料的磨損會較大地減弱該裝置的使用壽命;
[0014](2)該裝置在抓取不同的物體時需要調(diào)節(jié)裝置內(nèi)顆粒的多少以更好地抓取不同的物體，極大地減小了其通用性；
[0015](3)該裝置需要將膜皮內(nèi)的流體幾乎全部抽吸走，能耗大，抓取耗時長，流體源(如栗)成本高，可排空容器體積大或可排空容器的壓力大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種流體驅(qū)動柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置。該裝置用于抓取物體，對物體大小和形狀具有自適應(yīng)性;達到對物體的多向抓持效果:能夠在多個方向?qū)ξ矬w提供抓持力，對不同方向放置的各種形狀(包括長條狀)物體均可有效抓持;結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、抓持快速、抓取物體耗時短;適合在比較惡劣(如存在較多粉塵、飛絮)的工作環(huán)境中使用，長期使用的可靠性好，使用壽命長、抓持穩(wěn)定性尚O
[0017]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0018]本發(fā)明設(shè)計的一種流體驅(qū)動柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，包括基座和K個滑動推桿;每個所述滑動推桿的一端滑動鑲嵌在基座中且滑動方向與該滑動推桿的中心線平行，所有所述滑動推桿的中心線相互平行;本發(fā)明提供的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:該流體驅(qū)動柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置還包括膜皮、流體、流體驅(qū)動源、K個活塞和K個簧件;所述基座包括K個通孔和至少一個端口 ；所述流體驅(qū)動源與端口相連；至少2個所述滑動推桿受力可彎曲且不受力時可復(fù)原;所述第i個活塞密封地滑動鑲嵌在第i個通孔中，所述通孔的頂部與外界大氣相通;所述第i個簧件的兩端分別連接基座與第i個滑動推桿，或者所述第i個簧件的兩端分別連接基座與第i個活塞;所述第i個滑動推桿與第i個活塞固接，所有所述滑動推桿的一端均從基座的同一側(cè)伸出；所述膜皮可變形，所述膜皮具有開口，所述膜皮包裹所有滑動推桿伸出基座的部分，所述膜皮的開口密封固接在基座上;所述膜皮、基座與所有活塞構(gòu)成一個對流體密封的腔室，流體密封在所述腔室中；所述端口為流體進入腔室的入口或離開腔室的出口；其中，K為大于I的自然數(shù);i = I，2，…，K;i為自然數(shù)。
[0019]本發(fā)明所述的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:還包括兩個端口，其中一個端口為第一端口，另一個端口為第二端口。
[0020]本發(fā)明所述的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述流體驅(qū)動源采用栗，所述栗與端口相連。
[0021 ]本發(fā)明所述的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述栗為可逆作用栗。
[0022]本發(fā)明所述的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述膜皮由柔性可排空的材料制成。
[0023]本發(fā)明所述的流體柔性桿簇自適應(yīng)機器人手裝置，其特征在于:所述膜皮由乙烯基、彈性材料、涂層布