元與微爪連接頭的相鄰端面 之間通過第三彈性連接件彈性連接；所述的第二彈性連接件、第三彈性連接件的彈性剛度 均低于第一彈性連接件的彈性剛度；其中：
[0029] 鉤爪安裝頭101呈倒置的U形結(jié)構(gòu)，在框架的右側(cè)設(shè)置有定位安裝部112,分別為 第一定位安裝部、第二定位安裝部對應(yīng)的兩個圓孔，通過兩個圓孔連接于固定架2上；
[0030] 微爪連接頭102呈倒置的U形結(jié)構(gòu)；
[0031] 微爪單元103的下部設(shè)置有爪尖109,微爪單元有三個，分別為左、中、右三個微爪 單元構(gòu)成，微爪單元之間通過活動連接頭110順序相連，使得相鄰兩個微爪單元間可以在 平面內(nèi)小范圍的相對運(yùn)動，左邊微爪單元的左側(cè)設(shè)置有限位柱111，右邊的微爪單元的右側(cè) 設(shè)置有限位柱111 ;
[0032] 所述第一彈性連接件包括彈性連接件a、彈性連接件b，所述U形微爪安裝頭的封 閉端與U形鉤爪安裝頭的封閉端之間通過彈性連接件a連接，而U形微爪安裝頭的兩側(cè)臂， 分別與U形鉤爪安裝頭的兩側(cè)臂中相鄰的一個側(cè)臂通過彈性連接件b連接；所述第三彈性 連接件包括彈性連接件c、彈性連接件d，位于端部的微爪單元的外側(cè)端面通過彈性連接件 c與相鄰的U形微爪安裝頭側(cè)臂連接，每一個微爪單元均通過彈性連接件d與U形微爪安裝 頭的封閉端連接；彈性連接件a為兩組，彈性連接件b也為兩組，U形微爪安裝頭的一個側(cè) 臂安裝一組；彈性連接件c為兩組，每組包括上下兩個彈簧且對稱布置，U形微爪安裝頭的 一個側(cè)臂安裝一組；本實用新型所述的微爪單元為3個，因此，配置兩組第二彈性連接件， 每組包括上下兩個彈簧且對稱布置，分別置于相鄰的兩個微爪單元之間，另外，本實用新型 所述微爪單元、第二彈性連接件以及彈性連接件c在水平方向布置；彈性連接件d在豎直方 向布置，為三組，對應(yīng)于三個微爪單元布置。
[0033] 由此可知，彈性連接件c、彈性連接件d以及第二彈性連接件，將各微爪單元柔性 連接到U形微爪安裝頭的半包圍內(nèi)腔中，其中，第二彈性連接件完成相鄰兩個微爪單元之 間的柔性連接，并通過活動連接頭進(jìn)行限位；彈性連接件d完成各微爪單元在縱向上與微 爪安裝頭之間柔性連接，而彈性連接件c則完成端部的微爪單元與U形微爪安裝頭側(cè)臂間 的柔性連接；則第二彈性連接件、彈性連接件c的配合實現(xiàn)各微爪單元在橫向上與微爪安 裝頭之間的柔性連接；微爪單元、彈性連接件c、彈性連接件d以及第二彈性連接件構(gòu)成組 件(此處稱為鉤爪)，作為一個整體，通過彈性連接件a、彈性連接件b與U形鉤爪安裝頭柔性 連接，其中：彈性連接件a完成鉤爪在縱向上與U形鉤爪安裝頭之間的柔性連接，而彈性連 接件b完成鉤爪在橫向上與U形鉤爪安裝頭之間的柔性連接。
[0034] 附圖中，左側(cè)的彈性連接件cl04,其左端與微爪連接頭102外部的右側(cè)剛性相連 接，右端與鉤爪安裝頭101內(nèi)部的右側(cè)剛性相聯(lián)；彈性連接件bl07左端與鉤爪安裝頭101 內(nèi)部的左側(cè)剛性相連，右端與微爪連接頭102外部的左側(cè)剛性相連；彈性連接件al08包括 兩組豎直布置的彈簧，兩組彈簧并聯(lián)，彈性連接件a的上端與鉤爪安裝頭101內(nèi)部的上側(cè)剛 性連接，下端與微爪連接頭102外部的上側(cè)剛性連接；微爪連接頭102通過第二彈性連接件 106、彈性連接件bl07、彈性連接件al08柔性連接于鉤爪安裝頭101的內(nèi)部；
[0035] 本實用新型的微爪單元103可包含任意數(shù)量的微爪單元；
[0036] 本實用新型的彈簧可為彈性材料或者高分子材料；
[0037] 如圖4所示，本實用新型的可變剛度仿生鉤爪為片狀結(jié)構(gòu)，鉤爪101設(shè)置于固定架 102的溝槽103之間，與溝槽間構(gòu)成平面移動副，僅能在溝槽內(nèi)做平面滑動，不會產(chǎn)生垂直 方向的變形。
[0038] 本實用新型的變剛度力特性曲線如圖5所示，曲線的前半段，彈簧的剛度很弱，主 要是彈性連接件cl04、彈性連接件dl05以及第二彈性連接件106起作用，由于彈性連接件 cl04、彈性連接件dl05以及第二彈性連接件106的剛度很小，有利于爪尖靈活、快速地找到 最佳抓取點。曲線的右半段，彈簧的剛度較大，此時限位柱111與微爪連接頭102的內(nèi)部接 觸，彈性連接件cl〇4、彈性連接件dl05以及第二彈性連接件106失去作用，主要是彈性連接 件b 107以及彈性連接件al08起作用，彈性連接件b 107以及彈性連接件al08的剛度較大， 有利于產(chǎn)生較大的抓取力。由此可見，此變剛度特性能夠兼顧靈活、快速尋找抓取點和產(chǎn)生 較大抓取力這兩方面的要求。
[0039] 下面結(jié)合圖3、圖6對本實用新型的變剛度特性的原理進(jìn)行詳細(xì)說明，按照一般的 工作情況分析，中間與右側(cè)的兩個微爪單元爪尖勾住了墻面的粗糙凸起，并處于穩(wěn)定的抓 取狀態(tài)，此時，在這兩個微爪單元的爪尖上，產(chǎn)生抓取力F。中間和右側(cè)的兩個微爪單元帶動 左側(cè)的微爪單元一起向左側(cè)運(yùn)動，使得彈性連接件cl〇4、第二彈性連接件106產(chǎn)生彈性壓 縮變形，彈性連接件dl05也會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，當(dāng)限位接觸到連接架內(nèi)部右側(cè)時，彈性連 接件cl04、第二彈性連接件106、彈性連接件dl05失去作用；隨著抓取動作的繼續(xù)，抓取力 F進(jìn)一步增大，微爪單元將帶動微爪連接頭一起向左運(yùn)動，使得右側(cè)的彈性連接件bl07產(chǎn) 生彈性拉伸變形，左側(cè)的彈性連接件b 107產(chǎn)生彈性壓縮變形，與此同時彈性連接件al08產(chǎn) 生相應(yīng)的彈性變形。由于彈性連接件bl07、彈性連接件al08的剛度較大，因此，只需較小的 壓縮變形量即可產(chǎn)生足夠的抓取力。根據(jù)圖3 (抓取機(jī)構(gòu)不工作，各彈簧處于自由狀態(tài)時)、 圖6 (抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行抓取工作，各彈簧處于彈性變形狀態(tài)時）的對比可知：在整個抓取過程 中，各部件的位置和姿態(tài)都發(fā)生了變化，相應(yīng)的各彈簧均產(chǎn)生了彈性變形。
[0040] 本實用新型將仿生學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)的研宄成果應(yīng)用于爬升機(jī)器人的鉤爪的 設(shè)計，在鉤爪的結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了一定的創(chuàng)新，提供了一種結(jié)構(gòu)更加簡單、精妙，成本更低，更 加易于制造，抓取力更大，穩(wěn)定性更好的爬升機(jī)器人的抓取鉤爪，對于智能仿生爬升機(jī)器人 的實驗樣機(jī)試制以及實際應(yīng)用的推廣均具有重要意義。
【主權(quán)項】
1. 一種可變剛度仿生鉤爪組件，包括鉤爪安裝頭以及與鉤爪安裝頭彈性連接的鉤爪； 其特征在于：所述鉤爪包括微爪連接頭以及一個以上的微爪單元，每個微爪單元上均設(shè)置 爪尖；各微爪單元呈線狀依次串接，且位于端部的微爪單元的外側(cè)端面設(shè)置限位柱，相鄰的 兩個微爪單元之間、各微爪單元與微爪連接頭的相鄰端面之間均是彈性連接，同時鉤爪的 各組成部件之間的彈性連接剛度小于鉤爪與鉤爪安裝頭之間的彈性連接剛度；相鄰兩個微 爪單元之間還設(shè)置有活動連接頭。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可變剛度仿生鉤爪組件，其特征在于：鉤爪通過第一彈性連接 件與鉤爪安裝頭彈性連接；相鄰的兩個微爪單元之間通過第二彈性連接件彈性連接；各微 爪單元與微爪連接頭的相鄰端面之間通過第三彈性連接件彈性連接；所述的第二彈性連接 件、第三彈性連接件的彈性剛度均低于第一彈性連接件的彈性剛度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述可變剛度仿生鉤爪組件，其特征在于：所述鉤爪安裝頭以及微 爪安裝頭均呈U形狀；所述U形微爪安裝頭置于U形鉤爪安裝頭內(nèi)；所述第一彈性連接件包 括彈性連接件a、彈性連接件b，所述U形微爪安裝頭的封閉端與U形鉤爪安裝頭的封閉端 之間通過彈性連接件a連接，而U形微爪安裝頭的兩側(cè)臂，分別與U形鉤爪安裝頭的兩側(cè)臂 中相鄰的一個側(cè)臂通過彈性連接件b連接；所述第三彈性連接件包括彈性連接件c、彈性連 接件d，位于端部的微爪單元的外側(cè)端面通過彈性連接件c與相鄰的U形微爪安裝頭側(cè)臂連 接，每一個微爪單元均通過彈性連接件d與U形微爪安裝頭的封閉端連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述可變剛度仿生鉤爪組件，其特征在于：彈性連接件a的彈性伸 縮方向垂直于U形鉤爪安裝頭的封閉端，而彈性連接件b的彈性伸縮方向則垂直于U形鉤 爪安裝頭的側(cè)臂；彈性連接件c的彈性伸縮方向垂直于U形微爪安裝頭的封閉端，而彈性連 接件d的彈性伸縮方向則垂直于U形微爪安裝頭的側(cè)臂。
5. -種基于權(quán)利要求1所述的可變剛度仿生鉤爪組件的鉤爪機(jī)構(gòu)，其特征在于：包括 鉤爪組件以及固定架；所述固定架包括鉤爪安裝部和連接頭；鉤爪安裝部包括一 U形框，該 U形框中通過等間距布置隔板以形成安裝鉤爪組件的溝槽，鉤爪組件置于溝槽內(nèi)，且鉤爪組 件通過鉤爪安裝頭上的第一定位安裝部、第二定位安裝部與固定架定位連接；同時鉤爪組 件與溝槽之間滑動配合連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種可變剛度仿生鉤爪機(jī)構(gòu)及其鉤爪組件；該鉤爪組件，包括鉤爪安裝頭以及與鉤爪安裝頭彈性連接的鉤爪；所述鉤爪包括微爪連接頭以及一個以上的微爪單元，每個微爪單元上均設(shè)置爪尖；各微爪單元呈線狀依次串接，且位于端部的微爪單元的外側(cè)端面設(shè)置限位柱，相鄰的兩個微爪單元之間、各微爪單元與微爪連接頭的相鄰端面之間均是彈性連接，同時鉤爪的各組成部件之間的彈性連接剛度小于鉤爪與鉤爪安裝頭之間的彈性連接剛度；相鄰兩個微爪單元之間還設(shè)置有活動連接頭。由此可知：本實用新型所述鉤爪組件的變剛度特性能夠極大提高爬升機(jī)器人抓取的穩(wěn)定性，可提供更大的抓取力，能夠適應(yīng)更為復(fù)雜工作環(huán)境，具有更廣的應(yīng)用范圍。
【IPC分類】B62D57-024
【公開號】CN204309921
【申請?zhí)枴緾N201420513471
【發(fā)明人】徐豐羽, 王志惠, 蔣國平
【申請人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年9月5日