[实用新型]一种气动刚性可调的双柔性多指手爪

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种气动刚性可调的双柔性多指手爪，属于机器人、机电一体化的应用技术领域；与机器人本体联接，尤其适用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣和包装等生产和物流场合。 

背景技术：

针对轻工和食品行业的大规模生产状况，为满足形状复杂、物性多样的原材料、半成品、成品的物流和包装的需要，为解决简单劳动的用工成本高、劳动条件差等问题，需要物流抓取多指手爪。就抓取的复杂对象的种类：①易变形的软性物体(面包、软包装物品)；②易碎的脆性物体(禽蛋、玻璃陶瓷制品)；③形状不规则的、大小差别大的物体(瓜果、蔬菜)；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)；从上可见，复杂对象的材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大。传统工业多指手爪为夹钳式或平行移动式结构，只能抓取形状大小相同、位置状态一致、不会破损的刚性工件。仿人灵巧手需要感知复杂对象的空间位置和形状，需要精确控制运动和抓取力，否则会损坏复杂对象或不能可靠抓取，但目前仿人灵巧手尚处在实验室研究阶段。 

传统刚性机构是由运动副连接的刚性杆件组成的，进行运动、力或能量传递或转换的机械装置。柔顺机构(Compliant Mechanisms)也能传递或转换运动、力或能量，但与刚性机构不同，柔顺机构不仅由运动副传递运动，还至少从其柔性部件的变形中获得一部分运动。柔顺机构的两大优越性：降低成本(减少零件数目、减少装配、简化制造、减轻质量)和提高性能(提高精度、增加可靠性、减少磨损、减少维护)。 

本实用新型多指手爪的柔性手指就是一种柔顺机构，板弹簧是柔顺机构的变形元件，其特点是：对外载荷具有良好的柔性自由度和缓冲性能，因此抓取复杂对象时，柔性自适应性好。 

本实用新型多指手爪的关键部件是柔性手指，亦称为柔性关节。本发明创造之前，授权专利(板弹簧骨架液气动式柔性弯曲关节，ZL200410065130.X)提出了一种橡胶波纹管膨胀加载式气动人工肌肉驱动器驱动的、板弹簧骨架的柔性弯曲关节，其缺点是：①橡胶波纹管气动人工肌肉驱动器的内腔压强不够大，靠板弹簧作用，回复到初始伸直状态；②板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度不能调节，抓取物体的通用性不够好；③随着板弹簧的变形量越大，变形量的单位增量所需的人工肌肉内腔的压强增量越大，板弹簧越难弯曲，亦即柔性手 指的弯曲角度-气压的曲线斜率越来越小；④尤其是人工肌肉驱动下，板弹簧受到的拉应力随人工肌肉内腔压强增大而增大，需要增大板弹簧截面面积才能满足强度要求，而增大板弹簧截面积的同时又会使板弹簧大变形的难度增加，人工肌肉输出力增加了使板弹簧变形的作用力，减小了柔性关节输出的抓取力。 

发明内容：

多指手爪有一个手掌和三个柔性手指组成，手掌有矩形和六边形两种结构；每个柔性手指结构相同，主要有一个内导向气缸和一个板弹簧组成；作为骨架的板弹簧被分为变形段和抓取段，两段长度可相对调节，故称双柔性；靠气缸驱动产生抓持力，此多指手爪应用于易碎的脆性物体，或形状、大小变化的异形物体的抓持。 

本实用新型克服了上述不足，本实用新型多指手爪有三个柔性手指，每个柔性手指结构相同，柔性手指采用柔顺四杆机构，四杆分别是：驱动杆(内导向气缸1a的活塞杆和活塞杆铰链座5a组成)、柔性杆(即板弹簧4a)、长度可调的二力杆(左螺纹铰链杆8a、螺纹套9a、右螺纹铰链杆10a组成)和位置可调的支座杆(压板6a、铰链支座7a组成)。 

驱动杆不是旋转运动，而是内导向气缸活塞杆的直线运动。通过调节二力杆长度，使板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度可以调节；二力杆长度越短，板弹簧弯曲部分(即变形段)的长度越短；二力杆长度越短，气缸行程越短，初始状态时二力杆与板弹簧的夹角越大，板弹簧的弯曲效果越好。 

本实用新型的主要解决方案是这样实现的： 

如附图1、2所示，本实用新型多指手爪的一种结构：有三个柔性手指1和一个矩形手掌2组成。一个柔性手指1被安装在矩形手掌2的左侧对称中心处，另外二个柔性手指1分别被安装在矩形手掌2右侧对称中心的两侧。 

如附图3、4所示，本实用新型多指手爪的另一种结构：有三个柔性手指1和一个六边形手掌3组成。三个柔性手指1分别被安装在六边形手掌3的三个对应边处。其中三个对应边的内切圆半径较大，适合大直径物体抓取；三个对应边的内切圆半径较小，适合小直径物体抓取。