[发明专利]一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器

说明书

技术领域

本发明涉及一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，属于机器人、机电一体化的技术领域。

背景技术

针对农副产品中禽蛋、瓜果等抓取对象，其显著特征是材料性质、形状尺寸的差别较大。传统工业末端抓持器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，但仿人灵巧手尚处在实验室研究阶段，且成本高、对使用环境要求高。目前，此类物品的抓取主要靠形状适应的、易变形的吸盘吸取，但是真空耗能较大、成本较高。

现有柔性末端抓持器是以结构件的弹性变形为基础，满足抓取对象形状尺寸的适应性要求，其中Festo公司的MultiChoiceGripper（http://www.festo.com/cms/zh_corp/13706.htm）有两种结构，左图的一种是橡胶带的裹包抓取末端抓持器，采用了弓形的金属刚性骨架，靠橡胶带弹性变形裹包抓取；右图的另一种是手指部分为全橡胶材料的三角爪，采用了橡胶的柔性骨架（桁架结构），靠橡胶柔性骨架的弹性变形裹包抓取。工作原理：气缸推动手指转动，手指与物体接触状态是靠橡胶带或靠全橡胶手指的弹性变形，实现裹包抓取，不能指尖捏取方式抓取，而捏取方式抓取对被抓物体的空间位置状态和分布紧密程度的要求最低。

前述的末端抓持器均靠橡胶的弹性变形实现，但由于橡胶变形不是完全弹性的、且橡胶易老化，使得橡胶的弹性模量具有非线性变化的特点，接触力难以精确计算，从而控制就不得不采用复杂的模型和控制算法。尤其是全橡胶材料的三角爪的抓持接触力小，安全性差。

发明内容

本发明针对现有技术上述不足，提供了一种可捏取和裹包抓取的柔性末端抓持器，手指部分没有采用任何橡胶材料，采用一个可调扭矩的扭弹簧张紧的织带与被抓物品接触，接触力使织带克服扭弹簧的扭矩而被抽出、很好地裹包抓取物体；并采用一个变截面宽度异形板弹簧作为骨架，变截面宽度异形板弹簧变形既可提高织带的裹包抓取适应性，又可形成新的抓取方式——靠板弹簧指尖的曲面部分接触被抓物体的捏取方式。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明末端抓持器由一个手掌和三个柔性手指组成，末端抓持器靠导向气缸驱动产生抓持力。每个柔性手指结构相同，主要由一个导向气缸、一个扭弹簧张紧的织带和一个变截面宽度异形板弹簧骨架组成。

如附图1-3所示，末端抓持器的三个相同的柔性手指均布地安装在手掌盘1的导向槽中，靠手掌盘1上的中孔定位中心距。柔性手指由指根板2、导向气缸3、尼龙滚筒4、织带5、扭弹簧6、滚筒轴7、压条8、等宽压板9、异形板弹簧10、夹板11、铰链座12、推杆13、铰链头14、大带座轴承15、直角弯板16、小带座轴承17、垫块18组成。本发明末端抓持器的具体特征是：指根板2在手掌盘1的导向槽中导向，螺钉穿过指根板2上的腰形槽，将指根板2固定在手掌盘1上，指根板2上的腰形槽可以调节柔性手指的中心距；导向气缸3的尾部法兰被螺钉固定在指根板2，织带5卷绕在尼龙滚筒4上，织带5的一端靠压条8固定在尼龙滚筒4的缺口平面上，夹板11将织带5的另一端和异形板弹簧10的平面段共同夹紧固定在铰链座12上，异形板弹簧10的上端靠等宽压板9固定在指根板2，异形板弹簧10固定处的横向宽度与等宽压板9的纵向长度相等；尼龙滚筒4被沉头螺钉轴向固定在滚筒轴7的法兰台阶面上，滚筒轴7两端分别有大带座轴承15和小带座轴承17支撑，大带座轴承15和小带座轴承17均固定在指根板2；尼龙滚筒4和滚筒轴7中间有扭弹簧6，尼龙滚筒4端面有径向槽，将扭弹簧6一端的径向弹簧丝伸出段夹固在滚筒轴7上，扭弹簧6另一端的轴向弹簧丝伸出段穿过直角弯板16的小孔，直角弯板16安装孔在小带座轴承17安装孔螺钉头一侧，与小带座轴承17一起被固定在指根板2，小带座轴承17下有垫块18，以保证与大带座轴承15回转中心等高；铰链头14螺纹连接在导向气缸3活塞杆头部，并用螺母紧固；推杆13的两端均为铰链，分别与铰链座12和导向气缸3活塞杆上的铰链头14形成铰链联结。