板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器制造技術

本發明專利技術涉及板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器有一個手掌和三個柔性手指組成，手掌有矩形和六邊形兩種結構；每個柔性手指結構相同，主要由一個內導向氣缸、一個直線導軌(亦可直線軸承)和二個板彈簧組成，作為骨架的板彈簧分別是變形板彈簧和抓取板彈簧，靠氣缸驅動產生抓持力。此末端抓持器應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的應用技術領域；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器有一個手掌和三個柔性手指組成，手掌有矩形和六邊形兩種結構；每個柔性手指結構相同，主要由一個內導向氣缸、一個直線導軌(亦可直線軸承)和二個板彈簧組成，作為骨架的板彈簧分別是變形板彈簧和抓取板彈簧，靠氣缸驅動產生抓持力。此末端抓持器應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的應用
；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。【專利說明】板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器
: 本專利技術涉及板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器，末端抓持器有一個手掌和三個柔性手指組成，手掌有矩形和六邊形兩種結構；每個柔性手指結構相同，主要由一個內導向氣缸、一個直線導軌(亦可直線軸承)和二個板彈簧組成，作為骨架的板彈簧分別是變形板彈簧和抓取板彈簧，靠氣缸驅動產生抓持力。此末端抓持器應用于易碎的脆性物體，或形狀、大小變化的異形物體的抓持，屬于機器人、機電一體化的應用
；與機器人本體聯接，尤其適用于食品、農產品、輕工產品的抓取、分揀和包裝等生產和物流領域。
技術介紹
: 針對輕工和食品行業的大規模生產狀況，為滿足形狀復雜、物性多樣的原材料、半成品、成品的物流和包裝的需要，為解決簡單勞動的用工成本高、勞動條件差等問題，需要物流抓取的末端抓持器。就抓取的復雜對象的種類:①易變形的軟性物體(面包、軟包裝物品)；②易碎的脆性物體(禽蛋、玻璃陶瓷制品)形狀不規則的、大小差別大的物體(瓜果、蔬菜)異形的、位置狀態混亂且難理順的物體(酒瓶、化妝品瓶)；從上可見，復雜對象的材料性質、形狀尺寸及位置狀態的差別較大。傳統工業機械手(末端抓持器)為夾鉗式或平行移動式結構，只能抓取形狀大小相同、位置狀態一致、不會破損的剛性工件。仿人靈巧手需要感知復雜對象的空間位置和形狀，需要精確控制運動和抓取力，否則會損壞復雜對象或不能可靠抓取，但目前仿人靈巧手尚處在實驗室研究階段。 傳統剛性機構是由運動副連接的剛性桿件組成的，進行運動、力或能量傳遞或轉換的機械裝置。柔順機構(Compliant Mechanisms)也能傳遞或轉換運動、力或能量,但與剛性機構不同，柔順機構不僅由運動副傳遞運動，還至少從其柔性部件的變形中獲得一部分運動。柔順機構的兩大優越性:降低成本(減少零件數目、減少裝配、簡化制造、減輕質量)和提高性能(提高精度、增加可靠性、減少磨損、減少維護)。 本專利技術末端抓持器的柔性手指就是一種柔順機構，板彈簧是柔順機構的變形元件，其特點是:對外載荷具有良好的柔性自由度和緩沖性能，因此抓取復雜對象時，柔性自適應性好。 本專利技術末端抓持器的關鍵部件是柔性手指，亦稱為柔性關節。本專利技術之前，授權專利(板彈簧骨架液氣動式柔性彎曲關節，ZL200410065130.X)提出了一種橡膠波紋管膨脹加載式氣動人工肌肉驅動器驅動的、板彈簧骨架的柔性彎曲關節，其缺點是:①橡膠波紋管氣動人工肌肉驅動器的內腔壓強不夠大，驅動力不夠大靠板彈簧作用，回復到初始伸直狀態；③隨著板彈簧的變形量越大，變形量的單位增量所需的人工肌肉內腔的壓強增量越大，板彈簧越難彎曲，亦即柔性手指的彎曲角度-氣壓的曲線斜率越來越小；④尤其是人工肌肉驅動下，板彈簧受到的拉應力隨人工肌肉內腔壓強增大而增大，需要增大板彈簧截面面積才能滿足強度要求，而增大板彈簧截面積的同時又會使板彈簧大變形的難度增加，減小了柔性關節輸出的抓取力。
技術實現思路
: 本專利技術克服了上述不足，本專利技術末端抓持器有三個柔性手指，每個柔性手指結構相同，柔性手指采用柔順四桿機構，四桿分別是:驅動桿(內導向氣缸Ia的活塞桿和活塞桿鉸鏈座12a組成)、長度可調的二力桿(左螺紋鉸鏈桿9a、螺紋套10a、右螺紋鉸鏈桿Ila組成)、滑座桿(鉸鏈支座7a、直線導軌滑塊6a組成)、柔性剛性的組合桿(變形板彈簧4a、直線導軌滑槽5a組成)。 驅動桿不是旋轉運動，而是內導向氣缸Ia活塞桿的直線運動，內導向氣缸Ia與變形板彈簧4a傾斜安裝。通過調節二力桿長度，可以設定二力桿與變形板彈簧4a的初始夾角，二力桿越短、初始夾角越大，二力桿越長、初始夾角越小；該初始角度直接影響變形板彈簧4a的受力情況，繼而決定其彎曲效果；內導向氣缸Ia啟動時，隨著其活塞桿的伸長，直線導軌滑塊6a —方面沿導軌滑槽5a滑動，另一方面推動變形板彈簧4a彎曲變形；直線導軌的存在使得變形板彈簧4a不受拉應力，只有彎曲變形；抓取板彈簧8a接觸到被抓物體后，直線導軌滑塊6a基本不動，二力桿與變形板彈簧4a起始端的夾角最終逐漸變大。 二力桿與變形板彈簧4a的夾角越大，使變形板彈簧4a產生彎曲變形的分力越大，增力效果越好。 根據被抓取物體，優化設計結構尺寸、兩個板彈簧特性參數和預緊角，達到要求的抓持接觸力時，內導向氣缸Ia內氣壓達到系統壓力，二力桿與直線導軌滑槽5a的夾角不斷增大，最終夾角超過直線導軌滑塊6a與直線導軌滑槽5a之間的摩擦角，產生自鎖，內導向氣缸Ia不用蓄能保壓裝置，也能保持安全抓持狀態。 本專利技術的主要解決方案是這樣實現的: 本專利技術末端抓持器的一種結構如附圖1、2所示，由三個柔性手指I和一個矩形手掌2組成。一個柔性手指I被安裝在矩形手掌2的左側對稱中心處，另外二個柔性手指I分別被安裝在矩形手掌2右側對稱中心的兩側。 本專利技術末端抓持器的另一種結構如附圖3、4所示，由三個柔性手指I和一個六邊形手掌3組成，三個柔性手指I分別安裝在六邊形手掌3的三個對應邊處。其中三個對應邊的內切圓半徑較大，適合大直徑物體抓取；三個對應邊的內切圓半徑較小，適合小直徑物體抓取。 如附圖5所示，前述的柔性手指I是一個部件，其安裝結構是:內導向氣缸Ia的前端法蘭用內六角螺栓固定在斜角板3a上，活塞桿鉸鏈座12a螺紋安裝在內導向氣缸Ia的活塞桿端部、并用螺母旋緊防松；指根板2a被螺釘固定在矩形手掌2或六邊形手掌3上，變形板彈簧4a的上端被螺栓螺母固定在指根板2a和斜角板3a之間，變形板彈簧4a的下端被螺栓螺母固定在直線導軌滑槽5a—端；活塞桿鉸鏈座12a與右螺紋鉸鏈桿Ila之間是鉸鏈聯接，鉸鏈支座7a與左螺紋鉸鏈桿9a之間鉸鏈聯接，鉸鏈支座7a用螺釘固定在直線導軌滑塊6a上，直線導軌滑塊6a在直線導軌滑槽5a上直線移動；左螺紋鉸鏈桿9a和右螺紋鉸鏈桿Ila均旋在螺紋套1a內、并用螺母旋緊防松；順、逆時針旋轉螺紋套10a，可使左螺紋鉸鏈桿9a和右螺紋鉸鏈桿Ila之間的相對距離增加或縮短；抓取板彈簧8a上端被螺栓螺母固定在直線導軌滑槽5a另一端，其下端是曲面，便于與被抓取物體接觸。 本專利技術與已有技術相比具有以下優點: (I)柔性手指采用內導向氣缸Ia代替橡膠波紋管氣動人工肌肉驅動器，承受的氣體壓強大，產生的驅動力大、產生的抓取力大；靠內導向氣缸Ia活塞桿反向作用，而不靠板彈簧作用，回復到初始伸直狀態。 (2)對材料性質、形狀尺寸及位置狀態的差別較大的復雜對象，通過抓取實驗和分析計算，再調節二力桿的長度，設定二力桿與變形板彈簧4a的初始夾角，這樣既保證了柔性自適應地可靠抓取、又不會損壞被抓物體，因此末端抓持器的通用性好本文檔來自技高網...

【技術保護點】
本專利技術涉及板彈簧的自鎖增力型柔順末端抓持器，其特征是：一個柔性手指(1)被安裝在矩形手掌(2)的左側對稱中心處，另外二個柔性手指(1)分別被安裝在矩形手掌(2)右側對稱中心的兩側，這是一種結構形式；三個柔性手指(1)分別被安裝在六邊形手掌(3)的三個對應邊處，這是另一種結構形式。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：章軍，王芳，朱飛成，張秋菊，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32