一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法，機(jī)械手主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片和電磁閥，觸手模仿章魚(yú)觸手形狀，成不規(guī)則長(zhǎng)條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，觸手內(nèi)部均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對(duì)應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過(guò)橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連；橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥；每?jī)山M橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片，通過(guò)應(yīng)變片信號(hào)的反饋及與電磁閥和電氣比例閥之間的配合，實(shí)現(xiàn)球形調(diào)壓型腔產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過(guò)對(duì)多組調(diào)壓型腔控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體纏繞。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開(kāi)了，機(jī)械手主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片和電磁閥，觸手模仿章魚(yú)觸手形狀，成不規(guī)則長(zhǎng)條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，觸手內(nèi)部均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對(duì)應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過(guò)橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連；橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥；每?jī)山M橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片，通過(guò)應(yīng)變片信號(hào)的反饋及與電磁閥和電氣比例閥之間的配合，實(shí)現(xiàn)球形調(diào)壓型腔產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過(guò)對(duì)多組調(diào)壓型腔控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體纏繞。【專利說(shuō)明】
本專利技術(shù)涉及機(jī)器手領(lǐng)域，特別是。技術(shù)背景機(jī)械手又稱夾持類末端執(zhí)行器，不論其應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人或更專業(yè)的特定場(chǎng)合，其基本目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的抓取功能。常用的機(jī)械手部為兩-三指或變形指，但這類機(jī)械手部通常針對(duì)固定形狀或外形存在類似結(jié)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)，存在抓取緩慢，且適應(yīng)性不強(qiáng)的問(wèn)題。隨后，部分科研工作者對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械手部進(jìn)行改造外，打破原有純機(jī)械結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了氣吸式和磁吸式末端執(zhí)行器。這類執(zhí)行器在大型、易碎或柔軟類工件的抓取中展露頭角，同時(shí)由于特殊的作用方式以及氣源和磁力源通斷控制方便使抓取過(guò)程更加快速穩(wěn)定。氣吸式手部主要是利用真空吸盤吸附住物體實(shí)現(xiàn)抓取，適用于板材的抓取，或針對(duì)特定物體的吸附表面進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以其使用范圍受物體表面形狀限制，使用范圍較小。磁吸式手部主要是利用電磁吸盤來(lái)完成工件的抓取，通過(guò)電磁線圈中電流的通斷來(lái)完成吸附操作。但它只能適用于磁性材料、吸附完成后有殘余磁性等，使其適用受到一定的限制。為滿足末端執(zhí)行器抓取功能更加廣泛的適應(yīng)性，仿生學(xué)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器手的設(shè)計(jì)過(guò)程中。美國(guó)FESTO公司公開(kāi)了一種納米力抓手，它模仿壁虎的吸盤式元件能牢固而持久地貼在被抓取物的表面，無(wú)需耗能，可以抓取具有光滑表面的極其易碎的物品，如玻璃或顯示屏。隨后FESTO公司又相繼公開(kāi)了采用魚(yú)尾鰭仿生設(shè)計(jì)的仿生三角抓手以及多種仿人手末端執(zhí)行器。此類末端執(zhí)行器能較好地實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性抓取功能，但納米力抓手的微觀結(jié)構(gòu)制造困難，仿生三角抓手及仿人手末端執(zhí)行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是，針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)不足，提出一種能滿足適應(yīng)性抓取且易于制造、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種能滿足適應(yīng)性抓取的仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法。本專利技術(shù)為解決上述問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片、電磁閥。觸手模仿章魚(yú)觸手形狀，成不規(guī)則長(zhǎng)條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，便于裝卡。觸手內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔。觸手內(nèi)部成組的橢球形調(diào)壓型腔沿觸手軸向均勻分布。橢球形調(diào)壓型腔的長(zhǎng)軸沿觸手徑向方向，短軸沿觸手軸向方向。觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對(duì)應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過(guò)橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連。橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥。主氣路直徑大于支氣路直徑，主氣路末端連有氣管，氣管與電氣比例閥相連。每?jī)山M橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片。或觸手表面有吸盤形凸起，吸盤形凸起背面裝有沿觸手軸向布置的應(yīng)變片。吸盤形凸起徑向分布位置與橢球形調(diào)壓型腔一一相對(duì)，其軸向分布位置位于每?jī)山M橢球形調(diào)壓型腔中間。通過(guò)應(yīng)變片信號(hào)的反饋及與電磁閥和電氣比例閥之間的配合，實(shí)現(xiàn)球形調(diào)壓型腔的產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過(guò)對(duì)多組調(diào)壓型腔的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體纏繞。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其基本工作原理是控制徑向分布的一組內(nèi)不同的橢球形調(diào)壓型腔的氣壓變化，導(dǎo)致該組內(nèi)的橢球形調(diào)壓型腔的產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過(guò)對(duì)多組調(diào)壓型腔的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體纏繞。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的觸手制造方法，所述的觸手及其內(nèi)部橢球形調(diào)壓型腔、主氣路、支氣路和表面的吸盤形凸起可使用3D打印技術(shù)一次成型；也可根據(jù)通過(guò)調(diào)壓型腔的軸向截面將其分割成多個(gè)相同的部分，使用模壓成型而后粘合成觸手形狀。成型所用材料可以為聚氨酯、硅膠或橡膠等彈性體。成型后的觸手有較好的自身強(qiáng)度和剛度。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，所述的觸手內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，其個(gè)數(shù)可以為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)至多個(gè)，沿觸手軸向均勻分布的調(diào)壓型腔組數(shù)可以為三組、四組、五組至多組，具體個(gè)數(shù)及間隔距離可以根據(jù)物體大小及觸手纏繞物體所需的自由度設(shè)定，主氣路、支氣路、吸盤形凸起及應(yīng)變片個(gè)數(shù)與之對(duì)應(yīng)增減。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，所述的觸手內(nèi)部可以沿軸向嵌入鋼絲繩，從而增加觸手的強(qiáng)度，以提供更大的抓取力。嵌入鋼絲繩子的數(shù)量根據(jù)所需抓取力的大小確定。嵌入鋼絲繩的位置可以在觸手徑向截面的圓心，也可以在徑向截面不同半徑的同心圓周上隔過(guò)橢球形調(diào)壓型腔均勻分布。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法:將觸手固定在機(jī)械臂上，對(duì)于較短的觸手使其軸向方向與水平方向平行，對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)觸手使其軸向方向與水平方向成一定角度，該角度應(yīng)小于30度，最大不超過(guò)45度，同時(shí)保證觸手多列吸盤形凸起中的一列正對(duì)物體。將觸手移動(dòng)至貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開(kāi)啟，同時(shí)電氣比例閥開(kāi)始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對(duì)應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無(wú)電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對(duì)應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著橢球形調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，直至該列的第二個(gè)吸盤行凸起與物體接觸后，第二個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)電壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，第二組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開(kāi)啟，重復(fù)上述步驟，直至整根觸手實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的纏繞，完成抓取過(guò)程。打開(kāi)所有電磁閥，同時(shí)所有電氣比例閥開(kāi)始工作，將其對(duì)應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔的壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開(kāi)物體。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的其抓取方法:按照上述方法將觸手固定在機(jī)械臂上，隨后將觸手移動(dòng)到貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于開(kāi)啟狀態(tài)。該方法適用于要求快速抓取的過(guò)程。當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電氣比例閥開(kāi)始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對(duì)應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無(wú)電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對(duì)應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，當(dāng)該列某個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對(duì)應(yīng)的該組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，隨著吸盤形突起挨個(gè)與物體接觸，對(duì)應(yīng)的電磁閥逐漸關(guān)閉，直至所有電磁閥關(guān)閉，整根觸手實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的纏繞，完成抓取過(guò)程。打開(kāi)所有電磁閥，所有電氣比例閥開(kāi)始工作將其對(duì)應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔內(nèi)部壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開(kāi)物體。本專利技術(shù)一種仿章魚(yú)觸手適應(yīng)性抓取軟體本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊衛(wèi)民，李月林，焦志偉，宋樂(lè)，丁玉梅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京化工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：