多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置的结构设计。
【背景技术】
[0002]机器人手在机器人领域中有广泛的用途，用于将机器人与物体临时的连接和固定起来，并能够在适当的时候进行释放，前者实现了抓取物体，后者实现了放开物体。一般的机器人手为了降低成本被制作成具有两个相对运动的部分，以便于最简单的实现抓取和释放功能。也有许多模仿人手的结构，设计为具有更多的手指和手指上具有若干关节，但是那样会带来机械系统、传感系统、控制系统和控制算法的复杂度和高昂的成本。部分机器人手具有适应性，即在抓取前并未知晓要抓取的物体是何种形状与大小，在抓取中也未对抓取的物体进行传感检测，但是却可以自适应地抓取，这种对于物体形状、大小的自动适应性能使得机器人手在实现更为广泛抓取不同物体的同时并不增加传感与控制需求。
[0003]Peter B.Scott在文献(Peter B.Scott, The Omnigripper: a form of robotuniversal gripper ,Robotica,vol.3,pp.153-158,1985)中介绍了一种机械被动式适应物体形状的通用夹持器Omnigripper。该夹持器具有两组杆簇集合，每组杆簇集合有多个相互平行的长杆，这些由待抓物体推动而自由上下滑动的长杆达到了适应物体形状的目的，再结合驱动器驱动两组杆簇靠拢或离开，实现对物体的抓持。举例来说，当机器人的末端靠向放置在某个支持面(如桌面)上的物体时，物体挤压长杆使其向基座内滑动，由于长杆数量较多，且长杆较细(直径较小)，不同的长杆接触到不同的物体表面点，各长杆向手掌内的滑动距离不同，这种距离与物体的局部形状有关;之后，一左一右的两组杆簇集合再合拢夹持住物体，利用长杆从侧面夹持住物体，达到抓取目的。
[0004]该装置的不足之处在于:
[0005](I)无法做到多向抓持。该装置对物体施加抓取力时，该抓取力只能沿着两组杆簇集合合拢的方向，相当于二指夹持器，产生的仅仅是一维夹持模式，夹持效果差。
[0006](2)对于特定方向放置的长条状物体抓持失效。当物体与该方向平行且物体在该方向上长于该装置，则物体不会因两组伸缩杆合拢而受到抓持力，如抓取一个长条状的物体。
[0007](3)结构复杂、能耗大。该装置有2组杆簇集合，需要2个相互运动的可运动支承件(或运动基座)、一套直线导轨、2个滑块、驱动器、传动机构等，结构较为复杂，且要让一个具有许多长杆的笨重杆簇集合运动是比较耗能的。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置。该装置用于抓取物体，对物体的大小和形状具有自适应性;达到对物体多向抓持的效果:能够在多个方向对物体提供抓持力，对不同方向放置的各种形状(包括长条状)物体均可有效抓持;结构简单，能耗低。
[0009]本发明采用如下技术方案:
[0010]本发明所述的一种多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:包括基座、多孔弹性块、驱动器、传动机构、至少一个手指、K个滑动推杆和K个簧件;所述多孔弹性块安装在基座中，所述多孔弹性块具有弹性，所述多孔弹性块上有K个通孔，任意两个通孔的中心线的夹角小于15度;所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与手指相连;第i个所述滑动推杆滑动镶嵌在第i个通孔中，第i个所述滑动推杆的中心线与其在第i个通孔中的滑动方向一致;每个所述滑动推杆的一端伸出在基座的外侧;第i个所述簧件的两端分别连接第i个滑动推杆和基座，或者第i个所述簧件的两端分别连接第i个滑动推杆和多孔弹性块;所述手指转动或平动设置在基座中；所述手指与传动机构的输出端相连;所述手指与多孔弹性块或与位于外围的滑动推杆相接触;其中，K为大于3的自然数;i = l，2，…，K;i为自然数。
[0011 ]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:所述多孔弹性块由乳胶、硅胶或橡胶中的任意一种或多种制成。
[0012]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:还包括M个套筒;第j个所述套筒固定安装在第j个通孔中；第j个所述滑动推杆滑动镶嵌在第j个套筒中；其中M为不大于滑动推杆的数量且M为自然数;i = I，2，…，M; j为自然数。
[0013]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:所述传动机构包括减速器、转轴和传动带;所述驱动器的输出轴与减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴与转轴相连，所述转轴套设在基座中；所述手指套设在基座上;所述传动带连接转轴与手指。
[0014]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:所述驱动器米用电机、气缸或液压缸。
[0015]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:所述驱动器安装在基座上。
[0016]本发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:所述多孔弹性块包括多个孔间簧件和N个通孔件;所述孔间簧件连接在通孔件之间;所述通孔设在通孔件上;其中，N为滑动推杆的数量。
[0017]本发明与现有技术相比，具有以下突出特点:
[0018]本发明装置采用基座、驱动器、多孔弹性块、、多个手指和多个滑动推杆等综合实现了离散空间自适应抓取功能，利用了多个滑动推杆实现对物体大小和形状的自适应功能;利用传驱动器和传动机构带动手指挤压多孔弹性块或滑动推杆，使多个滑动推杆向装置的中心聚拢，达到对物体的多向抓持效果;该装置对不同方向放置的各种形状(包括长条状)物体均可有效抓持;仅需要一套杆簇，结构简单;通过手指紧箍运动，轻松实现多个滑动推杆向装置中心聚拢而达到抓持目的，能耗低。
【附图说明】
[0019]图1是本发明提供的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置的一种实施例的内部部分结构示意图。
[0020]图2是图1所示实施例的一种三维外观图。
[0021]图3是图1所示实施例的另一种三维外观图。
[0022]图4是图1所示实施例的底部结构示意图。
[0023]图5是另一种实施例的多孔弹性块的结构示意图。
[0024]图6是图1所示实施例的手指未被收拢时隐藏基座、滑动推杆和套筒的俯视图。
[0025]图7是图1所示实施例的手指收拢时隐藏基座、滑动推杆和套筒的俯视图。
[0026]图8至图10是图1所示实施例抓取长条状物体的过程示意图。
[0027]图11是图1所示实施例抓取长条状物体的三维示意图。
[0028]图12是图1所示实施例抓取长条状物体的部分内部结构示意图。
[0029]图13是图1所示实施例抓取长条状物体时手指收拢前的底部结构示意图。
[0030]图14是图1所示实施例抓取长条状物体时手指收拢后的底部结构示意图。
[0031]图15至图17是图1所示实施例抓取球状物体的过程示意图。
[0032I图18是图1所示实施例抓取球状物体的三维示意图。
[0033]图19是图1所示实施例抓取球状物体的部分内部结构示意图。
[0034]图20是图1所示实施例抓取球状物体时手指收拢前的底部结构示意图。
[0035]图21是图1所示实施例抓取球状物体时手指收拢后的底部结构示意图。
[0036]在图1至图18中:
[0037]1-基座，11-基座通孔，2-多孔弹性块，21-通孔，
[0038]22-套筒23-孔间簧件，24-通孔件3_驱动器，
[0039]41-减速器， 42-转轴，43-传动带，5_手指，
[0040]6-滑动推杆，7-簧件，81-长条状物体，82-球状物体，
[0041]9-支承面。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图及实施例进一步详细说明本发明的具体结构、工作原理及工作过程。
[0043]本发明所述的一种多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置，其特征在于:包括基座、多孔弹性块、驱动器、传动机构、至少一个手指、K个滑动推杆和K个簧件;所述多孔弹性块安装在基座中，所述多孔弹性块具有弹性，所述多孔弹性块上有K个通孔，任意两个通孔的中心线的夹角小于15度;所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与手指相连;第i个所述滑动推杆滑动镶嵌在第i个通孔中，第i个所述滑动推杆的中心线与其在第i个通孔中的滑动方向一致;每个所述滑动推杆的一端伸出在基座的外侧;第i个所述簧件的两端分别连接第i个滑动推杆和基座，或者第i个所述簧件的两端分别连接第i个滑动推杆和多孔弹性块;所述手指转动或平动设置在基座中；所述手指与传动机构的输出端相连;所述手指与多孔弹性块或与位于外围的滑动推杆相接触;其中，K为大于3的自然数;i = l，2，…，K;i为自然数。
[0044]取K= 36，则发明所述的多指紧箍弹性变位杆簇自适应机器人手装置的一种实施例，如图1所示，本实施例包括基座1、多孔弹性块2、驱动器3、传动机构4