[发明专利]柔顺性气动绳牵引弯曲板弹簧骨架被动抓持器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种由气缸驱动绳牵引的、弯曲板弹簧骨架的柔顺性被动抓持器，抓持器安装了二个以弯曲板弹簧为骨架的手指，靠弯曲板弹簧的弹性回复力被动地抓取物体；二个手指由一个气缸驱动，经过五铰链斜排双曲肘增力机构放大气缸的作用力，驱动每根手指上的牵引绳和作用于弯曲板弹簧，使被动抓持器张开。该抓持器具有很好的柔性，能无反馈地抓取形状、大小变化的物体，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。

背景技术：

随着自动化程度的不断提高，抓持器的用途越来越广泛，抓持要求也越来越高。就复杂对象：(a)易变形的软性物体(面包、软包装物品)；(b)易破碎的脆性物体(禽蛋)；(c)形状不规则的、尺寸差别大的物体(瓜果蔬菜)；(d)异形的物体(酒瓶、化妆品瓶)。工业机械手为夹钳式或平行移动式结构，只能抓取形状大小一致、不会破损的刚性工件。机电的仿人机械手，需感知复杂对象的形状、位置空间，需精确控制运动和抓取力，否则会损坏这些复杂对象或不能有效抓取，在抓取形状、大小变化的异形物体时，传统的刚性抓持器需要精确控制指关节位移和抓持力，否则会对抓持对象造成损伤。因成本和使用环境的限制，精确控制抓持器很难在农业、轻工业等行业广泛应用。因此对复杂抓取对象，具有一定自适应的柔顺性抓持器越来越受关注。

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)。柔顺机构的系统研究才刚刚走完20年的历程，很多理论及方法还不完善，其最大的挑战是分析和设计方面的困难，尤其是柔性部件大变形造成的几何非线性问题。

抓持器的柔顺性主要取决于驱动部件和关节骨架，板弹簧作为一种同时具有力缓冲性和自由度柔性的零件，能很好的满足柔顺性抓持器的要求。专利CN200410065130.X和专利CN200420025274.8提出了以一种轴向膨胀人工肌肉作为驱动器的板弹簧骨架柔性关节，该关节通过膨胀肌肉伸长克服板弹簧阻力实现弯曲，可作为主动抓持器的手指部件，也具有一定的柔性自适应性。但是波纹管耐压有限，驱动力较小，使得板弹簧刚度不够大，被动抓取的物体重量有限。

发明内容：

本发明针对上述不足，提出一种柔顺性气动绳牵引弯曲板弹簧骨架被动抓持器。板弹簧骨架具有很好的柔性和很好的自适应性，可用来抓取形状、大小变化较大的物体，且抓持器对控制精度要求不高；气缸驱动通过注射机上常用的五铰链斜排双曲肘增力机构放大后，牵引绳的张紧力大大增加，与波纹管人工肌肉相比可提供更大的驱动力，提高了抓取作用力，适用范围更加广泛；同时，两手指的二个牵引绳由一个气缸驱动，不但节约了成本、还减少了控制对象，简化了控制回路。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

如附图1、2、3、4、5所示，本发明抓持器有一个气缸驱动五铰链斜排双曲肘增力机构部件和两个弯曲板弹簧骨架手指部件组成，弯曲板弹簧骨架手指部件通过手指尾节15固定在气缸驱动五铰链斜排双曲肘增力机构部件的上板2上，弯曲板弹簧骨架手指部件的牵引绳20的一端被固定在气缸驱动五铰链斜排双曲肘增力机构部件的牵引绳固定座6上。

气缸驱动五铰链斜排双曲肘增力机构部件：双作用气缸1的法兰盘通过螺栓固定在上板2上，上板2与下板7通过导柱3连接，上板2与下板7之间的滑动板5通过导套4在导柱3的导向下上下移动，导套4靠过盈配合固定在滑动压板5上，滑动板5上左右各装一个牵引绳固定座6；下板7上开孔，用于将此抓持器定位和固定在机械臂上；五铰链斜排双曲肘增力机构中，两个前支座8分别固定在滑动板5上，前支座8与前肘杆10的下端通过圆柱销9连接，前肘杆10的上端与后肘杆11的左下端(如附图4所示)通过圆柱销9连接，后肘杆11的上端与连杆13通过圆柱销9连接，后肘杆11的右下端与后支座14通过圆柱销9连接，左右各一个后支座14固定在上板2上；十字头12的左右两端分别与两个连杆13通过圆柱销9连接，双作用气缸1的活塞杆的螺纹部分旋在十字头12对称中部的螺纹孔里。