[发明专利]可转位可调刚度板弹簧骨架手指的电-气驱动柔顺爪

说明书

本发明涉及一种可转位可调刚度板弹簧骨架手指的电‑气驱动柔顺爪，涉及机器人、自动化领域，适用于食品、农产品、轻工产品的分拣机器人，以及包装、物流行业机器人领域。本发明由手掌部件和四个结构相同、安装相同的手指部件组成；手掌提供指根转位功能，四指抓取直立圆柱、球体、正方体，或在内导向笔形气缸驱动下，左右手指逆时针转位45度、前后手指顺时针转位45度，四指抓取水平圆柱、长方体；手掌提供指根转动功能，电机驱动使四个手指以相同指根角度转动，指根角度是指根节与手掌平面的夹角；同时手掌上转动气缸通过齿形带，驱动四根软轴、带动四根手指的指尖节相对于中指节转动，夹持物体；指根节和中指节之间是等宽度板弹簧的柔性关节。

技术领域

本发明涉及一种可转位可调刚度板弹簧骨架手指的电-气驱动柔顺爪，属于机器人、自动化领域，适用于食品、农产品、轻工产品的分拣机器人，以及包装、物流行业机器人领域。

背景技术

手爪，又称为机械手、末端执行器、末端抓持器，是机器人抓取物体的操作工具，由于抓取对象的复杂性：材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大：①形状不规则的、大小差别大的物体(瓜果、蔬菜)；②易碎的脆性物体(禽蛋、玻璃陶瓷制品)；③易变形的软性物体(面包、软包装物品)；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)，同时，就形状尺寸的适应性看，不同尺寸的长方体、圆柱体、球体、椭球体、三棱柱体是最常见的形状。目前的末端执行器是不能通用地、可靠地抓持前述的复杂对象。就接触状态看，手指刚性骨架表面粘贴橡胶，末端执行器刚性骨架外橡胶与物体的接触是半柔性接触，接触力分布差别大；或者是软体手指，因为没有骨架所以不能承受较大接触力，且接触力分布也不均匀。

手指与物体的接触又分为捏取、包络抓取、软体包裹抓取。机械手设计涉及物形、物性、物态三种。其中物形是指形状、尺寸，机械手的适应性设计；物性是材质的软硬、韧脆，控制策略设计涉及接触力的大小、方向的精确控制；物态是物体的放置状态，如立、卧，分布整齐或混乱，相互距离紧密或稀疏，相互接触关系如袋装冷冻汤团、袋装液体、袋装颗粒等软包装，涉及手指各指节的路径规划、接触力的作用位置、接触冲击等运动过程的控制策略，同时涉及机械手与机械联合臂的操作协同控制。

目前生产中使用最多的是一种二指夹钳式、单指节手指、两点接触的气动卡爪，但是尺寸适应性小，也不能包络抓取，更没有形状适应性。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的可转位可调刚度板弹簧骨架手指的电-气驱动柔顺爪，既可捏取、又可包络抓取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。

本发明所采用的技术方案如下：

一种可转位可调刚度板弹簧骨架手指的电-气驱动柔顺爪，所述柔顺爪由手掌部件和四个结构相同、均布安装的手指部件组成；

所述柔顺爪的安装结构及功能：

①手掌部件提供指根节转位功能，四个手指部件抓取直立圆柱、球体、正方体，或在内导向笔形气缸驱动下，左右手指部件逆时针转位45度、前后手指部件顺时针转位45度，从而抓取水平圆柱、长方体；

②手掌部件提供指根节转动功能，电机驱动使四个手指部件以相同指根角度转动，指根角度是指根节与手掌平面的夹角；

③手掌部件提供指尖节捏取或向手掌内包络抓取的功能，手掌上转动气缸通过齿形带驱动四根软轴，四根软轴带动四根手指部件的指尖节相对于中指节转动；

④指根节和中指节之间是采用等宽度板弹簧联结的柔性关节，具有柔顺性；

其具体结构是：

整体安装结构：通过机械臂安装板上面的沉孔定位后螺钉将柔顺爪固定到机械臂上；导杆的两端分别与底板、机械臂安装板间隙配合，由两根导杆将平行间隔设置的底板和机械臂安装板联结成整体，通过螺母紧固；