主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置，属于机器人手技术领域，包括基座、多个滑动推杆、膜皮、膜皮管、流体驱动源、第一流体、第二流体和多个簧件。该装置用于抓取物体，可实现自适应抓取功能。在接触物体时，利用多个滑动推杆的自由上下滑动达到包裹不同大小和形状物体的自适应效果；利用第二流体充入膜皮管锁紧滑动推杆，再利用第一流体排出带来膜皮收缩，拉动多个滑动推杆末端向中心弯曲聚拢，借助大气压和多点多向施加抓持力，可实现对物体的稳定抓持。该装置结构简单，可靠性好，适用范围广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置的结构设计。
技术介绍
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。PeterB.Scott在文献(PeterB.Scott,“The’Omnigripper’:aformofrobotuniversalgripper”,Robotica,vol.3:pp153-158,1985)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。该装置的不足之处在于：(1)无法做到多向抓持。该装置对目标物体施加抓取力时，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。(2)对于特定方向放置的长条状物体抓持失效。当目标物体与该方向平行且目标物体在该方向上长于该装置，则目标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。(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。(4)长期使用的可靠性差。所有长杆及滑槽均暴露在工作环境中，在充满粉尘、飞絮的工厂车间环境中，长杆之间易夹入小的异物，滑槽中会因为积满尘絮纤维而无法滑动，各种影响和减小使用寿命的因素很多，在多粉尘的食品、纺织、矿业开采等工厂车间中，尘土吸附集聚在长杆及滑槽中，大大影响长杆在基座中滑动效果，甚至产生故障。(5)抓持稳定性有待提高。该装置对目标物体的抓持力仅由两组杆簇集合合拢而产生，仅能采用抓持力的力封闭抓取物体，而缺少较好的包络式形封闭抓取效果，因为，力封闭抓取物体未必一定会产生形封闭抓取，但是形封闭抓取一定包括了力封闭抓取，因此抓取稳定性已达到形封闭为最好。EricBrown等人在文献(EricBrown,NicholasRodenberga,JohnAmendb,AnnanMozeikac,ErikSteltzc,MitchellR.Zakind,HodLipsonb,HeinrichM.Jaegera.Universalroboticgripperbasedonthejammingofgranularmaterial.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica(PNAS),vol.107,no.44:18809–18814,doi:10.1073/pnas.1003250107,Sept.17,2010)中介绍了一种基于颗粒阻塞固化原理的通用机器人手。该机器人手包括可变形的膜皮、一个端口、滤网、放置在膜皮内流体(如气体)和大量颗粒材料(如咖啡颗粒)和流体源(例如泵或可排空容器)。该装置的工作原理为：膜皮中的颗粒可在膜皮内自由运动，当机器人的末端靠向放置在某个支持面的物体时，物体可以挤压膜皮，使膜皮内的颗粒受到挤压而运动，不同颗粒在膜皮内的运动程度不同，这种运动程度与物体的形状有关，达到自适应物体形状的效果。之后，膜皮内的流体被吸走，颗粒由于滤网的存在留在膜皮内，颗粒由于相互挤压摩擦产生阻塞固化效果，利用固化的颗粒群体隔着膜皮对物体产生接触点，造成多指多点接触抓取的效果，此外局部可能产生密封的低压区域以获得大气压力辅助抓取效果。该装置的不足之处在于：(1)该装置采用大量的颗粒材料，颗粒材料的磨损会较大地减弱该装置的使用寿命；(2)该装置在抓取不同的物体时需要调节装置内颗粒的多少以更好地抓取不同的物体，极大地减小了其通用性；(3)该装置需要将膜皮内的流体几乎全部抽吸走，能耗大，流体源(如泵)成本高，可排空容器体积大或可排空容器的压力大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置。该装置用于抓取物体，对物体大小和形状具有自适应性；达到对物体的多向抓持效果：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；适合在比较恶劣(如存在较多粉尘、飞絮)的工作环境中使用，长期使用的可靠性好；结构简单，抓持稳定性高。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术设计的一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置，包括基座和K个滑动推杆；每个所述滑动推杆的一端滑动镶嵌在基座中且滑动方向与该滑动推杆的中心线平行，所有所述滑动推杆的中心线相互平行；本专利技术提供的流体柔性杆簇自适应机器人手装置，其特征在于：该主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置还包括膜皮、膜皮管、第一流体、第二流体、第一流体驱动源、第二流体驱动源和K个簧件；所述基座包括K个通孔、至少一个第一端口和至少一个第二端口；所述第一流体驱动源与第一端口相连，所述第二流体驱动源与第二端口相连；部分或全部所述滑动推杆采用有弯曲弹性的柔性杆，所述柔性杆受力可弯曲且不受力时可复原；所述膜皮管设置在基座中；所述膜皮管经过每个所述滑动推杆的周围，所述膜皮管分别与每个所述滑动推杆相接触；所述第二流体密封在所述膜皮管中；所述膜皮管可变形；所述膜皮管设有至少一个开口，所述膜皮管的开口与所述第二端口相本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置，包括基座(1)和K个滑动推杆(2)；每个所述滑动推杆(2)的一端滑动镶嵌在基座(1)中且滑动方向与该滑动推杆(2)的中心线平行，所有所述滑动推杆(2)的中心线相互平行；其特征在于：该主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置还包括膜皮(4)、膜皮管(5)、第一流体(71)、第二流体(72)、第一流体驱动源、第二流体驱动源和K个簧件(3)；所述基座(1)包括K个通孔(11)、至少一个第一端口(15)和至少一个第二端口(16)；所述第一流体驱动源与第一端口(71)相连，所述第二流体驱动源与第二端口(72)相连；部分或全部所述滑动推杆(2)采用有弯曲弹性的柔性杆，所述柔性杆受力可弯曲且不受力时可复原；所述膜皮管(5)设置在基座(1)中；所述膜皮管(5)经过每个所述滑动推杆的周围，所述膜皮管分别与每个所述滑动推杆相接触；所述第二流体(72)密封在所述膜皮管(5)中；所述膜皮管(5)可变形；所述膜皮管(5)设有至少一个开口，所述膜皮管(5)的开口与所述第二端口(16)相连通；所述第i个簧件(3)的两端分别连接基座(1)与第i个滑动推杆(2)；所有所述滑动推杆(2)的一端均从基座(1)的同一侧伸出；所述膜皮(4)可变形，所述膜皮(4)具有开口，所述膜皮(4)包裹所有滑动推杆(2)伸出基座(1)的部分，所述膜皮(4)的开口密封固接在基座(1)上；所述膜皮(4)与基座(1)构成一个对第一流体(71)密封的腔室，第一流体(71)密封在所述腔室中；所述第一端口(15)为第一流体(71)进入腔室的入口或离开腔室的出口；其中，K为大于3的自然数；i＝1,2,…,K；i为自然数。...
【技术特征摘要】
1.一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置，包括基座(1)和K个滑动推杆
(2)；每个所述滑动推杆(2)的一端滑动镶嵌在基座(1)中且滑动方向与该滑动推杆(2)的中
心线平行，所有所述滑动推杆(2)的中心线相互平行；其特征在于：该主动锁定流体式柔性
杆簇自适应机器人手装置还包括膜皮(4)、膜皮管(5)、第一流体(71)、第二流体(72)、第一
流体驱动源、第二流体驱动源和K个簧件(3)；所述基座(1)包括K个通孔(11)、至少一个第一
端口(15)和至少一个第二端口(16)；所述第一流体驱动源与第一端口(71)相连，所述第二
流体驱动源与第二端口(72)相连；部分或全部所述滑动推杆(2)采用有弯曲弹性的柔性杆，
所述柔性杆受力可弯曲且不受力时可复原；所述膜皮管(5)设置在基座(1)中；所述膜皮管
(5)经过每个所述滑动推杆的周围，所述膜皮管分别与每个所述滑动推杆相接触；所述第二
流体(72)密封在所述膜皮管(5)中；所述膜皮管(5)可变形；所述膜皮管(5)设有至少一个开
口，所述膜皮管(5)的开口与所述第二端口(16)相连通；所述第i个簧件(3)的两端分别连接
基座(1)与第i个滑动推杆(2)；所有所述滑动推杆(2)的一端均从基座(1)的同一侧伸出；所
述膜皮(4)可变形，所述膜皮(4)具有开口，所述膜皮(4)包裹所有滑动推杆(2)伸出基座(1)
的部分，所述膜皮(4)的开口密封固接在基座(1)上；所述膜皮(4)与基座(1)构成一个对第
一流体(71)密封的腔室，第一流体(71)密...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文增，付宏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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