六关节三指苹果抓取机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种六关节三指苹果抓取机械手，整体结构主要由卡爪1、活页双铰链2、扭弹簧3、缓冲橡胶4、指尖骨5、偏心量调节块6、头座7、人工肌肉8、卡箍9、尾座10、管接头11、密封圈12、经丝13和纬思14等组成。采用单根人工肌肉驱动、靠扭弹簧回复的双铰链关节，手指具有 2 个转动自由度。关节采用气体驱动、具有双铰链结构的柔性，且人工肌肉的柔顺性好，还有指尖部的圆弧结构，因此机械手的抓取力具有较好的缓冲性能、抓取功能具有良好的自适应柔性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械手，尤其是涉及一种用于农业领域的六关节三指苹果抓取机械手。
技术介绍
中国苹果出口少、价格低，主要原因是忽视了采后处理，分级是采后处理中最为重要的1个环节，目前主要还是靠人工分选、手工摆放。机器人末端执行器，从早期工业机器人的机械式末端夹持器，发展到物流、包装等行业使用的、机电结合的、多自由度的、多关节的爪形末端抓持器，最终‘进化’成试验阶段的、数字控制的、灵长类动物式的多指灵巧手，以满足服务机器人的灵活性要求。就机械手抓取来讲，对易变形破坏的软性物体（如瓜果）、易碎的脆性物体（如禽蛋）、及形状不规则的、大小差别大的或异形的物体（如异形的包装容器）的抓取，采用机电结合的机械手，需要感知和精确控制运动和抓持力，否则会损坏这些类物品或不能有效抓持。由于成本较高、对环境要求高等原因，通常的精确控制机械手难以在农业、轻工行业广泛应用。机器人主动关节带有驱动器，传统的电、液、气驱动器只能部分满足要求。这促使人们将目光转向研究一些新的驱动技术，如：压电驱动器（Piezo-electricactuator）、形状记忆合金驱动器（ShapeMemoryAlloyactuator）、聚合材料人工肌肉驱动器（PolymericArtificialMuscleactuator）和磁致伸缩驱动器（MagnetostrictiveEffectactuator）等等，这其中还包括新型气动驱动器。新型气动人工肌肉驱动器中，最著名的是Mckibben气动人工肌肉驱动器，还有后来提出的PleatedPneumaticArtificialMuscles，这些都是收缩型人工肌肉（它们的径向膨胀，需要较大的径向空间）。也有轴向膨胀型人工肌肉（一种径向限制、轴向膨胀的弹性波纹管），单铰链关节被轴向膨胀型人工肌肉驱动而主动弯曲，靠弹簧作用回复伸直；控制原理利用小孔节流阀的完全壅塞（小孔处气流速度为声速，须强制散热）状态质量流量恒定的特性；并且，为减轻振动、快速反应，采用气液串联驱动。带驱动器的主动关节是关节型机器人的基本构件，新型气动人工肌肉驱动器和关节结构的柔性特点构成了柔性关节的自由度柔性和缓冲性。因此，根据驱动器特点设计柔性关节结构和多指的柔性机械手，利用膨胀型人工肌肉柔顺性好的特点，探讨柔性关节机械手对大、小物体和抓持力的柔性自适应，以降低机械手结构和控制部分的成本，满足操作上的灵活性要求，在水果采摘和分拣机械手等方面的应用有一定的研究价值。
技术实现思路
本专利技术提供一种六关节三指苹果抓取机械手，关节采用气体驱动、具有双铰链结构的柔性，且人工肌肉的柔顺性好，还有指尖部的圆弧结构，因此机械手的抓取力具有较好的缓冲性能、抓取功能具有良好的自适应柔性。本专利技术所采用的技术方案是：本专利技术的整体结构主要包括：卡爪、活页双铰链、扭弹簧、缓冲橡胶、指尖骨、偏心量调节块、头座、人工肌肉、卡箍、尾座、管接头、密封圈、经丝和纬思。所述的3指6关节苹果抓取柔性机械手的每个手指由1根人工肌肉驱动、2个串联的单自由度转动铰链构成；3指120o分布、各安装在电动三爪卡盘的卡爪上。所述的3指6关节苹果抓取柔性机械手的柔性的经丝和纬丝被编织在弹性波纹管人工肌肉壁内，以提高人工肌肉的承载能力；人工肌肉靠卡箍夹紧在头座和尾座的波纹卡口上，人工肌肉、头座和尾座构成的封闭空腔。所述的机械手的流体通过管接头进入关节空腔，接头旋在尾座上，中间有密封圈密封。活页双铰链的两端由螺钉固定在头座和尾座上，中间夹有偏心量调节块和指尖骨，指尖骨外粘贴有缓冲橡胶。所述的机械手的活页双铰链中间页板的两端沿人工肌肉轴心线两侧有凸起部分，作用是限制活页双铰链顺时针旋转不得超过伸直状态；活页双铰链的2个芯轴上各装有一根扭弹簧，关节伸直时，扭弹簧被预紧。所述的机械手的工作原理为：气路上将3根人工肌肉并联，合用一个两位三通阀。接通气源时，每个人工肌肉轴向膨胀，克服活页双铰链中2个铰链中扭弹簧作用力，同时转动，抓持物体；无须压力反馈，人工肌肉内压力达到系统压力（0.4MPa）时产生最大抓持力，保持抓紧状态也不需要防泄露的压力蓄能器；断开气源时，排气口直通大气，靠活页双铰链中2个铰链中扭弹簧作用力，每个人工肌肉轴向收缩，关节伸直；排气口经背压阀，再通大气，调整背压，则可以调节初始状态下手指的弯曲程度，减少机械手的作用空间。本专利技术的有益效果是：有双铰链结构的柔性，且人工肌肉的柔顺性好，还有指尖部的圆弧结构，因此机械手的抓取力具有较好的缓冲性能、抓取功能具有良好的自适应柔性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的整体结构图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，整体结构主要由卡爪1、活页双铰链2、扭弹簧3、缓冲橡胶4、指尖骨5、偏心量调节块6、头座7、人工肌肉8、卡箍9、尾座10、管接头11、密封圈12、经丝13和纬思14等组成。如图1所示，机械手的每个手指由1根人工肌肉驱动、2个串联的单自由度转动铰链构成；3指120o分布、各安装在电动三爪卡盘的卡爪1上。如图1所示，机械手的柔性的经丝13和纬丝14被编织在弹性波纹管人工肌肉8壁内，以提高人工肌肉的承载能力；人工肌肉8靠卡箍9夹紧在头座7和尾座10的波纹卡口上，人工肌肉8、头座7和尾座10构成的封闭空腔。如图1所示，机械手的流体通过管接头11进入关节空腔，接头11旋在尾座10上，中间有密封圈12密封。活页双铰链2的两端由螺钉固定在头座7和尾座10上，中间夹有偏心量调节块6和指尖骨5，指尖骨5外粘贴有缓冲橡胶4。如图1所示，机械手的活页双铰链2中间页板的两端沿人工肌肉轴心线两侧有凸起部分，作用是限制活页双铰链2顺时针旋转不得超过伸直状态；活页双铰链2的2个芯轴上各装有一根扭弹簧3，关节伸直时，扭弹簧3被预紧。如图1所示，机械手的工作原理为：气路上将3根人工肌肉并联，合用一个两位三通阀。接通气源时，每个人工肌肉轴向膨胀，克服活页双铰链中2个铰链中扭弹簧作用力，同时转动，抓持物体；无须压力反馈，人工肌肉内压力达到系统压力（0.4MPa）时产生最大抓持力，保持抓紧状态也不需要防泄露的压力蓄能器；断开气源时，排气口直通大气，靠活页双铰链中2个铰链中扭弹簧作用力，每个人工肌肉轴向收缩，关节伸直；排气口经背压阀，再通大气，调整背压，则可以调节初始状态下手指的弯曲程度，减少机械手的作用空间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
六关节三指苹果抓取机械手，其特征是：整体结构主要由卡爪1、活页双铰链2、扭弹簧3、缓冲橡胶4、指尖骨5、偏心量调节块6、头座7、人工肌肉8、卡箍9、尾座10、管接头11、密封圈12、经丝13和纬思14等组成。

【技术特征摘要】
1.六关节三指苹果抓取机械手，其特征是：整体结构主要由卡爪1、活页双铰链2、扭弹簧3、缓冲橡胶4、指尖骨5、偏心量调节块6、头座7、人工肌肉8、卡箍9、尾座10、管接头11、密封圈12、经丝13和纬思14等组成。
2.根据权利要求1所述的六关节三指苹果抓取机械手，其特征是：所述的机械手的每个手指由1根人工肌肉驱动、2个串联的单自由度转动铰链构成；3指120o分布、各安装在电动三爪卡盘的卡爪1上。
3.根据权利要求1所述的六关节三指苹果抓取机械手，其特征是：机械手机械手的柔性的经丝13和纬丝14被编织在弹性波纹管人工肌肉8壁内，以提高人工肌肉的承载能力；人工肌肉8靠卡箍9夹紧在头座7和尾座1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张桂春，
申请(专利权)人：张桂春，
类型：发明
国别省市：辽宁;21