流体驱动多维自适应机器人手装置制造方法及图纸

流体驱动多维自适应机器人手装置，属于机器人手技术领域，包括基座、膜皮、活塞、驱动器、传动机构、拉膜件和簧件等。本发明专利技术装置利用驱动器、传动机构、流体、膜皮、活塞、拉膜件和簧件等综合实现了多维自适应和主被动混合式抓取功能，可以自动适应抓取不同形状形状、尺寸的物体；能够实现多个方向对物体的适应，获得多维自适应效果，抓取稳定性高；该装置可以采用被动方式变形抓取物体，也可以主动变形去抓取物体，既可以适应有反作用面物体的抓取，也可以适应无反作用面的物体的抓取，抓取范围大；该装置结构简单，控制容易。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种流体驱动多维自适应机器人手装置的结构设计。
技术介绍
机器人手是机器人操作使用的重要终端，机器人利用其手爪抓取物体或操纵(如移动、转动)物体。机器人的手可以模仿人手的动作原理来制造，这种模仿人手的机器人手已经被开发出来，一般具有多个手指，每个手指具有多个关节，这种手也称为拟人机器人手或多指机器人手。多指机器人手又分为灵巧手和欠驱动手两大类，两类并不互相独立，前者是指具有3个以上手指和9个以上自由度的多指手，后者是指手上的驱动器数目少于关节自由度数目。灵巧手非常先进，集成度很高，传感和控制系统复杂，具有较多的独立控制的关节自由度，能够灵巧的控制多个关节，完成不同的手势动作，能够主动地抓取物体。这方面部分典型代表包括：美国宇航局开发的RobonautR2手，日本东京大学开发的三指快速机器人手，中国哈尔滨工业大学和德国宇航中心(DLR)联合研制的HIT-DLR-II手，英国Shadow公司研制的Shadow手……。但是，灵巧手在抓取控制上也带来非常繁琐的计算，实时控制要求高，制造和维护成本昂贵。欠驱动手介于普通工业夹持器与灵巧手之间，是一种智能机械，抓取上采用机械的方式达到较少的驱动器驱动较多的关节自由度，而且能够自动适应抓取不同形状和尺寸的物体，传感和控制的需求少，近年来得到了较多的研究。已经有一些欠驱动手被开发出来，例如加拿大Laval大学、Robotiq公司、意大利Prensilia公司、荷兰Delft大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学、华中科技大学和中科院合肥智能机械研究所等机构都研究和开发了欠驱动机器人手。但是欠驱动手仍然是多指手，手指与物体的接触点局限在各指段表面，由于手指数量有限，每个手指上的指段数量有限，因此，无法做到更多的接触点，无法达到更多方向的自适应，抓取物体的自适应性和抓取范围受到较大的限制，抓取的稳定性还有待进一步提高。此外，在外观不模仿人手的特种机器人手方面，大量的工业应用采用吸盘、磁铁或静电吸附等方式抓取和操作物体。美国康奈尔大学研制了一种通用夹持器(美国专利技术专利US20130106127A1)，采用内盛大量小尺寸颗粒材料和气体的可变形膜皮去被动适应物体形状，并利用负压的方式抽气，大量颗粒材料滞留其中产生阻塞硬化，达到抓取不同形状尺寸物体的目的。该夹持器的不足之处在于：1)必须依靠外界环境给予物体的反作用力来达到膜皮的变形，不能拾取没有反作用面的物体(例如空中吊着的一个苹果)，该夹持器难以抓取。2)采用了大量的颗粒材料，颗粒材料的多少影响着抓取的效果，颗粒材料的磨损需要一定时间后更换。3)采用抽气的方式，需要较大功率的气源，噪音大、能耗高、整个系统体积庞大，要有一段抽气的时间，将几乎所有的气都抽完才算抓取完成，抓取不快速。
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，提出一种流体驱动多维自适应机器人手装置，该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸；能够实现多个方向对物体的适应，获得多维自适应效果，抓取稳定性高；该装置可以采用被动方式变形抓取物体，也可以主动变形去抓取物体，既可以适应有反作用面物体的抓取，也可以适应无反作用面的物体的抓取，抓取范围大；该装置结构简单，控制容易。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术所述的一种流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：包括基座、第一驱动器、传动机构、活塞、拉膜件、第一簧件、膜皮和流体；所述基座包括基座套筒；所述第一驱动器与基座固接，所述第一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活塞相连，所述活塞滑动镶嵌在基座套筒中；所述第一簧件的两端分别连接拉膜件的一端和活塞；所述拉膜件的另一端与膜皮相连；所述膜皮为可变形材料制作的中空结构，包括至少一个出口，所述膜皮的出口与基座套筒密封相连；所述流体密封在膜皮、基座套筒和活塞三者之间的密封空间中；所述拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合。本专利技术所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述膜皮的厚度不均匀，顶部中心区域的膜皮较薄，四周的膜皮较厚。本专利技术所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：还包括至少一个手指，所述手指包括手指基座、N个指段、N个关节轴、至少一个第二驱动器和至少一个第二传动机构，所述手指基座与所述基座固接，所述第一个指段通过第一个关节轴与手指基座相连，所述第i个指段通过第i个关节轴与第i-1个指段相连，所述第二驱动器通过第二传动机构与各个关节轴相连；所述手指位于膜皮的周围，其中，N为自然数，i为2,3,……N。本专利技术所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述流体为水。本专利技术所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述拉膜件的一端与膜皮的中心区域相连。本专利技术所述流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述第一驱动器采用电机、气缸或液压缸。本专利技术所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述第二驱动器采用电机、气缸或液压缸。本专利技术装置利用驱动器、传动机构、流体、膜皮、活塞、拉膜件和簧件等综合实现了多维自适应和主被动混合式抓取功能，可以自动适应抓取不同形状形状、尺寸的物体；能够实现多个方向对物体的适应，获得多维自适应效果，抓取稳定性高；该装置可以采用被动方式变形抓取物体，也可以主动变形去抓取物体，既可以适应有反作用面物体的抓取，也可以适应无反作用面的物体的抓取，抓取范围大；该装置结构简单，控制容易。附图说明图1是本专利技术提供的流体驱动多维自适应机器人手装置的一种实施例的剖视图。图2是图1所示实施例的立体外观图。图3是图1所示实施例的正面外观图。图4是图1所示实施例的手指的剖视图(基座和第一指段部分剖视)。图5是图1所示实施例抓取物体第一阶段时的立体外观图(基座骨架未画出)。图6是图5的剖视图，此时，采用活塞向下运动，通过拉膜件拉动膜皮变形来抓取物体。图7是图1所示实施例抓取物体第二阶段时的剖视图，此时，不仅采用活塞向下运动，通过拉膜件拉动膜皮变形来抓取物体，而且还利用手指的弯曲来抓取物体。在图1至图7中：1-基座，11-基座套筒，12-基座外盖板，13-基座骨架，14-基座内盖板，2-第一驱动器(第一电机)，3-第一传动机构，31-第一减速器，32-第一带轮，33-第一传动带，34-第二带轮，35-螺母，36-丝杠，4-活塞，41-活塞密封圈，5-拉膜件，51-连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：包括基座、第一驱动器、传动机构、活塞、拉膜件、第一簧件、膜皮和流体；所述基座包括基座套筒；所述第一驱动器与基座固接，所述第一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活塞相连，所述活塞滑动镶嵌在基座套筒中；所述第一簧件的两端分别连接拉膜件的一端和活塞；所述拉膜件的另一端与膜皮相连；所述膜皮为可变形材料制作的中空结构，包括至少一个出口，所述膜皮的出口与基座套筒密封相连；所述流体密封在膜皮、基座套筒和活塞三者之间的密封空间中；所述拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合。

【技术特征摘要】
1.一种流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：包括基座、第一驱动器、传动
机构、活塞、拉膜件、第一簧件、膜皮和流体；所述基座包括基座套筒；所述第一驱动器与基
座固接，所述第一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活
塞相连，所述活塞滑动镶嵌在基座套筒中；所述第一簧件的两端分别连接拉膜件的一端和
活塞；所述拉膜件的另一端与膜皮相连；所述膜皮为可变形材料制作的中空结构，包括至少
一个出口，所述膜皮的出口与基座套筒密封相连；所述流体密封在膜皮、基座套筒和活塞三
者之间的密封空间中；所述拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合。
2.如权利要求1所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：所述膜皮的厚
度不均匀，顶部中心区域的膜皮较薄，四周的膜皮较厚。
3.如权利要求1或2所述的流体驱动多维自适应机器人手装置，其特征在于：还包括至

【专利技术属性】
技术研发人员：祝天一，张文增，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11