一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列制造技术

本发明专利技术涉及阵列式抓手抓取及双稳态结构设计领域，尤其涉及一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，包括：可适形性变形的弹性基座、可自动复位的片状承载梁式双稳态结构、主动吸盘和层阻塞变刚度结构，所述双稳态结构以阵列形式固定布置在弹性基座正面，每个双稳态结构上均安装连接有主动吸盘，所述层阻塞变刚度结构以纵横排列方式布置在所述可弹性基座的背面。本发明专利技术具有可以根据目标物体表面复杂凹凸起伏特征和曲率特征发生适形性变形的吸盘阵列，且吸盘能主动贴合目标物体表面，并且通过层阻塞变刚度结构保持适形后的吸盘阵列形状，实现负载均布，并增强对目标物体的无损吸附抓取和操纵能力。的无损吸附抓取和操纵能力。的无损吸附抓取和操纵能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列


[0001]本专利技术涉及阵列式抓手抓取及双稳态结构设计领域，尤其涉及一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列。

技术介绍

[0002]机器人正在工业生产和家政服务等应用场景中发挥越来越重要的作用。机器人执行末端，作为机器人与使用环境和目标物体的主要交互界面，如何提高其无损抓取能力是评价机器人性能指标的一种重要因素。要实现大尺寸的易损物体或柔性表面物体的无损抓取和交互，采用阵列式主动吸盘抓手是较为实用且受青睐的方法。目前已存在一些阵列式主动吸盘，比如日本FANUC推出的农产品分拣机器人、西班牙Loxin大型移动机器人平台、德国KUKA的汽车玻璃装配机器人等。但这些主动吸盘阵列均采用刚性框架对主动吸盘结构进行固定，存在对目标物体的吸附表面的平整度要求较高的问题。当针对表面具有复杂凹凸起伏特征和较大曲率的目标物体时，刚性框架的主动吸盘阵列容易出现负载分布不均、吸附面积过于集中等现象，难以实现无损抓取。虽然目前也有相关设计采用模仿机动车悬挂结构的弹簧
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套筒结构组成阵列的方式解决主动吸盘阵列负载不均布的问题，但是该方案中弹簧伸缩机构在被压缩时会有复位的倾向，使得目标物体产生脱离吸附的倾向，限制了吸附抓取的承载能力和稳定性。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，是一种通过引入双稳态结构、可适形性变形的弹性基座和层阻塞变刚度结构的主动式吸盘阵列，目的在于提高软体阵列式抓手在工业生产线上无损抓取表面具有复杂凹凸起伏特征和曲率特征的易损物体的抓取和操纵能力，其具体技术方案如下：一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，包括：弹性基座、双稳态结构、主动吸盘和层阻塞变刚度结构，所述双稳态结构以阵列形式固定布置在弹性基座正面，每个双稳态结构上均安装连接有主动吸盘，所述层阻塞变刚度结构以纵横排列方式布置在所述可弹性基座的背面。
[0004]进一步的，所述弹性基座由有机硅胶弹性材料构成，弹性基座的正面设置有以阵列排布的固定槽位，背面开设有纵横排列的斜坡状应力释放槽；所述弹性基座的四周侧面还设有护耳结构，所述护耳结构上开设固定孔位。
[0005]进一步的，所述双稳态结构包括：H型硬质框架、复位驱动气囊、固定凸台和平面承载梁；所述H型硬质框架由两侧垂直支架和中间水平支架构成，所述水平支架的中间部位设置有通孔结构，所述通孔结构为三通端口，其上下端口在水平支架的上下面处，上下侧端口处各设置连通一个复位驱动气囊，其中侧端口在水平支架的前侧面，中侧端口处则安装有气管接口；所述固定凸台设置在H型硬质框架的上下侧并通过所述平面承载梁与H型硬质框
架两侧的垂直支架相连接；所述复位驱动气囊一端抵住水平支架，另一端抵住固定凸台；所述平面承载梁由位于中间段的刚性承载梁段和位于两侧末端的弹性承载梁段构成，所述两侧末端的弹性承载梁段分别连接于所述固定凸台的侧部和所述垂直支架的内侧，所述刚性承载梁段由硬质材料构成，所述弹性承载梁段由弹性材料构成。
[0006]进一步的，所述H型硬质框架的下侧的固定凸台嵌设固定在固定槽位中，上侧的固定凸台上则是安装主动吸盘。
[0007]进一步的，所述层阻塞变刚度结构，具体包括：横向长型层阻塞变刚度结构和纵向短型层阻塞变刚度结构，所述横向长型层阻塞变刚度结构的数量与弹性基底背面的由斜坡状应力释放槽分隔形成的凸块行数相同，所述纵向短型层阻塞变刚度结构的数量则与所述凸块列数相同，所述横向长型层阻塞变刚度结构和纵向短型层阻塞变刚度结构分别对应每行每列的方式交错排列布置于弹性基底的背面。
[0008]进一步的，所述横向长型层阻塞变刚度结构和纵向短型层阻塞变刚度结构由软质弹性外壳和其内包的层状内摩擦片构成。
[0009]进一步的，所述主动吸盘包括吸盘主体，所述吸盘主体由有机硅胶弹性材料构成，其上端的吸盘口呈喇叭型，形成吸附腔；其内部设有中空气道并与所述吸附腔连通；其下端侧面开设有一外接气管接口，并与中空气道连通。
[0010]本专利技术的优点：本专利技术是具有可以根据目标物体表面复杂凹凸起伏特征和曲率特征发生适形性变形的吸盘阵列，且吸盘能够主动贴合目标物体表面，并且通过层阻塞变刚度结构保持适形后的吸盘阵列形状，实现了负载均布，以及增强了对目标物体的无损吸附抓取和操纵能力。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例的一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例的可适形性变形的弹性基座的结构示意图；图3是本专利技术实施例的单个双稳态结构的具体结构示意图；图4是双稳态结构变形过程中的变形位移
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弹性反力变化特性、变形位移
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弹性势能变化特性和两个稳态之间的能量屏障特性的坐标曲线示意图；图5是图4中坐标曲线所示的双稳态结构在触发变形后在曲线图中不同关键点位置的结构状态变化过程示意图；图6是本专利技术实施例的主动吸盘的结构示意图；图7是本专利技术实施例的层阻塞变刚度结构及其具体排列方式的示意图；图8(a)是层阻塞变刚度结构在负压驱动下抱紧之后的内部应力力学模型示意图；图8（b）是层阻塞变刚度结构在抱紧和默认两种不同状态下所表现的力学特性的曲线示意图；图9(a) 弹性基座在吸附抓取正曲率球面的表面时的变形效果示意图；图9（b）是弹性基座在吸附抓取负曲率马鞍面的表面时的变形效果示意图；图10(a)是主动吸盘阵列吸附复杂起伏凹凸特征表面的目标物体时的负载均布效
果示意图；图10（b）是主动吸盘阵列吸附曲率特征表面的目标物体时的负载均布效果；图中，100
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弹性基底，200
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双稳态结构，300
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主动吸盘，400
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横向长型层阻塞变刚度结构，500
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纵向短型层阻塞变刚度结构，101
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固定槽位，102
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斜坡状应力释放槽，103
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护耳结构，104
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固定孔，201
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H型硬质框架，202
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弹性承载梁段，203
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刚性承载梁段，204
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固定凸台，205
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复位驱动气囊，206
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气管接口，301
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吸盘主体，302
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吸附腔，303
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中空气道，304
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外接气管接口，501
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软质弹性外壳，502
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摩擦片。
具体实施方式
[0012]为了使本专利技术的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0013]实施例中，本专利技术提出一种吸盘阵列，结合了可适形性变形的弹性基座100、可自动复位的片状承载梁式双稳态结构200和层阻塞变刚度结构，可通过双稳态结构2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，其特征在于，包括：弹性基座（100）、双稳态结构（200）、主动吸盘（300）和层阻塞变刚度结构，所述双稳态结构（200）以阵列形式固定布置在弹性基座（100）正面，每个双稳态结构（200）上均安装连接有主动吸盘（300），所述层阻塞变刚度结构以纵横排列方式布置在所述可弹性基座（100）的背面。2.如权利要求1所述的一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，其特征在于，所述弹性基座（100）由有机硅胶弹性材料构成，弹性基座（100）的正面设置有以阵列排布的固定槽位（101），背面开设有纵横排列的斜坡状应力释放槽（102）；所述弹性基座（100）的四周侧面还设有护耳结构（103），所述护耳结构（103）上开设固定孔位（104）。3.如权利要求2所述的一种基于双稳态结构的负载均布式主动吸盘阵列，其特征在于，所述双稳态结构（200）包括：H型硬质框架（201）、复位驱动气囊（205）、固定凸台（204）和平面承载梁；所述H型硬质框架（201）由两侧垂直支架和中间水平支架构成，所述水平支架的中间部位设置有通孔结构，所述通孔结构为三通端口，其上下端口在水平支架的上下面处，上下侧端口处各设置连通一个复位驱动气囊（205），其中侧端口在水平支架的前侧面，中侧端口处则安装有气管接口（206）；所述固定凸台（204）设置在H型硬质框架（201）的上下侧并通过所述平面承载梁与H型硬质框架（201）两侧的垂直支架相连接；所述复位驱动气囊（205）一端抵住水平支架，另一端抵住固定凸台（204）；所述平面承载梁由位于中间段的刚性承载梁段（203）和位于两侧末端的弹性承载梁段（202）构成，所述两侧末端的弹性承载梁段（202）分别连接于所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆依文，李基拓，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：