一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械手爪，具体的说，是涉及一种可实现被动包络的柔性机械手爪。
【背景技术】
[0002]机械手爪能够模仿人手和臂膀的某些功能和动作，按照预设程序抓取物品及搬运物件，是一种自动化操作装置。它可取代人工操作进行危险或繁重作业，保证人身安全，实现生产机械化和自动化，故而被广泛应用于机械制造、轻工业、电子、冶金和原子能等领域中。
[0003]目前，常见的机械手爪呈刚性结构且具有较为复杂的构型，当所抓取物品形状较固定、外表较坚硬时，此类机械手爪可按预先设定的力抓取物品。然而，当抓取的物品易碎、易变形或形状不固定时，这种刚性结构或构型复杂的机械手爪容易对所抓取物品造成不必要的损伤及破坏，或难以适应复杂外形物体。如，公开号为CN102785251A的专利申请中所述机械手爪的手指为刚性体，限制了手爪的自适应能力和运动灵活性；公开号为CN102416624A的专利申请描述了一种柔性自适应欠驱动机械手爪，但其骨架和手指构型限制了手爪适应各种复杂外形物品的能力。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的是现有机械手爪不能满足复杂多变的抓取要求的技术问题，提供一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪，灵活性高，对复杂外形物体适应性强。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0006]一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪，其特征在于，包括驱动平台、固定手掌、四根被动手指和四个主动支链，所述主动支链将所述驱动平台、所述固定手掌、所述被动手指连接；
[0007]所述驱动平台和所述固定手掌均为中心对称的平板结构，所述驱动平台的对称中心与所述固定手掌的对称中心之间的连接直线s分别与所述驱动平台和所述固定手掌相垂直；所述驱动平台能够在直线驱动器的作用下沿所述连接直线s做直线运动；
[0008]四个所述主动支链完全相同且以所述连接直线s为中心线均匀分布，相邻两个所述主动支链的夹角均为90° ;
[0009]每个所述主动支链由驱动平台转动副、连接板、手指固定板转动副、手指固定板和固定手掌转动副构成；所述驱动平台的边部通过所述驱动平台转动副与所述连接板的一端连接，所述连接板的另一端通过所述手指固定板转动副与所述手指固定板的中部连接，所述手指固定板的内端部通过所述固定手掌转动副与所述固定手掌的边部连接，所述手指固定板下表面固定连接于所述被动手指；所述驱动平台转动副的转动轴线、所述手指固定板转动副的转动轴线、所述固定手掌转动副的转动轴线相互平行；
[0010]四根所述被动手指完全相同且以所述连接直线s为中心线均匀分布，相邻两根所述被动手指的夹角均为90° ;
[0011]所述被动手指由柔性轮廓、刚性杆和转动副构成；所述柔性轮廓由内侧面部分、外侧面部分和顶面部分围成一体，所述内侧面部分和所述外侧面部分的顶部分别连接于顶面部分的两侧、底部相互连接；多组与所述手指固定板平行的刚性杆间隔设置在所述内侧面部分和所述外侧面部分之间，每组所述刚性杆以所述柔性轮廓的中心面为对称面对称布置，每个所述刚性杆的两端分别通过转动副与所述内侧面部分和所述外侧面部分连接。
[0012]所述手指固定板的下表面与所述被动手指的柔性轮廓的顶面部分镶嵌连接。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]本发明的可实现被动包络的柔性机械手爪，其机构结构简单，减少了大量生产制作成本；仅需单一驱动，免去了复杂的控制算法带来的诸多难题，便于控制与设计；可实现对复杂外形物品的被动柔性面包络，抓取稳定性高；应用灵活性强，可广泛应用于机械制造、轻工业、医疗等要求被动柔性包络外形复杂、易碎物品的场合。
【附图说明】
[0015]图1是本发明所提供的可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪的结构示意图；
[0016]图2是本发明所提供的可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪的主视图；
[0017]图3是本发明所提供的可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪中第一被动手指的结构不意图；
[0018]图4是本发明所提供的可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪中第一被动手指包络物体的示意图；
[0019]图5是本发明所提供的可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪抓取物体的示意图。
[0020]图中:1、驱动平台；2、第四主动支链；3、第一主动支链；4、第四被动手指；5、第一被动手指；6、固定手掌；7、第二被动手指；8、第三被动手指；9、第二主动支链；10、第三主动支链；11、杆体；12、平板结构；13、第一驱动平台转动副；14、第一连接板；15、第一手指固定板；16、第一手指固定板转动副；17、第一固定手掌转动副；18、刚性杆；19、转动副；20、第一柔性轮廓；21、被抓取物体。
【具体实施方式】
[0021]为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供了一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪，主要包括驱动平台、固定手掌、四根被动手指和四个主动支链，四个主动支链将驱动平台、固定手掌和四根被动手指连接。
[0024]驱动平台为一个中心对称的平板结构，该平板结构的形状可选用正方形、正八边形或正十六边形等；通过驱动平台的对称中心且与其所在平面相垂直的线称为驱动平台轴线。
[0025]固定手掌为中心对称的平板结构，该平板结构的形状可选用正方形、正八边形或正十六边形等；通过固定手掌的对称中心且与其所在平面相垂直的线称为从动平台轴线。
[0026]驱动平台与固定手掌所在的平面相互平行，且驱动平台轴线和从动平台轴线重合。在直线驱动器的作用下，驱动平台可以沿着驱动平台轴线做直线运动。
[0027]四个主动支链结构完全相同，并且以驱动平台轴线为中心在空间上均匀分布，相邻两个主动支链的夹角均为90°。
[0028]每个主动支链均由驱动平台转动副、连接板、手指固定板转动副、手指固定板和固定手掌转动副构成。其中手指固定板设置于被动手指的指根部，其下表面与被动手指的柔性轮廓的顶面部分镶嵌连接，以便被动手指的安装与拆卸。
[0029]驱动平台的边部通过驱动平台转动副与连接板的一端连接，连接板的另一端通过手指固定板转动副与手指固定板的中部连接。手指固定板的内端部通过固定手掌转动副与固定手掌的边部连接。驱动平台转动副的转动轴线、手指固定板转动副的转动轴线、固定手掌转动副的转动轴线相互平行。这样，在驱动平台沿着驱动平台轴线做直线运动时，可以通过连接板使得手指固定板绕第一固定手掌转动副转动。
[0030]四根被动手指结构完全相同，并且以驱动平台轴线为中心在空间上均匀分布，相邻两根被动手指的夹角均为90°。这样，四根被动手指在四个主动支链的带动下在与被抓取物体接触时会产生相似的运动，从而实现对物体的三维空间抓取。
[0031]每根被动手指均由一个柔性轮廓、η个刚性杆和2η个转动副构成；η个刚性杆设置在柔性轮廓内部，每个刚性杆的两端分别通过转动副与柔性轮廓连接。
[0032]具体地，柔性轮廓由柔性材料制成，如尼龙，ABS，PE塑料等。柔性轮廓为一体结构，由内侧面部分、外侧面部分和顶面部分围成。内侧面部分和外侧面部分的顶部分别连接于顶面部分的两侧，内侧面部分和外侧面部分的底部相互连接；可见内侧面部分和外侧面部分的间距由被动手指的指根部向指尖部逐渐缩小，从而便于实现对物体的包络。η个刚性杆分成m组，m组刚性杆间隔的排布在被动手指的指根部到指尖部的长度方向，且各组刚性杆之间相互平行设置；而每组又包括n/m个在被动手指的宽度方向间隔设置的刚性杆，每组的n/m个刚性杆也相互平行，同时以柔性轮廓的中心面为对称面对称布置。在被动手指不受力的状态下，所有的刚性杆均与手指固定板相平行，且手指固定板与被动手指的柔性轮廓中心面相垂直。每根刚性杆的两端分别通过转动副与柔性轮廓的内侧面部分和外侧面部分连接。这样，当柔性轮廓的内侧面部分与物体接触时，在接触力和驱动力的作用下刚性杆绕两端转动副转动，使得柔性轮廓的外侧面部分完成与内侧面部分相似的运动，实现对物体的包络，同时因每组的n/m个刚性杆对称布置，该种包络为面包络。
[0033]本发明的一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪由驱动平台、固定手掌、四根被动手指和四个主动支链构成，能实现对复杂外形物体的柔性面包络，该柔性面包络属于被动包络，可根据物体外形调整包络姿态，对复杂外形物体的适应度高，破坏性小，且只需单一直线驱动，具有极大地应用灵活性。
[0034]实施例2
[0035]如图1和图2所示，本实施例提供了一种可实现被动包络的固定手掌型柔性机械手爪，主要由多闭环机构和四根被动手指构成。多闭环机构包括驱动平台1、固定手掌6、第一主动支链3、第二主动支链9、第三主动支链10和第四主动支链2。四根被动手指包括第一被动手指5、第二被动手指7、第三被动手指8和第四被动手指4。
[0036]驱动平台3包括中心对称的多边形平板结构12和圆柱形的杆体11，正多边形的平板结构12包括至少四个均布外凸的边部，圆柱