圆弧滑杆通用抓持装置的制作方法

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种圆弧滑杆通用抓持装置的结构设计。

背景技术：

世界技术不断进步，机器人是其中最重要的发展趋势。研制机器人替代人工来达到高效生产的目的是人们长期以来的愿望。机器人能够抓取物体并进行移动搬运和加工等工作，大大减轻了人工需求，也提高了产品一致性。面对越来越多的需求，机器人工作场景变得更加多变和复杂，机器人抓取不同物体的需求在增加。机器人手是抓取物体的机器人部件，需要具有更高的抓取稳定性，不断扩大抓取物体的范围，同时要求抓持器具有结构简单、制造成本低和维护使用方便等特点。

1985年，英国帝国理工大学研究人员设计了一种具有广泛抓取能力的通用抓持装置——omnigripper(peterb.scott.the“omnigripper”:aformofrobotuniversalgripper.robotica,1985,vol.3,no.3,pp:153-158)，通过两组阵列布置的直线滑杆群组，滑杆上下直线式被动滑动，抓取物体时，在物体的挤压下滑杆滑动形成了对不同形状、尺寸物体的外轮廓适应空间接触点阵，再利用左右两组滑杆群组并拢来达到施加抓持物体的目的。该装置的不足在于：1)对于长度大于该组件左右尺寸宽度的物体，其无法抓取；2)滑杆在滑动方向上不能提供抓持力，因为滑杆滑动的方向为直线，且该直线是抓持器接近物体的方向(也是释放物体的方向)；3)属于单侧被动抓取，因此需要抓取放置在支撑的工作台上的物体，不能抓取没有支撑面的物体。

一种流体驱动柔性杆簇自适应机器人手装置(中国发明专利cn105583831b)，包括基座、膜皮、流体、多个滑动推杆、多个活塞和多个簧件。该装置实现了离散空间自适应抓取功能：利用多个滑动推杆获得对物体大小和形状的自适应效果；利用流体排出、膜皮和推杆的弯曲弹性实现多个推杆向中心聚拢的弯曲变形，达到对物体的多向抓持效果。该装置不足在于：1)滑杆在滑动方向上不能提供抓持力，因为滑杆滑动的方向为直线，且该直线是抓持器接近物体的方向(也是释放物体的方向)；2)属于单侧被动抓取，因此需要抓取放置在支撑的工作台上的物体，不能抓取没有支撑面的物体。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种圆弧滑杆通用抓持装置。该装置能够抓取物体并具有自适应抓取功能——可以抓取不同形状、尺寸的物体；适用于各种需要抓取的机器人应用场景中，结构简单、制造成本低；抓取接触点多，抓取物体时无需工作台支撑。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：包括基座、驱动器、传动机构和m个杆群组件；所述基座中对应每个杆群组件设有m组滑槽，所述滑槽呈圆弧形；每个杆群组件包括辅助轴和k个滑杆单元；所述滑杆单元包括圆弧滑杆、主簧件、腱绳和绕线筒；所述圆弧滑杆是中心线呈圆弧形的杆件，所有圆弧滑杆滑动镶嵌在对应的滑槽中，所有圆弧滑杆的圆弧形中心线的半径分别与对应的滑槽的半径相同；所述主簧件的两端分别连接圆弧滑杆和基座；所述驱动器的输出端与传动机构的输入端相连；所述传动机构的输出端分别与所有辅助轴相连；所述辅助轴套设在基座中；所述绕线筒套固在对应的辅助轴上；所述腱绳两端分别连接绕线筒和圆弧滑杆；其中，m为大于1的自然数，k是大于1的自然数，n为自然数，n等于m与k的乘积。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：同一个杆群组件中的所有圆弧滑杆的圆弧形中心线共圆心。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述滑杆单元还包括辅助簧件；所述辅助簧件的两端分别连接圆弧滑杆和腱绳的上端。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述主簧件采用拉簧或压簧。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述辅助簧件采用拉簧。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、液压缸或气缸。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：杆件是刚性杆或可弯曲的柔性杆。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：不同的杆群组件中的圆弧滑杆的圆弧形中心线共圆心。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器、过渡齿轮、中间轴、中间齿轮和q个辅助齿轮；所述驱动器的输出端与减速器的输入轴相连；所述过渡齿轮套固在减速器的输出轴上；所述过渡齿轮与一个辅助齿轮啮合；所有辅助齿轮套固在对应的辅助轴上；所述中间齿轮分别与所有辅助齿轮啮合；所述中间齿轮套固在中间轴上；所述中间轴套设在基座中；所述中间轴与所有辅助轴的中心线平行；圆弧滑杆的圆弧形中心线的圆心在中间轴的中心线上；其中，q为自然数，q等于辅助轴的个数。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：不同的杆群组件中的圆弧滑杆的弧形中心线所在的平面相互平行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

本发明装置利用基座、驱动器、传动机构和多个杆群组件综合实现了自适应抓取功能。该装置利用圆弧滑杆在滑槽中滑动伸出接触物体，并利用主簧件适应相应的圆弧滑杆的不同伸出位置，达到自适应抓取功能——可以抓取不同形状、尺寸的物体；该装置适用于各种需要抓取的机器人应用场景中，结构简单、制造成本低；由于有多个杆群组件，每个杆群组件包括了多个圆弧滑杆，因此抓取物体时接触点多，接触点分布在所抓物体的周围，抓取稳定；该装置抓取物体时，驱动器通过传动机构、腱绳放松所有圆弧滑杆，圆弧滑杆从相对的多个侧面去抓取物体，因此无需工作台支撑物体。

附图说明

图1是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的一种实施例的立体外观图。

图2是图1所示实施例抓取物体时的内部结构图(未画出部分零件)。

图3是图1所示实施例的圆弧滑杆在末端时的示意图。

图4是图1所示实施例在抓取物体时的剖面图。

图5是图1所示实施例的一个滑杆单元的示意图。

图6是图1所示实施例的内部结构图(未画出部分零件)。

图7是图1所示实施例在抓取物体时的外观示意图。

图8是图1所示实施例抓取物体过程示意图。

图9是图1所示实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为星形布置

图10是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为平行布置。

图11是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为旋转平移布置。

图12是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为自由分布布置。

在图1至图12中：

1－基座，101－滑槽，2－杆群组件，21－圆弧滑杆，

3－主簧件，31－辅助簧件4－腱绳，5－电机，

6－减速器，7－过渡齿轮，8－绕线筒，9－辅助轴，

10－辅助齿轮，11－中间轴，12－中间齿轮，13－物体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构、工作原理的内容。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置的一种实施例，如图1至图6所示，包括基座1、驱动器、传动机构和m个杆群组件2；所述基座1中对应每个杆群组件2设有m组滑槽101，所述滑槽101呈圆弧形；每个杆群组件2包括辅助轴9和k个滑杆单元；所述滑杆单元包括圆弧滑杆21、主簧件3、腱绳4和绕线筒8；所述圆弧滑杆21是中心线呈圆弧形的杆件，所有圆弧滑杆21滑动镶嵌在对应的滑槽101中，所有圆弧滑杆21的圆弧形中心线的半径分别与对应的滑槽101的半径相同；所述主簧件3的两端分别连接圆弧滑杆21和基座1；所述驱动器的输出端与传动机构的输入端相连；所述传动机构的输出端分别与所有辅助轴9相连；所述辅助轴9套设在基座1中；所述绕线筒8套固在对应的辅助轴9上；所述腱绳4两端分别连接绕线筒8和圆弧滑杆21；其中，m为大于1的自然数，k是大于1的自然数，n为自然数，n等于m与k的乘积。

本实施例中，m＝3，k＝3，n＝9。

本实施例中，同一个杆群组件2中的所有圆弧滑杆21的圆弧形中心线共圆心。

本实施例中，所述滑杆单元还包括辅助簧件；所述辅助簧件31的两端分别连接圆弧滑杆21和腱绳4的上端。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述主簧件3采用拉簧或压簧。本实施例中，所述主簧件3采用拉簧。

本实施例中，所述辅助簧件31采用拉簧。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、液压缸或气缸。本实施例中，所述驱动器采用电机5。

本发明所述的圆弧滑杆通用抓持装置，其特征在于：杆件是刚性杆或可弯曲的柔性杆。本实施例中，圆弧滑杆21是刚性杆。

本实施例中，不同的杆群组件中的圆弧滑杆21的圆弧形中心线共圆心。

本实施例中，所述传动机构包括减速器6、过渡齿轮7、中间轴11、中间齿轮12和q个辅助齿轮31；所述驱动器的输出端与减速器6的输入轴相连；所述过渡齿轮7套固在减速器6的输出轴上；所述过渡齿轮7与一个辅助齿轮10啮合；所有辅助齿轮10套固在对应的辅助轴9上；所述中间齿轮12分别与所有辅助齿轮10啮合；所述中间齿轮12套固在中间轴11上；所述中间轴11套设在基座1中；所述中间轴11与所有辅助轴9的中心线平行；圆弧滑杆21的圆弧形中心线的圆心在中间轴11的中心线上；其中，q为自然数，q等于辅助轴9的个数。本实施例中，q为3。

本发明的另一种实施例中，不同的杆群组件2中的圆弧滑杆21的弧形中心线所在的平面相互平行。

本实施例的工作原理，结合附图，叙述如下：

初始状态如图3所示，此时电机5转动，通过传动机构带动辅助轴9转动，带动固接在辅助轴9上的绕线筒8转动，拉动腱绳4，腱绳4拉动辅助簧件31，辅助簧件31拉伸，拉动圆弧滑杆21，圆弧滑杆21发生滑动，拉动主簧件3拉伸，电机5继续转动，所有圆弧滑杆21被拉回基座1，进入抓取物体13前的准备状态。

抓取物体13时，电机5反转，辅助轴9反向转动，带动绕线筒8反向转动，放开腱绳4，圆弧滑杆21在主簧件3拉动下从基座1向外伸出，此过程如图8所示。

部分圆弧滑杆21接触到物体13后，无法继续伸出，主簧件3停止收缩，其余圆弧滑杆21上的主簧件3继续收缩，带动其余圆弧滑杆21继续伸出，实现对物体13的多点位抓取。此过程称为自适应抓取过程。

图7和图8是抓取物体的两种情况。

释放物体13的过程与上述过程相反，不再赘述。

本实施例由于采用了圆弧形的滑槽101，圆弧滑杆21在滑槽101中滑动，因而该滑动是沿着圆弧中心线的滑动。多个杆群组件2参与抓取，杆群组件2中的圆弧滑杆21半径不同，产生了多条圆弧形轨迹，这些轨迹相互间不冲突、不干涉，随着物体13形状的不同，多个滑杆实现了对物体13在空间中多点位的三维分散抓取。

本实施例采用主簧件3提供抓取力，能够被动适应物体13，接触到物体13的圆弧滑杆21停止运动，未接触物体13的圆弧滑杆21继续运动，实现了对物体13形状的被动适应。

对比通常的抓取模式，本实施例实现了一种新的抓取模式，结构简单，抓取稳定，在多种方向下抓取形状不同的物体的稳定性好。

图9是图1所示实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为星形布置。

除了图1所示实施例之外，滑杆组件的安装方式可以有多种方式：

图10是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为平行布置。图11是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为旋转平移布置。图12是本发明设计的圆弧滑杆通用抓持装置的另一种实施例的俯视图，滑杆组件的安装方式为自由分布布置。

本发明装置利用基座、驱动器、传动机构和多个杆群组件综合实现了自适应抓取功能。该装置利用圆弧滑杆在滑槽中滑动伸出接触物体，并利用主簧件适应相应的圆弧滑杆的不同伸出位置，达到自适应抓取功能——可以抓取不同形状、尺寸的物体；该装置适用于各种需要抓取的机器人应用场景中，结构简单、制造成本低；由于有多个杆群组件，每个杆群组件包括了多个圆弧滑杆，因此抓取物体时接触点多，接触点分布在所抓物体的周围，抓取稳定；该装置抓取物体时，驱动器通过传动机构、腱绳放松所有圆弧滑杆，圆弧滑杆从相对的多个侧面去抓取物体，因此无需工作台支撑物体。