绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置制造方法及图纸

绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，属于机器人手技术领域，包括基座、驱动器、传动机构、通道件、第一拉膜件、第二拉膜件、颗粒材料、过滤层、电磁铁、弹性薄膜和磁流变液。通过拉动第一拉膜件和第二拉膜件，弹性薄膜向上方凹陷变形，弹性薄膜包裹物体并自适应贴合物体外形，部分磁流变液在受压迫状态进入通道件的上方，在弹性薄膜和物体之间可能形成密封的负压区域，在磁流变液压力、大气压和弹性薄膜摩擦力的共同作用下，实现物体抓取；颗粒材料在弹性薄膜下方中的密度增加产生的固化效果会带来更大的抓持力；电磁铁通电产生的电磁场使得磁流变液固化，增强了抓持效果。该装置实现了多维自适应抓取功能，可以自动适应抓取不同形状、尺寸的物体；能够实现多个方向对物体的适应，抓取稳定快速，结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置的结构设计。
技术介绍
机器人用手爪(或夹持器)抓物体，因此，手爪是机器人的重要终端。模仿人手研制的机器人手称为称为拟人机器人手或多指机器人手，已经有许多多指机器人手被研制出来，它们分别具有多个手指，各手指有多个旋转关节。其中，最为简单是二指夹持器(也称为工业夹持器)，模仿了带有二指手套的人手抓取(大拇指与四指开合)，或者类似于鸟喙衔取。它们在工业上被广泛采用，可以实现对指定形状、尺寸特殊物体很稳定地抓取，结构非常简单，成本很低，不少残疾人假手也因为二指夹持器的优点而大量采用这种手爪。但是二指夹持器的适应能力不强，不能去自动适应不同形状尺寸的物体。具有自适应特性的抓取装置可以有以下四大类：(1)多指灵巧手模仿人手的机器人灵巧手具有9个以上(甚至多达20个左右)自由度、数十个传感器和复杂的控制原理。灵巧手有独立控制的关节，能主动控制各个关节，从而实现灵巧的动作，主动抓取不同形状物体。从上世纪70年代以来，已经有多个国家研制出非常知名的各种灵巧手，例如，Salisbury手、Utah/MIT手、哈工大和德国宇航中心(DLR)的HIT/DLR系列手，北航的BH系列灵巧手，美国宇航局(NASA)的RobonautR2手，英国Shadow机器人公司的Shadow系列手，东京大学的快速机器人手……。多指灵巧手结构复杂，传感与控制繁琐，成本昂贵，目前暂还未推广使用。<br>(2)多指欠驱动手欠驱动手是一种介于工业夹持器和多指多关节主动驱动手之间的机器人手，属于智能机械范畴，利用机械方式达到传感与控制的目的，实现了少量电机驱动多个关节的功能，比较吸引人的是它可以自动适应不同形状、尺寸物体，减少了传感与控制需求。早在上世纪70年代，Hirose等人就设计出了一种自适应欠驱动手，近十年来得到越来越多的关注。已经开发出的欠驱动手有：加拿大Laval大学多连杆型的SARAH欠驱动手、意大利Prensilia公司的腱绳驱动的欠驱动手，哈工大、北航、上交大、华中科大和中科院合肥智能机械研究所等机构都在欠驱动手方面成果斐然。灵巧手和欠驱动手两类并不互相独立，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。但是灵巧手和欠驱动手都属于多指机器人手，手指与物体的接触受限于手指的数量和关节的数量，难以增加接触点，自适应能力还有限，抓取稳定性有待提高。(3)柔性表面的机器人手在多指机器人手的指段表面增加柔性或弹性材料，可以获得软指面抓取效果，指面的适应性得到很大提高，有利于抓取。但是由于手指指段的主体元件仍然是刚性的，因此仅可以获得局部自适应提高的效果，难以获得整体自适应效果。(4)软体机器人手在特种机器人手方面，相当多的工业手爪利用吸盘、磁铁等方式抓取物体。但是其适应面仍然有限。美国康奈尔大学申请了一项通用夹持器专利(美国专利技术专利US20130106127A1)，所介绍的通用夹持器采用含有大量小颗粒的膜皮去适应物体形状，利用空气压缩机抽真空的方式，将膜皮内的空气抽走，留下的大量颗粒发生了颗粒阻塞硬化现象，从而仿佛长出了“手指”一般，可以自适应抓取不同形状、尺寸的物体。该通用夹持器的不足之处在于：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，提出一种绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，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；抓持力大，抓取稳定快速；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绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：包括基座、驱动器、传动机构、通道件、第一拉膜件、第二拉膜件、颗粒材料、过滤层、电磁铁、弹性薄膜和磁流变液；所述通道件与基座固接；所述驱动器与基座固接，所述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第二拉膜件的上端相连，所述第二拉膜件的下端、弹性薄膜的上端和第一拉膜件的上端固接；所述第一拉膜件的下端与弹性薄膜的下端固接；所述弹性薄膜为可变形的弹性材料制作的中空密封结构；所述弹性薄膜的一部分位于通道件的下方，所述弹性薄膜的另一部分位于通道件的内部，所述弹性薄膜的一部分与通道件的内壁相接触；所述通道件包括至少1个通道；所述通道为中空的空腔结构，所述通道具有下出口和上出口；当通道的数量大于1时，所有的所述通道中的空腔相互连通，从下向上不同所述通道的空腔的容积依次减小；所述磁流变液密封在弹性薄膜中；所述第一拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合；所述第二拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合；所述过滤层设置在弹性薄膜中，将弹性薄膜的中部空腔分割为上部和下部；所述颗粒材料被放置在弹性薄膜的下部空腔中；所述过滤层设置有小孔，该小孔可以通过磁流变液但是不能通过颗粒材料；所述过滤层具有柔性；所述电磁铁安装在基座上。本专利技术所述的绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：所述第一拉膜件的下端与弹性薄膜的下端的中心区域相连。本专利技术所述的绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸或液压缸。本专利技术所述的绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：所述颗粒材料包含由任何类型的金属、绝缘固体或半导体固体构成的小的、单个的固体颗粒或微粒中的任一种，包括一种或多种聚合物颗粒、咖啡渣、淀粉、玻璃粉、沙、大米、木屑、碎果壳、麦粒、玉米粉、金属颗粒、盐、种子中的任一种或者任意组合。本专利技术装置利用驱动器、传动机构、通道件、第一拉膜件、第二拉膜件、颗粒材料、过滤层、电磁铁、弹性薄膜和磁流变液等综合实现了多维自适应抓取功能，可以自动适应抓取不同形状、尺寸的物体，核心原理是：驱动器通过传动机构拉动第一拉膜件和第二拉膜件，弹性薄膜向通道件的上方和内部不断变形，在通道件的配合下，装有磁流变液的弹性薄膜包裹物体并自适应贴合物体外形，部分磁流变液在受压迫状态陆续进入狭窄的通道件中，磁流变液反作用在所抓物体上，同时在弹性薄膜和物体之间可能形成密封的负压区域，在磁流变液压力、大气压和弹性薄膜摩擦力的共同作用下，实现物体抓取；颗粒材料在弹性薄膜下方中的密度增加产生的固化效果会带来更大的抓持力；电磁铁通电产生的电磁场使得磁流变液固化，增强了抓持效果；该装置能够实现多个方向对物体的适应，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：包括基座、驱动器、传动机构、通道件、第一拉膜件、第二拉膜件、颗粒材料、过滤层、电磁铁、弹性薄膜和磁流变液；所述通道件与基座固接；所述驱动器与基座固接，所述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第二拉膜件的上端相连，所述第二拉膜件的下端、弹性薄膜的上端和第一拉膜件的上端固接；所述第一拉膜件的下端与弹性薄膜的下端固接；所述弹性薄膜为可变形的弹性材料制作的中空密封结构；所述弹性薄膜的一部分位于通道件的下方，所述弹性薄膜的另一部分位于通道件的内部，所述弹性薄膜的一部分与通道件的内壁相接触；所述通道件包括至少1个通道；所述通道为中空的空腔结构，所述通道具有下出口和上出口；当通道的数量大于1时，所有的所述通道中的空腔相互连通，从下向上不同所述通道的空腔的容积依次减小；所述磁流变液密封在弹性薄膜中；所述第一拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合；所述第二拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合；所述过滤层设置在弹性薄膜中，将弹性薄膜的中部空腔分割为上部和下部；所述颗粒材料被放置在弹性薄膜的下部空腔中；所述过滤层设置有小孔，该小孔可以通过磁流变液但是不能通过颗粒材料；所述过滤层具有柔性；所述电磁铁安装在基座上。...

【技术特征摘要】
1.一种绳驱磁流变液颗粒增强通用抓持装置，其特征在于：包括基座、驱动器、传动机构、通道件、
第一拉膜件、第二拉膜件、颗粒材料、过滤层、电磁铁、弹性薄膜和磁流变液；所述通道件与基座固接；
所述驱动器与基座固接，所述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第二拉
膜件的上端相连，所述第二拉膜件的下端、弹性薄膜的上端和第一拉膜件的上端固接；所述第一拉膜件的
下端与弹性薄膜的下端固接；所述弹性薄膜为可变形的弹性材料制作的中空密封结构；所述弹性薄膜的一
部分位于通道件的下方，所述弹性薄膜的另一部分位于通道件的内部，所述弹性薄膜的一部分与通道件的
内壁相接触；所述通道件包括至少1个通道；所述通道为中空的空腔结构，所述通道具有下出口和上出口；
当通道的数量大于1时，所有的所述通道中的空腔相互连通，从下向上不同所述通道的空腔的容积依次减
小；所述磁流变液密封在弹性薄膜中；所述第一拉膜件采用连杆、带、链条或腱绳中的一种或多种的混合...

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