一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种电‑气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，由驱动部件、四个相同手指部件组成，手指部件由指根节、中指节和指尖节组成，本发明专利技术可以根据情况选择接触力的作用点，以及作用力的方向，使抓取过程不对物体造成形变以及损伤，抓取更精确可靠；同时，调整根指节与被抓物体的角度，可以适应抓取物体尺寸的较大变化，适应抓取物体形状、竖横放置的变化，抓取力作用点和大小有柔性自适应形，反应敏捷、缓冲性好。

An elephant like hawk claw logistics packing manipulator driven by electro pneumatic composite fingers

The invention discloses a hawk-like claw Logistics Packaging Manipulator Driven by an electric-pneumatic compound flexible finger, which is composed of a driving component and four identical finger components. The finger component consists of a finger root joint, a middle finger joint and a fingertip joint. The contact force action point and the direction of the action force can be selected according to the situation to enable the grasping to pass. At the same time, adjusting the angle between the root knuckle and the object to be grasped can adapt to the larger change of the size of the object to be grasped, the change of the shape of the object to be grasped, the change of the vertical and horizontal placement, the action point and the size of the grasping force have flexible self-adaptive shape, quick response and good cushioning.

【技术实现步骤摘要】
一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手
本专利技术涉及电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，本专利技术机械手属于机器人、机电一体化的应用
，与机器人本体联接，尤其适用于食品、农产品、轻工产品的抓取、分拣等生产和物流领域。
技术介绍
针对轻工和食品行业的大规模生产状况，为满足形状复杂、物性多样的原材料、半成品、成品的物流和包装的需要，为解决简单劳动的用工成本高、劳动条件差等问题，需要物流抓取的末端抓持器。就抓取的复杂对象的种类：①形状不规则的、大小差别大的物体(瓜果、蔬菜)；②易碎的脆性物体(禽蛋、玻璃陶瓷制品)；③易变形的软性物体(面包、软包装物品)；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体(酒瓶、化妆品瓶)；从上可见，复杂对象的材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大。传统工业机械手(末端抓持器)为夹钳式或平行移动式结构，只能抓取形状大小相同、位置状态一致、不会破损的刚性工件。仿人灵巧手需要感知复杂对象的空间位置和形状，需要精确控制运动和抓取力，否则会损坏复杂对象或不能可靠抓取，但目前仿人灵巧手尚处在实验室研究阶段。目前，欠驱动机械手的手指部分为刚性变约束结构，每根手指共三个自由度。在单电机驱动下，未接触被抓取物体时手指任意点的运动轨迹是固定不变的、会对小的被抓取物体的支撑面(如输送带)产生干涉。接触被抓取物体时需要克服两个扭弹簧作用，其作用点、作用力的大小方向不可改变。既不能适应前述被抓持复杂对象的形状、尺寸不一致，又不能满足接触力不损坏且可靠抓持复杂对象的特殊性要求，同时还会对被抓持复杂对象产生较大冲击。因此，刚性结构的欠驱动机械手适应性不好，不能有效地抓持前述的复杂对象。着重针对上述复杂抓持对象，本专利技术克服了上述缺陷，电机通过丝杆螺母机构将旋转运动转化为直线运动，再同时推动四个手指部件的指根节转动、调节指根节位势，安装在指根节和指尖节上的气动波纹管肌肉驱动抓取物体，也通过气动波纹管肌肉使指根节转位，适应垂直抓取圆柱形、方形、球形、椭球形物体，或水平抓取圆柱形、方形物体。通过带角位移反馈编码器的电机角位移控制，抓取姿态可调、接触力的作用点可调，因此抓取复杂对象时，抓取范围更广；气动波纹管肌肉反应速度快，并有柔性自适应效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，包括丝杠轴电机、上座板、导向联结杆、丝杠螺母座、直线轴承、驱动板、推板、推杆、固定手指座、连杆、底座板、短手指、长手指、单头波纹管肌肉、带脊推板、拉弹簧、小支座、转动驱动板、圆压板、密封头、轴套、转动手指座、小带座轴承，所述丝杠轴电机安装在上座板，所述上座板和底座板靠两根导向联结杆固定成整体，两根导向联结杆的两端均有圆柱段分别与上座板和底座板上的孔间隙配合，所述丝杠轴电机带动的丝杠螺母座固定在驱动板上，所述驱动板上安装有两个直线轴承，两个直线轴承靠对应的导向联结杆导向，驱动板上下直线运动；左边的短手指的指根节的上端与固定手指座铰链连接，所述固定手指座通过螺钉安装在底座板上，所述推板固定在驱动板上，所述推板外侧安装有推杆，所述推杆与连杆的一端铰链连接，所述连杆的另一端与短手指上的铰链座通过铰链连接，右边中间的长手指的指根上端与固定手指座铰链连接，所述带脊推板固定在驱动板上，所述带脊推板外侧安装有推杆，所述推杆与连杆的一端铰链连接，所述连杆的另一端与长手指上的铰链座通过铰链连接，所述驱动板带动带脊推板上下直线运动；右边的外侧的两个短手指的指根节的上端均与转动手指座铰链连接，右边的外侧的两个短手指随转动手指座与转动驱动板是同轴心线地、整体地转动，驱动来自两个单头波纹管肌肉，所述转动手指座上部的轴段套进轴套，所述轴套顶住小带座轴承的转动内圈，所述转动手指座上部的轴段的螺纹部分用螺母旋紧，将转动手指座轴向固定在小带座轴承上，所述小带座轴承通过螺钉固定在底座板，所述单头波纹管肌肉靠卡箍固定在密封头的波状卡口上，带气管接头的密封头固定在小支座上，所述小支座固定在转动驱动板上，两根拉弹簧的一端钩进带脊推板的背脊上的孔中，另一端钩进小支座上的孔中，所述转动驱动板的外侧安装有推杆，所述推杆与连杆的一端铰链连接，所述连杆的另一端与短手指上的铰链座通过铰链连接；所述短手指包括指根节、铰链座、大支座、厚密封头、气管接头、双头波纹管肌肉、薄密封头、粗扭簧、中指节、细扭簧、指尖节、弧形胶条，所述铰链座固定在指根节上，所述双头波纹管肌肉的上端靠卡箍固定在厚密封头的波状卡口上，所述气管接头旋在厚密封头上，所述双头波纹管肌肉的下端靠卡箍固定在薄密封头的波状卡口上，所述厚密封头、薄密封头均固定在大支座，一个大支座固定在指根节上，另一个大支座固定在指尖节上，所述指根节与中指节铰链连接，铰链芯轴上套有粗扭簧，所述中指节与指尖节铰链连接，铰链芯轴上套有细扭簧，所述弧形胶条分别粘贴在指根节、中指节、指尖节的内侧的抓持接触面上。优选的，所述驱动板带动推板上下直线运动。优选的，所述推板驱动推杆、连杆，调节调节指根与底座板间的夹角。优选的，所述带脊推板驱动推杆、连杆，调节指根与底座板间的夹角。优选的，两块转动驱动板的厚度与驱动板外侧的导槽的宽度间隙配合，靠圆柱销铰链连接而转动。优选的，两个导槽的终止平面平行，在两个拉弹簧作用下保证右边的外侧的两个短手指与长手指、左边的短手指平行。优选的，用内六角螺钉和螺母、两个圆压板，将两个橡胶材料的单头波纹管肌肉的平面端夹紧固定在带脊推板的背脊上，也能保持密封。优选的，充气的单头波纹管肌肉膨胀，驱动小支座、右边的外侧的短手指转动，实现手指转位。优选的，所述驱动板带动转动驱动板上下直线运动，转动驱动板驱动推杆、连杆，从而调节指根与底座板间的夹角。优选的，自由状态的单头波纹管肌肉是U形波纹管纵截面，安装后初始状态被拉弹簧压缩成Ω形波纹管纵截面。优选的，本专利技术机械手有四个手指，四个手指的指根与底座板间的夹角相等，左边一个手指，右边三个手指，左边手指与右边三个手指中前后对称安装的、外侧的两个手指结构和尺寸完全相同，均为短手指；右边的外侧的两个短手指的指根反向转位后，这两个短手指和左边短手指的指根可以形成同心圆上分布位置、且每个手指弯曲方向均朝这个同心圆圆心；长手指为右边三个手指中中间的手指，左边短手指与右边长手指左右对称安装，长手指与短手指结构相同，但长手指的三个指节的长度均长于短手指的三个指节，形成鹰爪状，长手指钩到物体底部、起到牢固抓握作用。优选的，本专利技术气动系统由六个相同的气动单元的组成，每个气动单元中，进气通过并联气路，并联气路前端一路是串联的常开式开关阀Q2、可调节流阀Q3，另一路是串联的常开式高速开关阀Q1、孔径范围在0.1-1mm的小孔节流阀Q4，并联气路后端连接单头波纹管肌肉或双头波纹管肌肉；在单头波纹管肌肉或双头波纹管肌肉进气口，接有排气开关阀Q5，排气开关阀Q5之后接有消声器Q6，在单头波纹管肌肉或双头波纹管肌肉进气口还接有压力变送器Q7。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)通过电机的控制，可以调整根指节与被抓物体的角度，实现了接触点位置的调整，对被抓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电‑气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，包括丝杠轴电机(1)、上座板(2)、导向联结杆(3)、丝杠螺母座(4)、直线轴承(5)、驱动板(6)、推板(7)、推杆(8)、固定手指座(9)、连杆(10)、底座板(12)、短手指(13)、长手指(14)、单头波纹管肌肉(15)、带脊推板(16)、拉弹簧(17)、小支座(18)、转动驱动板(19)、圆压板(20)、密封头(21)、轴套(22)、转动手指座(23)、小带座轴承(24)，其特征在于：所述丝杠轴电机(1)安装在上座板(2)，所述上座板(2)和底座板(12)靠两根导向联结杆(3)固定成整体，两根导向联结杆(3)的两端均有圆柱段分别与上座板(2)和底座板(12)上的孔间隙配合，所述丝杠轴电机(1)带动的丝杠螺母座(4)固定在驱动板(6)上，所述驱动板(6)上安装有两个直线轴承(5)，两个直线轴承5靠对应的导向联结杆(3)导向，驱动板(6)上下直线运动；左边的短手指(13)的指根节(13a)的上端与固定手指座(9)铰链连接，所述固定手指座(9)通过螺钉安装在底座板(12)上，所述推板(7)固定在驱动板(6)上，所述推板(7)外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与短手指(13)上的铰链座(13b)通过铰链连接，右边中间的长手指(14)的指根上端与固定手指座(9)铰链连接，所述带脊推板(16)固定在驱动板(6)上，所述带脊推板(16)外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与长手指(14)上的铰链座(13b)通过铰链连接，所述驱动板(6)带动带脊推板(16)上下直线运动；右边的外侧的两个短手指(13)的指根节(13a)的上端均与转动手指座(23)铰链连接，右边的外侧的两个短手指(13)随转动手指座(23)与转动驱动板(19)是同轴心线地、整体地转动，驱动来自两个单头波纹管肌肉(15)，所述转动手指座(23)上部的轴段套进轴套(22)，所述轴套(22)顶住小带座轴承(24)的转动内圈，所述转动手指座(23)上部的轴段的螺纹部分用螺母旋紧，将转动手指座(23)轴向固定在小带座轴承(24)上，所述小带座轴承(24)通过螺钉固定在底座板(12)，所述单头波纹管肌肉(15)靠卡箍固定在密封头(21)的波状卡口上，带气管接头的密封头(21)固定在小支座(18)上，所述小支座(18)固定在转动驱动板(19)上，两根拉弹簧(17)的一端钩进带脊推板(16)的背脊上的孔中，另一端钩进小支座(18)上的孔中，所述转动驱动板(19)的外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与短手指(13)上的铰链座(13b)通过铰链连接。...

【技术特征摘要】
1.一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，包括丝杠轴电机(1)、上座板(2)、导向联结杆(3)、丝杠螺母座(4)、直线轴承(5)、驱动板(6)、推板(7)、推杆(8)、固定手指座(9)、连杆(10)、底座板(12)、短手指(13)、长手指(14)、单头波纹管肌肉(15)、带脊推板(16)、拉弹簧(17)、小支座(18)、转动驱动板(19)、圆压板(20)、密封头(21)、轴套(22)、转动手指座(23)、小带座轴承(24)，其特征在于：所述丝杠轴电机(1)安装在上座板(2)，所述上座板(2)和底座板(12)靠两根导向联结杆(3)固定成整体，两根导向联结杆(3)的两端均有圆柱段分别与上座板(2)和底座板(12)上的孔间隙配合，所述丝杠轴电机(1)带动的丝杠螺母座(4)固定在驱动板(6)上，所述驱动板(6)上安装有两个直线轴承(5)，两个直线轴承5靠对应的导向联结杆(3)导向，驱动板(6)上下直线运动；左边的短手指(13)的指根节(13a)的上端与固定手指座(9)铰链连接，所述固定手指座(9)通过螺钉安装在底座板(12)上，所述推板(7)固定在驱动板(6)上，所述推板(7)外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与短手指(13)上的铰链座(13b)通过铰链连接，右边中间的长手指(14)的指根上端与固定手指座(9)铰链连接，所述带脊推板(16)固定在驱动板(6)上，所述带脊推板(16)外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与长手指(14)上的铰链座(13b)通过铰链连接，所述驱动板(6)带动带脊推板(16)上下直线运动；右边的外侧的两个短手指(13)的指根节(13a)的上端均与转动手指座(23)铰链连接，右边的外侧的两个短手指(13)随转动手指座(23)与转动驱动板(19)是同轴心线地、整体地转动，驱动来自两个单头波纹管肌肉(15)，所述转动手指座(23)上部的轴段套进轴套(22)，所述轴套(22)顶住小带座轴承(24)的转动内圈，所述转动手指座(23)上部的轴段的螺纹部分用螺母旋紧，将转动手指座(23)轴向固定在小带座轴承(24)上，所述小带座轴承(24)通过螺钉固定在底座板(12)，所述单头波纹管肌肉(15)靠卡箍固定在密封头(21)的波状卡口上，带气管接头的密封头(21)固定在小支座(18)上，所述小支座(18)固定在转动驱动板(19)上，两根拉弹簧(17)的一端钩进带脊推板(16)的背脊上的孔中，另一端钩进小支座(18)上的孔中，所述转动驱动板(19)的外侧安装有推杆(8)，所述推杆(8)与连杆(10)的一端铰链连接，所述连杆(10)的另一端与短手指(13)上的铰链座(13b)通过铰链连接。2.根据权利要求1所述的一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手，其特征在于：所述短手指(13)包括指根节(13a)、铰链座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，史晓斐，周浪，唐正宁，吕兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32