双驱动异形超柔弹性骨架的机械手制造技术

本发明专利技术涉及本发明专利技术涉及双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，包括上座板和底座板，两者之间通过两组导向联结杆固定成一个整体，上座板上间隔安装有两个丝杠轴伺服电机，两个丝杠轴伺服电机的丝杠分别连接中空指前段驱动板和指根部驱动板，两根丝杠末端分别通过两个带座轴承支撑于底座板，还包括柔性手指，柔性手指头部固定在中空指前段驱动板上，柔性手指的异形超柔板弹簧通过指根铰链座与底座板连接，柔性手指的弯杆通过弯杆铰链座与指根部驱动板连接，两个丝杠轴伺服电机通过丝杆螺母机构将旋转运动转化为直线运动，分别驱动柔性手指的不同部分运动，可靠抓持状态尺寸各异的物体、抓取范围广，具有柔性自适应的效果。

Manipulator with Double-drive Special-shaped Super-flexible Elastic Frame

The invention relates to a manipulator with a double-drive special-shaped super flexible elastic skeleton, comprising a upper plate and a base plate, which are fixed into a whole by two sets of guide connecting rods, two screw-shaft servo motors are installed at intervals between the upper plate, and two screw-shaft servo motors are connected with hollow finger front drive separately. Plate and finger root drive plate, two screw ends are supported on the base plate through two bearings with seat respectively, including flexible finger. The head of flexible finger is fixed on the front part of hollow finger drive plate. The special-shaped super-flexible plate spring of flexible finger is connected with the base plate through finger root hinge seat, and the bending rod of flexible finger is connected with the base plate through the bending rod hinge seat. Connected with the finger root drive plate, the two screw shaft servo motors convert the rotation motion into linear motion through the screw nut mechanism, and drive different parts of the flexible finger motion respectively. They can reliably grasp objects with different state sizes and wide grasping range, and have the effect of flexible self-adaptation.

【技术实现步骤摘要】
双驱动异形超柔弹性骨架的机械手
本专利技术涉及机器人、机电一体化的应用
，与机器人本体联接，尤其是一种双驱动异形超柔弹性骨架的机械手。
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异形超柔板弹簧4a的弹性，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。
技术实现思路
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，着重针对上述复杂抓持对象，提供一种结构合理的双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，可靠地以包络方式抓持物体以适应物体尺寸的变化，或者直接驱动异形超柔弹性骨架使末端弹性变形、从而可靠地捏取方式抓持物体；也通过改变手指的安装位置，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；具有柔性自适应的抓取效果。本专利技术所采用的技术方案如下：一种双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，包括上座板和底座板，上座板上间隔安装有两个丝杠轴伺服电机，两个丝杠轴伺服电机的丝杠分别通过丝杠螺母座连接中空指前段驱动板和指根部驱动板，两根丝杠的末端分别通过两个带座轴承支撑于所述底座板上，所述上座板和底座板之间通过两组导向联结杆固定成一个整体，每组导向联结杆包括两根导向联结杆，所述中空指前段驱动板和指根部驱动板上分别安装有两个直线轴承，其中一组导向联结杆分别穿过位于中空指前段驱动板上的两个直线轴承，另一组导向联结杆分别穿过位于指根部驱动板上的两个直线轴承；还包括柔性手指，柔性手指的安装结构为：包括T型槽板，T型槽板上间隔开有两个T型槽，两个T型槽内分别连接上杆的下端和下杆的上端，上杆上端通过螺母与所述中空指前段驱动板固定连接，下杆下端与异形超柔板弹簧铰接，异形超柔板弹簧由竖直段和弯曲段构成，位于竖直段首端和末端外壁两侧均固定安装有连接件，末端的连接件与下杆的下端铰接，首端的连接件与异形板及指根铰链座连接，指根铰链座与所述底座板连接，异形板通过弯杆与指根部驱动板铰接；两个丝杠轴伺服电机分别通过各自的丝杠带动指根部驱动板和中空指前段驱动板，并在各自连接的两组导向联结杆的导向下做上下直线运动。作为上述技术方案的进一步改进：异形超柔板弹簧竖直段的截面成双曲抛物线形，弯曲段的截面成椭圆形并在末端以垂直于椭圆轴线的截面收尾，竖直段末端的连接件成扇形结构，在扇形结构的圆心处与所述下杆下端铰接，在铰接处的异形超柔板弹簧竖直段末端连接件与下杆之间安装有两个厚垫圈；竖直段首端的连接件与异形板(5a之间在连接处安装有厚垫圈和薄垫圈，其中，在薄垫圈与异形板之间铰接有指根铰链座的一端。所述异形板成三角形结构，三角形结构的一边成内凹圆弧状，三角形结构两个顶点处分别与所述异形超柔板弹簧竖直段首端的连接件通过两根销钉固定连接；三角形结构的另一个顶点与弯杆的一端铰接，弯杆成折弯状，并在其另一端与安装在指根部驱动板上的弯杆铰链座铰接。所述弯杆铰链座在指根部驱动板上开设的T型槽内定位移动、靠螺钉固定。上杆的下端、下杆的上端分别沿T型槽板的T型槽滑动以调节长度，并通过螺母锁紧。所述柔性手指设有三个，三个柔性手指在空间位置沿圆周均布或者分布在等腰三角形的三个顶点上，其中一个柔性手指位于等腰三角形的顶角上，另两个柔性手指分别位于等腰三角形的两个底角上；过等腰三角形顶点且与其底边相切的圆与沿圆周均布的圆同心，保证用来垂直抓取圆形物体或方形物体时坐标原点不变。所述中空指前段驱动板中部成镂空结构，镂空处供所述弯杆的上部和指根部驱动板通过。所述上座板呈T形结构，沿T形结构的对称轴间隔开有两个定位孔，所述对称轴两侧的T形结构对称两端各开有一个定位孔，四个定位孔中分别固定所述四根导向联结杆的上端，底座板上相应位置处开有与所述四个定位孔同轴的定位孔，用于固定所述导向联结杆的下端，四根导向联结杆上下两端分别通过圆柱面与八个定位孔间隙配合，并用螺母将上座板和底座板固定成一体；两个带座轴承分别在两个丝杠轴伺服电机的丝杠末端提供支撑。中空指前段驱动板和指根部驱动板上各开有两个同轴的通孔，分别通过四根导向联结杆中的相应的两根，中空指前段驱动板和指根部驱动板各自由两根导向联结杆导向和一个丝杠轴伺服电机驱动；四个通孔分别与四个直线轴承的相配合。所述异形超柔板弹簧采用弹簧钢材料。本专利技术的有益效果如下：本专利技术结构紧凑、合理，操作方便，二个伺服电机通过丝杆螺母机构将旋转运动转化为直线运动，驱动三个手指工作。一个伺服电机直接驱动三个手指部件的异形超柔弹性骨架的根部转动、从而适应物体尺寸的变化，另一个伺服电机直接驱动三个手指部件的异形超柔弹性骨架中间段弹性变形、从而可靠地包络方式抓持物体，或者直接驱动异形超柔弹性骨架使末端弹性变形、从而可靠地捏取方式抓持物体；也通过改变手指的安装位置，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；双伺服电机直接驱动异形超柔弹性骨架，结构柔性产生了柔性自适应的抓取效果。同时，本专利技术还具有如下优点：(1)通过伺服电机的控制，可以调整异形超柔板弹簧与指根铰链座的转动角度和被抓物体的角度，实现了接触点位置的调整，对被抓物体接触点位置的调整，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，调整异形超柔板弹簧与弯杆的转动角度和被抓物体的角度，可以适应抓取物体尺寸的较大变化，适应垂直抓取圆柱形、球形、方形物体，或水平抓取圆柱形、方形物体。(2)通过另一个伺服电机的驱动控制，克服异形超柔板弹簧中间段(竖直段)弹性变形，从而可靠地包络方式抓持物体，在异形超柔板弹簧中间段和末端(弯曲段)抓取力作用点和大小有柔性自适应性。(3)或者通过另一个伺服电机的驱动控制，克服异形超柔板弹簧中间段(竖直段)弹性变形，并使异形超柔板弹簧使末端(弯曲段)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，其特征在于：包括上座板(2)和底座板(10)，上座板(2)上间隔安装有两个丝杠轴伺服电机(1)，两个丝杠轴伺服电机(1)的丝杠分别通过丝杠螺母座(5)连接中空指前段驱动板(4)和指根部驱动板(7)，两根丝杠的末端分别通过两个带座轴承(11)支撑于所述底座板(10)上，所述上座板(2)和底座板(10)之间通过两组导向联结杆(3)固定成一个整体，每组导向联结杆(3)包括两根导向联结杆(3)，所述中空指前段驱动板(4)和指根部驱动板(7)上分别安装有两个直线轴承(8)，其中一组导向联结杆(3)分别穿过位于中空指前段驱动板(4)上的两个直线轴承(8)，另一组导向联结杆(3)分别穿过位于指根部驱动板(7)上的两个直线轴承(8)；还包括柔性手指(12)，柔性手指(12)的安装结构为：包括T型槽板(2a)，T型槽板(2a)上间隔开有两个T型槽，两个T型槽内分别连接上杆(1a)的下端和下杆(3a)的上端，上杆(1a)上端通过螺母与所述中空指前段驱动板(4)固定连接，下杆(3a)下端与异形超柔板弹簧(4a)铰接，异形超柔板弹簧(4a)由竖直段和弯曲段构成，位于竖直段首端和末端外壁两侧均固定安装有连接件，末端的连接件与下杆(3a)的下端铰接，首端的连接件与异形板(5a)及指根铰链座(9)连接，指根铰链座(9)与所述底座板(10)连接，异形板(5a)通过弯杆(6a)与指根部驱动板(7)铰接；两个丝杠轴伺服电机(1)分别通过各自的丝杠带动指根部驱动板(7)和中空指前段驱动板(4)，并在各自连接的两组导向联结杆(3)的导向下做上下直线运动。...

【技术特征摘要】
1.一种双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，其特征在于：包括上座板(2)和底座板(10)，上座板(2)上间隔安装有两个丝杠轴伺服电机(1)，两个丝杠轴伺服电机(1)的丝杠分别通过丝杠螺母座(5)连接中空指前段驱动板(4)和指根部驱动板(7)，两根丝杠的末端分别通过两个带座轴承(11)支撑于所述底座板(10)上，所述上座板(2)和底座板(10)之间通过两组导向联结杆(3)固定成一个整体，每组导向联结杆(3)包括两根导向联结杆(3)，所述中空指前段驱动板(4)和指根部驱动板(7)上分别安装有两个直线轴承(8)，其中一组导向联结杆(3)分别穿过位于中空指前段驱动板(4)上的两个直线轴承(8)，另一组导向联结杆(3)分别穿过位于指根部驱动板(7)上的两个直线轴承(8)；还包括柔性手指(12)，柔性手指(12)的安装结构为：包括T型槽板(2a)，T型槽板(2a)上间隔开有两个T型槽，两个T型槽内分别连接上杆(1a)的下端和下杆(3a)的上端，上杆(1a)上端通过螺母与所述中空指前段驱动板(4)固定连接，下杆(3a)下端与异形超柔板弹簧(4a)铰接，异形超柔板弹簧(4a)由竖直段和弯曲段构成，位于竖直段首端和末端外壁两侧均固定安装有连接件，末端的连接件与下杆(3a)的下端铰接，首端的连接件与异形板(5a)及指根铰链座(9)连接，指根铰链座(9)与所述底座板(10)连接，异形板(5a)通过弯杆(6a)与指根部驱动板(7)铰接；两个丝杠轴伺服电机(1)分别通过各自的丝杠带动指根部驱动板(7)和中空指前段驱动板(4)，并在各自连接的两组导向联结杆(3)的导向下做上下直线运动。2.如权利要求1所述的双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，其特征在于：异形超柔板弹簧(4a)竖直段的截面成双曲抛物线形，弯曲段的截面成椭圆形并在末端以垂直于椭圆轴线的截面收尾，竖直段末端的连接件成扇形结构，在扇形结构的圆心处与所述下杆(3a)下端铰接，在铰接处的异形超柔板弹簧(4a)竖直段末端连接件与下杆(3a)之间安装有两个厚垫圈(7a)；竖直段首端的连接件与异形板(5a)之间在连接处安装有厚垫圈(7a)和薄垫圈(8a)，其中，在薄垫圈(8a)与异形板(5a)之间铰接有指根铰链座(9)的一端。3.如权利要求2所述的双驱动异形超柔弹性骨架的机械手，其特征在于：所述异形板(5a)成三角形结构，三角形结构的一边成内凹圆弧状，三角形结构两...

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，徐丁峰，王强，吕兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32