一种仿生螺旋缠绕软体夹持器制造技术

本发明专利技术提供了一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其不仅具有良好的柔顺性与安全性、适用范围大，而且可有效增强抓握的稳固性、提高工作精准度，安装和使用方便，其包括柔性套和气管，柔性套内设有螺旋缠绕结构，气管与螺旋缠绕结构连通，柔性套通过连接装置与工业机械臂相连，螺旋缠绕结构包括偏心螺旋管，偏心螺旋管的偏心位置靠近偏心螺旋管的外侧；在偏心螺旋管的内径管和外径管之间并且靠近偏心螺旋管的内侧，偏心螺旋管设有不可延展层；偏心螺旋管的表面设有螺纹圈，螺纹圈沿偏心螺旋管的螺旋方向布置，且过螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°。

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【技术实现步骤摘要】
一种仿生螺旋缠绕软体夹持器
本专利技术涉及仿生机器人
，具体为一种仿生螺旋缠绕软体夹持器。
技术介绍
夹持器是仿生机器人研究的重要方向之一，通常位于机械臂的末端，主要模仿人手抓握物件等对象的形态或行为动作，因此也称为末端执行器。传统的夹持器通常采用刚性连杆结构，其虽然能体现人手关节预期的力和力矩特性，从而模拟并完成人手的大多数操作，具有一定工作精度，但是刚性连杆结构的自由度有限、柔顺性差，与抓持对象之间一般也为刚性接触，导致夹持器在抓握物件时无法贴合物体表面，特别对于一些柔软、不规则形状或者尺寸不一的物件紧固力较弱、抓握稳定性差，对于一些易碎物品的抓取还易造成物件毁损，安全性差、影响工作精准度、适用范围小。而随着新材料与快速成型技术的发展，出现了一些软体夹持器，其具有良好的柔顺性与安全性，可弥补传统夹持器的不足：例如公开号为CN107932533A的“基于缠食原理的气动柔性大力抓持装置”和公开号为CN108436954A的“仿生气动柔性抓持装置”即是通过“模仿缠食性动物缠取猎物过程”的软体夹持器，二者均是在柔性保持架上穿设气动肌腱形成螺旋缠绕仿生结构，“气动肌腱柔性段是在高弹性乳胶管外套上一层编织网”，然后在“螺旋仿生结构外面套有柔性套”、“用以容纳和抓持物体”；二者虽然在一定程度上提高了抓握的柔顺性、稳定性和安全性，但是一方面，其是“通过充放气过程实现抓持装置内腔的缩紧和舒张，从而配合机器人完成抓取和释放工作”，即穿设于柔性保持架上通孔之间的气动肌腱所形成的是网状收缩袋式抓取器，其仅能在径向进行缩扩，则在抓握物件时其并不具有螺旋缠绕的效果，换言之，其仅具有缠食性动物收缩的功能，而不能实现卷曲缠住猎物的效果，从而影响了抓握物件的稳固性，特别对于较重或者较小的物件易发生脱落的情形，对于易碎的物件还易造成损毁；另一方面，其气动肌腱是从柔性保持架上N行M列的通孔或者半圆孔依次穿出，因此易发生穿设错误、进而导致气动肌腱相互缠绕，安装和使用不便。
技术实现思路
针对传统夹持器柔顺性和安全性差、影响工作精准度、适用范围小，而现有软体夹持器抓握稳固性差、安装和使用不便的缺点，本专利技术提供了一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其不仅具有良好的柔顺性与安全性、适用范围大，而且可有效增强抓握的稳固性、提高工作精准度，安装和使用方便。本专利技术采用如下技术方案：其包括柔性套和气管，所述柔性套内设有螺旋缠绕结构，所述气管与所述螺旋缠绕结构连通，所述柔性套通过连接装置与工业机械臂相连，其特征在于：所述螺旋缠绕结构包括偏心螺旋管，所述偏心螺旋管的偏心位置靠近所述偏心螺旋管的外侧；在所述偏心螺旋管的内径管和外径管之间并且靠近所述偏心螺旋管的内侧，所述偏心螺旋管设有不可延展层；所述偏心螺旋管的表面设有螺纹圈，所述螺纹圈沿所述偏心螺旋管的螺旋方向布置，且过所述螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的所述偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°。其进一步特征在于：所述螺旋缠绕结构还包括挂袋式吊架，所述挂袋式吊架设有挂袋，所述挂袋的大小和形状与所述偏心螺旋管的螺旋环圈相适应，所述挂袋的顶部与所述挂袋式吊架的侧壁为可拆卸式连接；所述挂袋的顶部通过粘扣与所述挂袋式吊架侧壁的内侧相连；所述挂袋式吊架的侧壁开有细缝，所述挂袋的顶部穿过所述细缝后通过粘扣与所述挂袋式吊架侧壁的外侧相连；所述柔性套包括相连的端盖和套体，所述套体包括内芯和防护层，在所述内芯和所述防护层之间设有网状纤维层；所述内芯为环形套管内芯，所述环形套管内芯侧壁的轴向截面呈U形；所述偏心螺旋管的表面还设有皮肤层，且所述皮肤层包覆所述螺纹圈；所述偏心螺旋管的顶端与所述气管连通；在所述端盖和所述套体的连接处套接有卡箍式紧固套；所述连接装置包括法兰盘和连接座，所述端盖开有通孔，所述连接座穿过所述通孔后与所述法兰盘螺纹连接，所述法兰盘连接所述工业机械臂。本专利技术采用上述结构后，偏心螺旋管整体呈外侧壁薄、内侧壁厚的结构，当连通的气管进行充气时，偏心螺旋管在径向进行扩张的同时在轴向进行拉伸、发生单向弯曲：在偏心结构以及壁厚一侧受到不可延展层的限制作用下，偏心螺旋管壁薄的一侧充气膨胀时的轴向拉伸程度大于壁厚一侧，而过螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°，使得螺纹圈既可以限制偏心螺旋管在径向的过度膨胀，还对偏心螺旋管具有扭转的引导作用，从而在局部使偏心螺旋管发生单向弯曲，进而使偏心螺旋管整体实现卷曲和缠绕的效果，不仅具有良好的柔顺性与安全性、适用范围大，而且有效提高了抓握的稳固性，而整体式的偏心螺旋管不需要逐次穿设于柔性保持架，通过卷曲和缠绕的双重作用即可对物件进行稳固抓取，有效提高了安装和使用的便捷性。挂袋式吊架通过挂袋顶部与挂袋式吊架侧壁的可拆卸式连接即可将偏心螺旋管的螺旋环圈放入挂袋中，不仅能保持螺旋缠绕结构的螺旋状态，进一步提高抓握的稳固性、延长使用寿命，而且方便维护和安装。附图说明图1为本专利技术一个视角的立体图。图2为本专利技术另一个视角的立体图。图3为本专利技术分解结构的示意图。图4为本专利技术剖视结构的示意图。图5为本专利技术偏心螺旋管的结构示意图（去除皮肤层）。图6为本专利技术螺纹圈的结构示意图。图7为本专利技术挂袋式吊架一种应用例展开的正面、反面结构示意图。图8为本专利技术挂袋式吊架另一种应用例展开的正面、反面结构示意图。图9为本专利技术柔性套的套体结构示意图。图10为本专利技术偏心螺旋管部分段的卷曲缠绕效果示意图。具体实施方式下面结合附图1~10对本专利技术作进一步的说明：如图1~3所示，本专利技术提供一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其包括柔性套和气管2，柔性套内设有螺旋缠绕结构，气管2与螺旋缠绕结构连通，柔性套通过连接装置与工业机械臂（未示出）相连，螺旋缠绕结构包括偏心螺旋管8，如图3~5所示，偏心螺旋管8的偏心位置靠近偏心螺旋管8的外侧，在偏心螺旋管8的内径管8c和外径管8b之间并且靠近偏心螺旋管8的内侧、偏心螺旋管8设有不可延展层8d，如图5和图6所示，偏心螺旋管8的表面设有螺纹圈8a，螺纹圈8a沿偏心螺旋管8的螺旋方向布置，且过螺纹圈8a轮廓线上点的切线与过该点的偏心螺旋管8截面切线之间的夹角α为2°~5°，优选的，夹角α为3°；如图5所示，偏心结构使得偏心螺旋管整体呈外侧壁薄、内侧壁厚的结构，当连通的气管进行充气时，偏心螺旋管在径向进行扩张的同时在轴向进行拉伸、发生单向弯曲：在偏心结构以及壁厚一侧受到不可延展层的限制作用下，偏心螺旋管壁薄的一侧充气膨胀时的轴向拉伸程度大于壁厚一侧，而过螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°，使得螺纹圈既可以限制偏心螺旋管在径向的过度膨胀，还对偏心螺旋管具有扭转的引导作用，从而在局部使偏心螺旋管发生单向弯曲，如图10所示，进而使偏心螺旋管整体实现卷曲和缠绕的效果，不仅具有良好的柔顺性与安全性、适用范围大，而且有效提高了抓握的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其包括柔性套和气管，所述柔性套内设有螺旋缠绕结构，所述气管与所述螺旋缠绕结构连通，所述柔性套通过连接装置与工业机械臂相连，其特征在于：所述螺旋缠绕结构包括偏心螺旋管，所述偏心螺旋管的偏心位置靠近所述偏心螺旋管的外侧；在所述偏心螺旋管的内径管和外径管之间并且靠近所述偏心螺旋管的内侧，所述偏心螺旋管设有不可延展层；所述偏心螺旋管的表面设有螺纹圈，所述螺纹圈沿所述偏心螺旋管的螺旋方向布置，且过所述螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的所述偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°。/n

【技术特征摘要】
1.一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其包括柔性套和气管，所述柔性套内设有螺旋缠绕结构，所述气管与所述螺旋缠绕结构连通，所述柔性套通过连接装置与工业机械臂相连，其特征在于：所述螺旋缠绕结构包括偏心螺旋管，所述偏心螺旋管的偏心位置靠近所述偏心螺旋管的外侧；在所述偏心螺旋管的内径管和外径管之间并且靠近所述偏心螺旋管的内侧，所述偏心螺旋管设有不可延展层；所述偏心螺旋管的表面设有螺纹圈，所述螺纹圈沿所述偏心螺旋管的螺旋方向布置，且过所述螺纹圈轮廓线上点的切线与过该点的所述偏心螺旋管截面切线之间的夹角为2°~5°。


2.根据权利要求1所述的一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其特征在于：所述螺旋缠绕结构还包括挂袋式吊架，所述挂袋式吊架设有挂袋，所述挂袋的大小和形状与所述偏心螺旋管的螺旋环圈相适应，所述挂袋的顶部与所述挂袋式吊架的侧壁为可拆卸式连接。


3.根据权利要求2所述的一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其特征在于：所述挂袋的顶部通过粘扣与所述挂袋式吊架侧壁的内侧相连。


4.根据权利要求2所述的一种仿生螺旋缠绕软体夹持器，其特征在于：所述挂袋式吊架的侧壁开有细缝，所述挂袋...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹毅，顾苏程，孟刚，盛永健，刘晨，俞经虎，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32