多自由度仿生手及其电动定位与气动夹持的操作方法技术

本发明专利技术涉及仿生手技术领域，尤其是一种多自由度仿生手及其电动定位与气动夹持的操作方法，涉及机器人、自动化物流装备，以及康复、假肢等医疗器材等应用场合。其包括手掌部、一个连接在手掌部上的第一手指部和三个连接在手掌部上的第二手指部，手掌部定位第一手指部、第二手指部和第三手指部的指根状态，第一手指部、第二手指部和第三手指部实现气动夹紧动作；所述手掌部有平行设置的一根多指转轴和一根单指转轴。本发明专利技术为电

【技术实现步骤摘要】
多自由度仿生手及其电动定位与气动夹持的操作方法


[0001]本专利技术涉及仿生手
，尤其是一种多自由度仿生手及其电动定位与气动夹持的操作方法，涉及机器人、自动化物流装备，以及康复、假肢等医疗器材等应用场合。

技术介绍

[0002]针对食品、轻工行业的原料、半成品、成品，以及电商领域的内包装货品等抓取对象，其复杂性归纳为物形(尺寸变化大、形状差异大)和物性(软硬韧脆)的特征。围绕物形适应性、物性可靠性和抓取快捷性，需要灵巧的末端执行器，配上多自由度机械臂，用于分拣、包装等流程，在新冠病毒疫情中尽可能满足对食品、生活必需品的无人化生产与供给的需求。
[0003]目前，工商业中机器人、自动化和物流等装备上普遍使用的是末端夹持器，夹持部分不是手指结构，没有自由度或自由度数量少，因此灵活性差、适应性低，不能满足复杂抓持对象的、通用性应用场景的需要。
[0004]现有技术中，软体气动手指由可承受大应变的柔软材料制成，具有无限多自由度和连续变形能力，可在大范围内任意改变自身形状和尺寸，所以它能改变构型、使其到达工作空间内的任意一点。由于对压力的低阻抗，软体机器人可通过柔顺变形的方式与接触物体相容，从而大幅度降低接触力，使其在抓取柔软、易碎物体方面有很好的应用潜力。软体气动手指结构刚性差，抗扭转刚度很低，并为贴体包裹接触，接触力分布难以调整。

技术实现思路

[0005]本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多自由度仿生手及其电动定位与气动夹持的操作方法，通过调节控制不同手指部的动作能够实现不同形状物体的抓取，大大提高了使用范围。
[0006]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]多自由度仿生手，包括手掌部、一个连接在手掌部上的第一手指部和三个连接在手掌部上的第二手指部，手掌部定位第一手指部、第二手指部和第三手指部的指根状态，第一手指部、第二手指部和第三手指部实现气动夹紧动作；所述手掌部有平行设置的一根多指转轴和一根单指转轴，多指转轴和单指转轴两端分别连接轴承座，轴承座通过连接件可拆卸的连接在手掌座上，多指转轴上设置第一不完全齿轮，单指转轴上设置第二不完全齿轮，第一不完全齿轮和第二不完全齿轮啮合连接；所述多指转轴上通过键分别连接一个第二转块和两个第三转块，两个第三转块位于第二转块左右两侧，两个第三转块和一个第二转块沿着多指转轴轴向分布，第二转块通过第一方头螺钉销轴连接第二手指部；所述单指转轴上通过键分别连接两个第一转块，两个第一转块中任意一个通过第二方头螺钉销轴可拆卸的连接第一手指部。
[0008]进一步的，第二不完全齿轮和第一转块之间设置第二隔套隔开，第二隔套套装在单指转轴上，第一不完全齿轮和一个第二转块、两个第三转块之间分别设置第一隔套隔开，
第一隔套套装在多指转轴上。
[0009]进一步的，手掌座上端通过连接件可拆卸的连接上箱体，上箱体上竖直设置转动电机，转动电机的驱动端连接驱动伞齿轮，驱动伞齿轮和从动伞齿轮啮合连接，从动伞齿轮通过键连接在单指转轴上。
[0010]进一步的，上箱体上固定转位电机，转位电机的驱动端套接多指曲柄，多指曲柄套接转位电机位置的侧壁上设置螺栓孔，螺栓孔内设置锁紧螺栓，转位电机的驱动端通过连接在多指曲柄侧壁的锁紧螺栓顶紧，多指曲柄内套接多指曲柄轴,多指曲柄轴通过连接在多指曲柄侧壁的锁紧螺栓顶紧，多指曲柄轴一端连接第一多指软轴一端，第一多指软轴另一端连接第一软接轴，第一软接轴连接在两个多指转块中的一个上，第一软接轴上套接一个转位块，转位块上通过连接件可拆卸的连接一个第二手指部，第二手指部通过转位块能够围绕第一软接轴摆动一定角度。
[0011]进一步的，上箱体内通过轴承座转动连接摇杆轴，摇杆轴一端套接摇杆，摇杆侧壁上连接锁紧螺栓，锁紧螺母将摇杆轴顶紧在摇杆内，摇杆一端连接第二多指软轴一端，第二多指软轴另一端连接第二软接轴，第二软接轴连接在两个第三转块中的另一个上，第二软接轴上套接一个转位块，转位块上通过连接件可拆卸的连接一个第二手指部，第二手指部通过转位块能够围绕第二软接轴摆动一定角度，所述多指曲柄一端通过销轴铰接连杆一端，连杆另一端通过销轴铰接摇杆，多指曲柄、摇杆和连杆连接构成反曲柄摇杆结构，多指曲柄和摇杆的偏心距相等，即多指曲柄和摇杆的转动角度相等、转向相反。
[0012]进一步的，第一手指部包括第一开槽支架，第一开槽支架上通过连接件可拆卸的连接铰链上页，铰链上页上通过连接件可拆卸的连接第一气动肌肉顶座，铰链上页下端铰接铰链下页，铰链下页上设置第一气动肌肉底座，第一气动肌肉底座和第一气动肌肉顶座之间设置第一气动肌肉，第一气动肌肉的外壳体为圆柱形结构的弹性波纹管，第一气动肌肉开口端通过第一抱箍连接在第一气动肌肉顶座上，第一气动肌肉闭口端通过连接组件连接在第一气动肌肉底座上，第一气动肌肉顶座内设置气路，气路出气端和第一气动肌肉内部气室连通，气路进气端上连接第一气动管接头，第一气动管接头和第一气动肌肉顶座之间设置第一密封垫；所述第一开槽支架上连接第一转块的位置设置长条形的第一开槽，第一开槽支架和第一转块之间的连接件位于第一开槽中，第一开槽的设置能够调节第一开槽支架和第一转块之间的相对安装位置。
[0013]进一步的，第二手指部包括第二开槽支架，第二开槽支架上通过连接件可拆卸的连接铰链座，铰链座上通过连接件可拆卸的连接第二气动肌肉顶座，第二气动肌肉顶座上通过第二抱箍连接第二气动肌肉的开口端，第二气动肌肉的外壳体为圆锥形结构的弹性波纹管，铰链座下端依次铰接多个L形铰链，多个L形铰链中位于最下端的一个L形铰链上铰接T形铰链，第二气动肌肉顶座内设置气路，气路出气端和第二气动肌肉内部气室连通，气路进气端上连接第二气动管接头，第二气动管接头和第二气动肌肉顶座之间设置第二密封垫；所述第二开槽支架上连接第二转块或第三转块的位置设置长条形的第二开槽，第二开槽支架与第二转块或第二转块之间的连接件位于第二开槽中，第二开槽的设置能够调节第二开槽支架与第二转块或第三转块之间的相对安装位置。
[0014]进一步的，L形铰链包括铰接部和设置在铰接部下端的斜置平板，多个L形铰链的斜置平板卡接在第二气动肌肉外壳体的波谷中，形成对第一气动肌肉外壳体的支撑。
[0015]一种多自由度仿生手电动定位与气动夹持的操作方法，安装多自由度仿生手的机器人本体、转位电机和转动电机，与第一气动肌肉、第二气动肌肉的各气路单元的协同控制方式：根据视觉或物体形状参数，控制转位电机的角位移，适合物体形状特征；根据视觉或物体固定位置，控制机器人本体使仿生手到达目标位置，确定仿生手与物体的接触分布状态；根据视觉或物体大小尺寸参数，控制转动电机的角位移，也确定仿生手与物体的接触分布状态；根据物体的体积、密度的重量参数和软硬韧脆的特性参数，采用脉宽调制PWM方式控制高速开关阀的开启频率与持续时间，精确控制第一气动肌肉、第二气动肌肉的内腔压力变化，从而控制第一手指部、第二手指部与物体的接触瞬时冲击与抓取接触力大小。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多自由度仿生手，其特征在于：包括手掌部(100)、一个连接在手掌部(100)上的第一手指部(200)和三个连接在手掌部(100)上的第二手指部(300)，所述手掌部定位第一手指部(200)和第二手指部(300)的指根状态，所述第一手指部(200)和第二手指部(300)实现气动夹紧动作；所述手掌部(100)有平行设置的一根多指转轴(102)和一根单指转轴(106)，所述多指转轴(102)和单指转轴(106)两端分别连接轴承座，轴承座通过连接件可拆卸的连接在手掌座(110)上，多指转轴(102)上设置第一不完全齿轮(104)，单指转轴(106)上设置第二不完全齿轮(107)，第一不完全齿轮(104)和第二不完全齿轮(107)啮合；所述多指转轴(102)上通过键分别连接一个第二转块(105)和两个第三转块(129)，两个第三转块(129)位于第二转块(105)左右两侧，两个第三转块(129)和一个第二转块(105)沿着多指转轴(102)轴向分布，第二转块(105)通过第一方头螺钉销轴(103)连接第二手指部(300)；所述单指转轴(106)上通过键分别连接两个第一转块(101)，两个第一转块(101)中任意一个通过第二方头螺钉销轴(125)可拆卸的连接第一手指部(200)。2.如权利要求1所述的多自由度仿生手，其特征在于：所述第二不完全齿轮(107)和第一转块(101)之间设置第二隔套(109)隔开，第二隔套(109)套装在单指转轴(106)上，第一不完全齿轮(104)和一个第二转块(105)、两个第三转块(129)之间分别设置第一隔套(108)隔开，第一隔套(108)套装在多指转轴(102)上。3.如权利要求2所述的多自由度仿生手，其特征在于：所述手掌座(110)上端通过连接件可拆卸的连接上箱体(115)，上箱体(115)上竖直设置转动电机(112)，转动电机(112)的驱动端连接驱动伞齿轮(113)，驱动伞齿轮(113)和从动伞齿轮(114)啮合连接，从动伞齿轮(114)通过键连接在单指转轴(106)上。4.如权利要求3所述的多自由度仿生手，其特征在于：所述上箱体(115)上固定转位电机(111)，转位电机(111)的驱动端套接多指曲柄(117)，多指曲柄(117)套接转位电机(111)位置的侧壁上设置螺栓孔，螺栓孔内设置锁紧螺栓，转位电机(111)的驱动端通过连接在多指曲柄(117)侧壁的锁紧螺栓顶紧，所述多指曲柄(117)内套接多指曲柄轴(118),多指曲柄轴(118)通过连接在多指曲柄(117)侧壁的锁紧螺栓顶紧，多指曲柄轴(118)一端连接第一多指软轴(119)一端，第一多指软轴(119)另一端连接第一软接轴(120)，第一软接轴(120)连接在两个多指转块(101)中的一个上，第一软接轴(120)上套接一个转位块(126)，转位块(126)上通过连接件可拆卸的连接一个第二手指部(300)，第二手指部(300)通过转位块(126)能够围绕第一软接轴(120)摆动一定角度。5.如权利要求4所述的多自由度仿生手，其特征在于：所述上箱体(115)内通过轴承座转动连接摇杆轴(116)，摇杆轴(116)一端套接摇杆(121)，摇杆(121)侧壁上连接锁紧螺栓，锁紧螺母将摇杆轴(116)顶紧在摇杆(121)内，摇杆(121)一端连接第二多指软轴(122)一端，第二多指软轴(122)另一端连接第二软接轴(123)，第二软接轴(123)连接在两个第三转块(129)中的另一个上，第二软接轴(123)上套接一个转位块(126)，转位块(126)上通过连接件可拆卸的连接一个第二手指部(300)，第二手指部(300)通过转位块(126)能够围绕第二软接轴(123)摆动一定角度，所述多指曲柄(117)一端通过销轴铰接连杆(124)一端，连杆(124)另一端通过销轴铰接摇杆(121)，多指曲柄(117)、摇杆(121)和连杆(124)连接构成反曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：章军，刘禹，章立，陈彦秋，吕兵，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：