可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法技术

本发明专利技术公开了一种可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法，包括一端与机械手连接的保护壳、与所述保护壳另一端连接的基板以及设置于所述基板上的夹持机构，所述夹持机构包括手指组件和与所述手指组件连接的传动组件，所述传动组件包括经传动绳相互连接的夹持传动单元、变刚度单元和张紧力调节单元。本发明专利技术采用上述可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法，能够适应不同零件外形，抓取的零件种类广、自适应抓取行程大，提高了通用性。提高了通用性。提高了通用性。

【技术实现步骤摘要】
可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法


[0001]本专利技术涉及一种机械手技术，尤其涉及可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法。

技术介绍

[0002]在工业自动化生产中，机器人越来越多的用于加工和装配生产线，机器人末端执行器也趋向于智能化和自动化。
[0003]其中，机械手作为机器人的最重要末端执行器之一，承担着零件转运、夹持、装配等重要任务，在汽车生产装配、五金加工、农业采摘、微纳操作等领域具有广泛应用。
[0004]然而，传统全驱动刚性机械手只能抓取特定形状和大小的零件，在非结构化环境中，面对外形不同的多种异形零件时机械手往往无法适应零件外形而导致抓取失败。另外，机械手在抓取较软材质的零件和易损坏零件时，由于现有的全驱动和欠驱动机械手大多为刚性机械手，导致抓取时机械手容易破坏零件表面或零件结构，使用专用的柔性机械手又会导致机械手的可抓取零件种类单一，不具备通用性，因此使手指具备可调刚度至关重要。
[0005]综上所述，具备外形自适应和手指可调柔性的机械手能够提高机械手的零件抓取范围和种类，降低频繁更换机械手带来的时间和硬件成本，提高生产线的柔性和生产效率。
[0006]为解决上述问题，现有技术提出了欠驱动机械手，其是指系统动力输入数量小于系统运动自由度的一类机械手，其能够自适应零件外形，可抓取各种异状零件。但现有的欠驱动机械手的手指具有以下缺点：1、不具备柔性或柔性不可调，这极大地限制了机械手的通用性。2、现有机械手的力控通常依赖于高精度的传感和控制系统，使得力控系统非常复杂且昂贵。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服传统全驱动刚性机械手不能适应多种不同的零件外形。为此，本专利技术提出了可变刚度的绳驱动三指自适应机械手及方法，能够适应不同零件外形，抓取的零件种类广、自适应抓取行程大，提高了通用性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可变刚度的绳驱动三指自适应机械手，包括一端与机械手连接的保护壳、与所述保护壳另一端连接的基板以及设置于所述基板上的夹持机构，所述夹持机构包括手指组件和与所述手指组件连接的传动组件，所述传动组件包括经传动绳相互连接的夹持传动单元、变刚度单元和张紧力调节单元。
[0009]优选的，所述夹持传动单元包括设置于所述基板面向所述保护壳一侧的夹持驱动电机和设置于所述基板背离所述保护壳一侧的中心绕线轮以及围绕所述中心绕线轮呈圆周均匀分布于所述基板上的径向移动部，所述径向移动部包括首端径向移动单元、中间径向移动单元和尾端径向移动单元；所述中心绕线轮的动力输入端与所述夹持驱动电机连接，绕过所述中心绕线轮的所述传动绳依次与所述首端径向移动单元、所述中间径向移动单元和所述尾端径向移动单
元绕接，由所述尾端径向移动单元伸出的所述传动绳与所述张紧力调节单元连接。
[0010]优选的，所述首端径向移动单元、所述中间径向移动单元和所述尾端径向移动单元均包括向靠近所述中心绕线轮的方向依次设置的滑轮座、对应所述滑轮座径向布置的第一直线导轨和设置于所述第一直线导轨上的第一径向移动滑块、关于所述第一直线导轨对称布置的第一传动滑轮和第二传动滑轮；所述第一径向移动滑块上设置有所述手指组件，所述手指组件包括L型夹持板，所述L型夹持板经连接件与所述第一径向移动滑块连接；所述滑轮座上且与所述第一传动滑轮和所述第二传动滑轮对应的位置分别设置有第一改向滑轮和第二改向滑轮，所述第一径向移动滑块面向所述中心绕线轮和所述滑轮座的方向分别设置有第一径向移动滑轮和第二径向移动滑轮；所述传动绳包括内环段和外环段，所述内环段依次与所述第一传动滑轮、所述第一径向移动滑轮和所述第二传动滑轮绕接；所述外环段依次与所述第一改向滑轮、所述第二径向移动滑轮和所述第二改向滑轮绕接。
[0011]优选的，所述张紧力调节单元包括两端均经轴承和轴承座设置于基板上的芯轴以及依次设置于所述芯轴上的边缘绕线轮和涡轮，所述涡轮与蜗杆啮合的一端啮合，所述蜗杆的另一端与刚度调节电机连接；所述基板上且对应所述边缘绕线轮的位置设置有连接滑轮，所述连接滑轮的转动方向与所述边缘绕线轮的转动方向垂直；所述传动绳由所述尾端径向移动单元的所述第二改向滑轮伸出后依次绕过所述连接滑轮、所述边缘绕线轮后与所述尾端径向移动单元的第二传动滑轮连接。
[0012]优选的，所述变刚度单元包括与所述首端径向移动单元和所述中间径向移动单元之间的传动绳绕接的左侧变刚度组件以及与所述中间径向移动单元和所述尾端径向移动单元之间的传动绳绕接的右侧变刚度组件，所述左侧变刚度组件和所述右侧变刚度组件关于所述中间径向移动单元对称布置。
[0013]优选的，所述左侧变刚度组件和所述右侧变刚度组件均包括拉紧弹簧，所述拉紧弹簧的一端经基座与所述基板连接，另一端与第二径向滑块连接，所述第二径向滑块滑动设置于径向布置的第二直线导轨上，所述第二径向滑块上设置有第三径向移动滑轮，所述基板上且关于所述第三径向移动滑轮对称的位置分别设置有第三改向滑轮和第四改向滑轮；所述传动绳依次与所述第三改向滑轮、所述第三径向移动滑轮和所述第四改向滑轮绕接。
[0014]优选的，所述第二径向滑块上还连接有用于检测所述拉紧弹簧位置的位移传感器。
[0015]优选的，所述夹持传动单元、所述变刚度单元和所述张紧力调节单元均罩设于外壳内部，所述手指组件经开设于外壳上的径向槽口穿出所述外壳。
[0016]基于可变刚度的绳驱动三指自适应机械手的方法，包括以下步骤：S1、根据待夹取零件的刚度进行主动刚度调节；打开刚度调节电机，刚度调节电机经蜗杆带动涡轮转动，进而带动边缘绕线轮转
动，而后带动第一径向移动滑块和第二径向滑块同步径向移动，直至位移传感器采集到拉紧弹簧伸长至设定长度后停止，从而达到主动刚度调节的目的；S2、零件夹持将零件放置于三个手指组件围成的区域内，打开夹持驱动电机，夹持驱动电机带动中心绕线轮逆时针转动，进而带动内环段收紧、外环段放松，从而带动第一径向移动滑块沿第一直线导轨朝向中心绕线轮的方向移动，直至第一径向移动滑块上的手指组件压紧零件停止移动，中心绕线轮继续转动，直至所有手指组件压紧零件；S3、放开零件在机械臂的带动下至合适位置，夹持驱动电机带动中心绕线轮顺时针转动即可放开零件。
[0017]本专利技术的有益效果如下：1、对于不规则形状的零件具有很好地适应性，且适应范围大，可满足柔性生产和装配中各种不同零件的抓取需求。
[0018]2、通过滑轮—绳索缠绕方式，实现单个电机驱动三个手指，机械结构紧凑、高效，驱动方式简单，易于实现。
[0019]3、变刚度单元是通过弹簧—滑轮—绳索的机构组合实现的，故使得三个手指均能够实现大范围的刚度变化。
[0020]4、三个手指具有主动变刚度和被动变刚度的功能，主动变刚度通过绳索的张紧力来调节，最大刚度可达到完全刚性。被动变刚度功能是由手指抓取力大小决定的，故使得手指刚度具有负载大、刚度大，负载小、刚度小的被动自适应调节的特性。
[0021]5、本专利技术中的手指抓取力是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可变刚度的绳驱动三指自适应机械手，其特征在于：包括一端与机械手连接的保护壳、与所述保护壳另一端连接的基板以及设置于所述基板上的夹持机构，所述夹持机构包括手指组件和与所述手指组件连接的传动组件，所述传动组件包括经传动绳相互连接的夹持传动单元、变刚度单元和张紧力调节单元。2.根据权利要求1所述的可变刚度的绳驱动三指自适应机械手，其特征在于：所述夹持传动单元包括设置于所述基板面向所述保护壳一侧的夹持驱动电机和设置于所述基板背离所述保护壳一侧的中心绕线轮以及围绕所述中心绕线轮呈圆周均匀分布于所述基板上的径向移动部，所述径向移动部包括首端径向移动单元、中间径向移动单元和尾端径向移动单元；所述中心绕线轮的动力输入端与所述夹持驱动电机连接，绕过所述中心绕线轮的所述传动绳依次与所述首端径向移动单元、所述中间径向移动单元和所述尾端径向移动单元绕接，由所述尾端径向移动单元伸出的所述传动绳与所述张紧力调节单元连接。3.根据权利要求2所述的可变刚度的绳驱动三指自适应机械手，其特征在于：所述首端径向移动单元、所述中间径向移动单元和所述尾端径向移动单元均包括向靠近所述中心绕线轮的方向依次设置的滑轮座、对应所述滑轮座径向布置的第一直线导轨和设置于所述第一直线导轨上的第一径向移动滑块、关于所述第一直线导轨对称布置的第一传动滑轮和第二传动滑轮；所述第一径向移动滑块上设置有所述手指组件，所述手指组件包括L型夹持板，所述L型夹持板经连接件与所述第一径向移动滑块连接；所述滑轮座上且与所述第一传动滑轮和所述第二传动滑轮对应的位置分别设置有第一改向滑轮和第二改向滑轮，所述第一径向移动滑块面向所述中心绕线轮和所述滑轮座的方向分别设置有第一径向移动滑轮和第二径向移动滑轮；所述传动绳包括内环段和外环段，所述内环段依次与所述第一传动滑轮、所述第一径向移动滑轮和所述第二传动滑轮绕接；所述外环段依次与所述第一改向滑轮、所述第二径向移动滑轮和所述第二改向滑轮绕接。4.根据权利要求3所述的可变刚度的绳驱动三指自适应机械手，其特征在于：所述张紧力调节单元包括两端均经轴承和轴承座设置于基板上的芯轴以及依次设置于所述芯轴上的边缘绕线轮和涡轮，所述涡轮与蜗杆啮合的一端啮合，所述蜗杆的另一端与刚度调节电机连接；所述基板上且对应所述边缘绕线轮的位置设置有连接滑轮，所述连接滑轮的转动方向与所述边缘绕线轮的转动...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文杰，胡书海，熊晓钰，孙先涛，胡祥涛，
申请(专利权)人：安徽大学绿色产业创新研究院，
类型：发明
国别省市：