一种变刚度软体抓手及其控制方法和机械臂技术

本发明专利技术公开一种变刚度软体抓手及其控制方法和机械臂，软体抓手包括支撑装置、抓手装置和推杆装置，支撑装置分别与抓手装置和推杆装置连接，用于固定抓手装置和推杆装置；抓手装置包括至少两个手指机构；手指机构包括至少两个手指单元，各手指单元之间可拆卸活动连接，手指单元内部具有容纳磁流变液的流体通道，各手指单元连接有液压控制单元，液压控制单元用于控制磁流变液通入和排出手指单元，通入磁流变液的手指单元能够变形；推杆装置设置于支撑装置的中心轴位置，用于产生磁场并控制磁场沿着推杆装置的轴线竖直移动，控制手指单元中的磁流变液的刚度变化，实现对目标物体的包络和抓取。本发明专利技术可提高软体抓手的抓取范围、抓取力和灵活度。抓取力和灵活度。抓取力和灵活度。

【技术实现步骤摘要】
一种变刚度软体抓手及其控制方法和机械臂


[0001]本专利技术涉及机械抓手领域，特别是涉及一种变刚度软体抓手及其控制方法和机械臂。

技术介绍

[0002]随着技术的进步和人机交互场景的广泛需求，软抓手由于抓取轻柔、姿态灵活的优势受到越来越多的关注。在解决易碎物品抓取或者复杂人机交互场景时软抓手表现优异，但由于抓取力和软体材料的原因，软抓手解决不了抓取力大、准确定位等问题。变刚度软体抓手由于同时具有刚性抓手和软抓手的优势，逐渐成为大家关注的热点。如专利文献CN 111618902 B提供了一种刚柔耦合双驱气动抓手，其中软体抓手单元具有良好的抓取贴合性，可用于抓取较脆弱的物体，而刚性抓手单元可以显著提升抓取力，通过将二者并联连接，可获得抓取质量范围大、抓取贴合性好的刚柔耦合双驱气动抓手。
[0003]而磁流变液作为一种新型智能材料，能够实现从软状态到刚状态的转换，在外部无磁场的情况下，和常规牛顿流体一致，呈现低粘度特性，当外部有磁场时，呈现高粘度，低流动性，类似于固体。越来越多的研究注重于变刚度软体机器人和磁流变液的结合，如发表在国际期刊《Advanced Intelligent Systems（先进智能系统）》上的文献。（McDonald K, Rendos A, Woodman S, et al. Magnetorheological fluid
‐
based flow control for soft robots（基于磁流变流体的软机器人流量控制）[J]. Advanced Intelligent Systems, 2020, 2(11): 2000139.）该文献介绍了一种利用磁场来控制连续流式流体执行器内的压力的磁流变学流体阀，通过磁场的应用来简化流体控制的驱动方法，使机器人能够以一种可扩展和兼容的方式增加自主性。
[0004]然而，目前基于磁流变液的变刚度软体抓手的抓取范围较小，抓取力和灵活度也较低。

技术实现思路

[0005]为了解决现有软体抓手的抓取范围小、抓取力低和灵活度低的问题，提出了一种变刚度软体抓手及其控制方法和机械臂。
[0006]本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种变刚度软体抓手，包括支撑装置、抓手装置和推杆装置，其中：所述支撑装置分别与所述抓手装置和所述推杆装置连接，用于固定所述抓手装置和所述推杆装置；所述抓手装置包括至少两个手指机构；所述手指机构包括至少两个手指单元，各手指单元之间可拆卸活动连接，所述手指单元内部具有容纳磁流变液的流体通道，每个所述手指单元连接有液压控制单元，所述液压控制单元用于控制所述磁流变液通入和排出所述手指单元，通入磁流变液的手指单元能够变形，从而实现对目标物体的包络；所述推杆装置设置于所述支撑装置的中心位置，用于产生磁场并控制磁场沿着所
述推杆装置的轴线竖直移动，从而控制所述手指单元中的所述磁流变液的刚度变化，实现对目标物体的抓取。
[0007]在一些实施例中，所述手指单元还包括流入孔、流出孔、磁流变液、软体外壳；所述流体通道内嵌于所述软体外壳，所述磁流变液用于装填至所述流体通道；所述软体外壳具有连接孔或连接轴，所述连接孔用于与其相邻的手指单元的连接轴配合实现可拆卸活动连接；所述流入孔和所述流出孔相对所述流体通道的轴线对称地设置于所述流体通道两侧，所述流体通道嵌入式设置于软体外壳内，所述流入孔和所述流出孔分别与所述流体通道连通。
[0008]在一些实施例中，所述手指机构还包括公插头，所述公插头设置于与所述支撑装置相邻的手指单元上，所述手指机构通过所述公插头连接所述支撑装置。
[0009]在一些实施例中，所述支撑装置包括固定板、第一锁扣和第二锁扣；所述固定板的下侧设置有与所述公插头配合连接的安装部，所述安装部具有凹槽，用于与所述公插头轴孔连接，实现所述手指机构与所述支撑装置的轴孔连接，所述第一锁扣和第二锁扣配合夹紧所述公插头和所述安装部连接的部位，通过所述第一锁扣和第二锁扣与所述公插头和所述安装部配合安装，实现对所述手指机构的固定。
[0010]在一些实施例中，所述推杆装置包括：驱动机构、推杆移动机构和电磁铁机构；所述电磁铁机构设置于所述推杆移动机构的一端并与所述抓手装置同侧，用于产生磁场；所述推杆移动机构的另一端与所述驱动机构连接，通过所述驱动机构控制所述推杆移动机构带动所述电磁铁机构沿所述推杆装置的轴线竖直移动。
[0011]在一些实施例中，所述驱动机构包括电机，所述推杆移动机构包括丝杆和两根导柱，所述电磁铁机构包括电磁铁和磁铁座；所述电机固定安装在所述支撑装置的上侧，所述丝杆的上端连接所述电机，所述丝杆的下端连接所述磁铁座，所述磁铁座用于固定所述电磁铁，通过所述电机的转动带动所述丝杠移动，从而带动所述电磁铁移动，两根导柱对称分布在所述支撑装置的左右两侧，用于使所述丝杆带动所述电磁铁沿所述推杆装置的轴线竖直移动。
[0012]在一些实施例中，所述驱动机构包括电机，所述推杆移动机构包括连杆、轮盘凸轮和外支撑板，所述电磁铁机构包括电磁铁；所述外支撑板固定安装在所述支撑装置的上侧，所述外支撑板的两侧中部设置有滑槽，所述电机转动带动所述连杆转动时，所述轮盘凸轮能够在所述滑槽上下移动，从而带动所述电磁铁沿所述推杆装置的轴线竖直移动。
[0013]在一些实施例中，所述支撑装置还包括多根顶柱和法兰盘；所述多根顶柱沿所述固定板的轴线对称设置在所述固定板上侧，顶柱的另一端连接所述法兰盘，所述法兰盘用于连接所使用的机械臂。
[0014]本专利技术还提出了一种变刚度软体抓手的控制方法，基于上述的变刚度软体抓手，包括以下步骤：S1：通过所述液压控制单元控制所述磁流变液通入手指单元，使所述手指单元变形，实现对目标物体的包络；S2：通过所述推杆装置产生磁场并控制磁场沿着所述推杆装置的轴线竖直移动，从而控制所述手指单元中的所述磁流变液的刚度变化，实现对目标物体的抓取。
[0015]本专利技术还提出了一种机械臂，包括上述的变刚度软体抓手。
[0016]本专利技术与现有技术对比的有益效果包括：本专利技术提出的变刚度软体抓手，通过每个手指单元连接有液压控制单元，控制磁流变液通入和排出手指单元，从而控制手指单元变形，实现对目标物体的包络。本专利技术还通过推杆装置控制电磁铁的轴向位置，从而控制电磁铁径向方向的手指单元中磁流变液的刚度变化，实现对目标物体的抓取。本专利技术能够大大提升软体抓手的抓取范围、抓取力和灵活度。
[0017]本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例中的变刚度软体抓手的正视图；图2为本专利技术实施例中的变刚度软体抓手的轴测图；图3为本专利技术实施例中的抓手装置的轴测图；图4为本专利技术实施例中的抓手装置的剖视图；图5为本专利技术实施例中的支撑装置中的第一锁扣的轴测图；图6为本专利技术实施例中的支撑装置中的第二锁扣的轴测图；图7为本专利技术实施例中的支撑装置和抓手装置连接处的爆炸图；图8为本专利技术实施例中的支撑装置的轴测图；图9为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变刚度软体抓手，其特征在于，包括支撑装置、抓手装置和推杆装置，其中：所述支撑装置分别与所述抓手装置和所述推杆装置连接，用于固定所述抓手装置和所述推杆装置；所述抓手装置包括至少两个手指机构；所述手指机构包括至少两个手指单元，各手指单元之间可拆卸活动连接，所述手指单元内部具有容纳磁流变液的流体通道，每个所述手指单元连接有液压控制单元，所述液压控制单元用于控制所述磁流变液通入和排出所述手指单元，通入磁流变液的手指单元能够变形，从而实现对目标物体的包络；所述推杆装置设置于所述支撑装置的中心轴位置，用于产生磁场并控制磁场沿着所述推杆装置的轴线竖直移动，从而控制所述手指单元中的所述磁流变液的刚度变化，实现对目标物体的抓取。2.如权利要求1所述的变刚度软体抓手，其特征在于，所述手指单元还包括流入孔、流出孔、磁流变液、软体外壳；所述流体通道内嵌于所述软体外壳，所述磁流变液用于装填至所述流体通道；所述软体外壳具有连接孔或连接轴，所述连接孔用于与其相邻的手指单元的连接轴配合实现可拆卸活动连接；所述流入孔和所述流出孔相对所述流体通道的轴线对称地设置于所述流体通道两侧，所述流体通道嵌入式设置于软体外壳内，所述流入孔和所述流出孔分别与所述流体通道连通。3.如权利要求1或2所述的变刚度软体抓手，其特征在于，所述手指机构还包括公插头，所述公插头设置于与所述支撑装置相邻的手指单元上，所述手指机构通过所述公插头连接所述支撑装置。4.如权利要求3所述的变刚度软体抓手，其特征在于，所述支撑装置包括固定板、第一锁扣和第二锁扣；所述固定板的下侧设置有与所述公插头配合连接的安装部，所述安装部具有凹槽，用于与所述公插头轴孔连接，实现所述手指机构与所述支撑装置的轴孔连接，所述第一锁扣和第二锁扣配合夹紧所述公插头和所述安装部连接的部位，通过所述第一锁扣和第二锁扣与所述公插头和所述安装部配合安装，实现对所述手指机构的固定。5.如权利要求1所述的变刚度软体抓手，其特征在于，所述推杆装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲钧天，李振坤，郝宏伟，方毅，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：