绳牵式变刚度柔性抓手制造技术

本发明专利技术提供一种绳牵式变刚度柔性抓手，其包括驱动组件

【技术实现步骤摘要】
绳牵式变刚度柔性抓手


[0001]本专利技术涉及机器人末端执行领域，具体涉及一种绳牵式变刚度柔性抓手
。

技术介绍

[0002]目前，刚性机械手多以刚性夹爪为结构本体，以抓取目标物体时能够实现快
、
准
、
稳的工作效果在诸多工业领域获得广泛应用，但刚性机械手通常为特定形状和尺寸的物体设计，对于异形
、
曲线或不规则形状的物体，刚性夹爪无法表现足够的适应性和灵活性，使得抓取效果较差
。
[0003]随着机械手技术的发展，软体机械手由于其柔性和变形能力，软体夹爪可以更好地处理不规则形状的物体，并进行更复杂的抓取和操作任务
。
这使得软体手在处理各种任务时更加灵活和适应
。
[0004]此外，抓取和递送是机器人执行人机交互的主要方式
。
抓取机器人在进行人机交互作业时，不仅要执行不同任务，而且要注重人机协作安全
。
相较于传统的刚性抓取机器人，软体抓取机器人拥有着安全指数高的优点
。
[0005]公开号
CN107718021A
的中国专利公开了一种气动多指型软体机械手，三个软体手指单元均可实现大范围弯曲变形，但是由于其气动的驱动方式
、
手指内部没有刚性支撑，在抓取时对物体包裹性不足出现抓取不稳的问题
。
公开号
CN113370241A
的中国专利公开了一种网状结构的多指型软体机械手，该机械手通过线绳驱动拉动四个软体手指张开闭合，具有抓取范围大的特点，但对于抓取细小杆件
、
板件物体抓取还存在困难
。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种绳牵式变刚度柔性抓手，该软体抓手采用步进电机直接驱动绳索拉拽抓取单元执行端实现软体手的张开闭合，根据传感器组件采集的感知信号判定物体的硬度属性，最终根据判定结果对物体实现变刚度智能抓取
。
[0007]具体地，本专利技术提供一种绳牵式变刚度柔性抓手，其包括驱动组件
、
连接组件
、
变刚度抓取单元
、
驱动绳索和传感器组件；
[0008]所述变刚度抓取单元外形呈夹具样固定在连接组件上，所述驱动组件借助于所述驱动绳索与所述变刚度抓取单元连接，在驱动绳索的拉动下变刚度抓取单元实现张开与闭合，所述传感器组件用于检测被抓物体的硬度并基于检测的被抓物体的硬度对变刚度抓取单元进行刚度调节；
[0009]所述驱动组件包括驱动电机和凸台圆盘，所述驱动电机带动所述凸台圆盘旋转，所述凸台圆盘上表面呈圆形盘状且下部呈倒锥体状，所述圆形盘状边缘处设置有若干个沿周向均匀排布且等大的圆形穿线孔，所述驱动绳索依次穿过圆盘上的穿线孔；
[0010]所述连接组件包括法兰盘
、
保护罩和连接座，所述法兰盘位于抓手的最顶端，所述法兰盘的上端用于与远端操作臂连接，所述法兰盘的下端与保护罩连接，所述保护罩外形
呈凸台状，所述连接座放置于保护罩内部并用于连接驱动组件和变刚度抓取单元；
[0011]所述变刚度抓取单元包括变刚度密封装置和抓取单元，若干数量的抓取单元叠放在一起并借助于变刚度密封装置封装，通过改变变刚度抓取单元内部气压实现刚度的动态调节；
[0012]多个抓取单元整体呈夹子形状，其开口端为末端并与保护罩连接，其末端设置有均匀间隔的两排穿线孔；所述抓取单元的两侧夹爪为执行端，夹爪两侧面设置有沿其底部均匀分布的穿线孔，驱动绳索依次穿过穿线孔将其与驱动组件连接；
[0013]变刚度抓取单元抓取物体时弯曲的角度
θ
表示为传感器最末端点的切线与传感器初始位置延长线的夹角，
X
表示抓取时软体抓手弯曲程度的位移值，每一个弯曲角度对应一个位移值
X
，即弯曲角度
θ
是关于
X
成正相关的函数；
[0014]将实时监测的压力信号和弯曲度信号进行数据处理并进行融合，在物体硬度识别的过程中，计算物体的硬度并以
H
进行定义，
H
值越大，表示物体硬度越大，物体硬度
H
的计算公式为：
[0015][0016]其中，
F
为抓取物体时测得的接触压力，
θ
为测得的弯曲角度；
[0017]基于计算的物体硬度对变刚度层内部气压进行调节，当计算的物体硬度
H
大于或等于硬度阈值
H0时，则对变刚度抓取单元进行负压吸气降低变刚度抓取单元的刚度，控制机械手将被抓物体稳定抓取
。
[0018]优选地，凸台圆盘底部设置有圆柱形凸起短轴，该圆柱形凸起短轴与轴承采用间隙或者过盈配合实现凸台圆盘与连接座的连接
。
[0019]优选地，所述凸台圆盘顶部留有用来与电机轴相连的销槽，电机轴末端安装好的轴销插入销槽中带动凸台圆盘旋转
。
[0020]优选地，所述凸台圆盘表面边缘处穿线孔数量
、
变刚度抓取单元开口端两排穿线孔总数量以及变刚度抓取单元执行端两侧穿线孔总数量相等
。
[0021]优选地，所述驱动绳索包括第一驱动绳索以及第二驱动绳索，第一驱动绳索以及第二驱动绳索分别设置在变刚度抓取单元的两侧，以平行式或交叉式的方式完成穿线，所述第一驱动绳索或第二驱动绳索首先穿过变刚度抓取单元执行端一侧的侧面穿线孔，其次穿过变刚度抓取单元开口端其中一排穿线孔，穿过驱动组件中凸台圆盘表面的一个穿线孔，绳索再次自由穿入穿出变刚度抓取单元开口端一排的穿线孔，最后自由穿入变刚度抓取单元执行端穿线孔
。
[0022]优选地，所述传感器组件包括弯曲度传感器和薄膜压力传感器；
[0023]所述弯曲度传感器包括信号转换单元以及条形传感单元，所述信号转换单元放置于保护罩侧边的传感器限位槽内，所述条形传感单元贴于变刚度抓取单元外表面，用于检测变刚度抓取单元抓取物体时弯曲的角度
。
[0024]优选地，所述薄膜压力传感器贴于变刚度抓取单元内表面，用于检测抓取物体时的接触压力
。
[0025]优选地，所述条形传感单元采用
Flex
弯曲度传感器
。
[0026]优选地，所述变刚度抓取单元至少设置有三层
。
[0027]优选地，所述变刚度密封装置为密封袋
。
[0028]另一方面，本专利技术提供一种绳牵式变刚度柔性抓手的抓取方法，其包括以下步骤：
[0029]S1、
在抓取任务的初始状态，抓取部分执行端呈开口状，驱动绳索为松弛状态；
[0030]S2、
将被抓物体放置在变刚度抓取单元可抓取的范围内，控制电机旋转，电机带动所述凸台圆盘与其同步转动，系在凸台圆盘上的驱动绳索被动地由松弛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种绳牵式变刚度柔性抓手，其特征在于：其包括驱动组件
、
连接组件
、
变刚度抓取单元
、
驱动绳索和传感器组件；所述变刚度抓取单元外形呈夹具样固定在连接组件上，所述驱动组件借助于所述驱动绳索与所述变刚度抓取单元连接，在驱动绳索的拉动下变刚度抓取单元实现张开与闭合，所述传感器组件用于检测被抓物体的硬度并基于检测的被抓物体的硬度对变刚度抓取单元进行刚度调节；所述驱动组件包括驱动电机和凸台圆盘，所述驱动电机带动所述凸台圆盘旋转，所述凸台圆盘上表面呈圆形盘状且下部呈倒锥体状，所述圆形盘状边缘处设置有若干个沿周向均匀排布且等大的圆形穿线孔，所述驱动绳索依次穿过圆盘上的穿线孔；所述连接组件包括法兰盘
、
保护罩和连接座，所述法兰盘位于抓手的最顶端，所述法兰盘的上端用于与远端操作臂连接，所述法兰盘的下端与保护罩连接，所述保护罩外形呈凸台状，所述连接座放置于保护罩内部并用于连接驱动组件和变刚度抓取单元；所述变刚度抓取单元包括变刚度密封装置和抓取单元，若干数量的抓取单元叠放在一起并借助于变刚度密封装置封装，通过改变变刚度抓取单元内部气压实现刚度的动态调节；多个抓取单元整体呈夹子形状，其开口端为末端并与保护罩连接，其末端设置有均匀间隔的两排穿线孔；所述抓取单元的两侧夹爪为执行端，夹爪两侧面设置有沿其底部均匀分布的穿线孔，驱动绳索依次穿过穿线孔将其与驱动组件连接；变刚度抓取单元抓取物体时弯曲的角度
θ
表示为传感器最末端点的切线与传感器初始位置延长线的夹角，
X
表示抓取时软体抓手弯曲程度的位移值，每一个弯曲角度对应一个位移值
X
，即弯曲角度
θ
是关于
X
成正相关的函数；将实时监测的压力信号和弯曲度信号进行数据处理并进行融合，在物体硬度识别的过程中，计算物体的硬度并以
H
进行定义，
H
值越大，表示物体硬度越大，物体硬度
H
的计算公式为：其中，
F
为抓取物体时测得的接触压力，
θ
为测得的弯曲角度；基于计算的物体硬度对变刚度层内部气压进行调节，当计算的物体硬度
H
大于或等于硬度阈值
H0时，则对变刚度抓取单元进行负压吸气降低变刚度抓取单元的刚度，控制机械手将被抓物体稳定抓取
。2.
根据权利要求1所述的绳牵式变刚度柔性抓手，其特征在于：所述凸台圆盘顶部设置有用于与驱动电机的电机轴相连的销槽，电机轴末端借助于轴销插入销槽中带动凸台圆盘旋转
。3.
根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵延治，董历铭，单煜，裴昌磊，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：