【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械抓手，具体涉及一种可切换刚柔模式的刚柔耦合抓手。
技术介绍
1、随着机械自动化的迅速发展，当今市场上已存在各种不同类型的机械抓手，它们分别以刚性、柔性以及刚柔耦合的形式存在。这些抓手都在各自的应用领域发挥着重要的作用。刚性机械抓手以其稳定性和高效率在工业自动化中占据主导地位，而柔性抓手则凭借其良好的适应性和安全性在处理脆弱或易碎物品时展现出独特的优势。然而，尽管现有技术已经给我们带来了很多便利，但仍存在一些挑战需要解决。特别是对于刚柔耦合的抓手，尽管它们试图结合刚性抓手的稳定性和柔性抓手的适应性，但在模态切换速度上却表现得相当缓慢。这种速度上的限制可能导致在实际应用中错过最佳的抓取时机，或者在快速变化的场景中无法及时作出响应。目前已有采用双气动驱动刚性抓手和柔性抓手的刚柔耦合抓手方案，但这类方案仍然存在响应速度受限、输出力难以控制、容易受到气体泄漏的影响、能量效率较低等问题。
2、因此，市场上迫切需要一种新型的抓手，它不仅能继承刚性抓手的大范围抓取能力和柔性抓手的良好适应性，而且还能在模态切换的响应上实现更快的速度，以更好地应对各种复杂和多变的工作环境，提高整体的工作效率和抓取的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提出一种刚柔耦合抓手，解决现有的刚柔耦合抓手的刚性抓手单元难以精确控制，稳定性不好且抓取精度不高的技术问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提出以下技术方案：
3、一种刚柔耦合抓手，包括：支撑单元；
4、进一步地，所述柔性抓手单元包括至少两个柔性抓手，所述刚性抓手单元包括至少两组刚性抓手，每组刚性抓手包括两个所述刚性抓手，每组刚性抓手分别与一个柔性抓手并联连接，所述并联连接使得：所述刚性抓手在所述电机驱动单元的驱动下活动时，能带动所述柔性抓手产生弯曲形变；以及，所述柔性抓手在所述气动驱动单元的驱动下产生弯曲形变时，能带动所述刚性抓手活动。
5、进一步地，每组刚性抓手的两个刚性抓手位于与之并联连接的柔性抓手的两侧，并且每个刚性抓手的指根部分别连接一个所述扇形齿轮。
6、进一步地，所述电机为双轴电机，每组刚性抓手采用一个双轴电机驱动，每个双轴电机两侧分别设置一个所述不完全齿轮，所述双轴电机分别通过两侧的键连接所在侧的所述不完全齿轮。
7、进一步地，所述不完全齿轮的有齿部分与无齿部分的圆周占比的比例为15:12~19:12。
8、进一步地，所述扇形齿轮的扇形圆心角为60~80°。
9、进一步地，所述电机能驱动所述刚性抓手产生5~58°的角度变化。
10、进一步地，所述柔性抓手单元的柔性抓手包括柔性手指内层、纤维、柔性手指表层和应变限制层；所述柔性手指内层具有与所述气动驱动单元的气泵连接的可充气中空结构，通过向所述柔性手指内层充气使其发生膨胀变形；所述纤维缠绕在所述柔性手指内层的外围，用于限制所述柔性手指内层发生横向膨胀；所述柔性手指表层套设在所述柔性手指内层的外部，能在所述柔性手指内层的带动下沿长度方向伸长；所述应变限制层与所述柔性手指内层连接，并且其形变小于所述柔性手指内层的形变使得充气时所述柔性手指内层和所述柔性手指表层向所述应变限制层所在侧发生弯曲，以实现所述柔性抓手单元的弯曲形变。
11、进一步地，所述刚性抓手包括指尖板、第一支杆、第一连杆、中间板、第二支杆以及第二连杆；所述指尖板具有指尖端以及位于所述指尖端相对侧的第一连接部和第二连接部，所述中间板具有第三连接部、第四连接部和第五连接部；所述第一支杆的第一端活动连接于所述第一连接部，所述第一连杆的第一端活动连接于所述第二连接部，所述第一支杆的第二端活动连接于所述第三连接部，所述第一连杆的第二端活动连接于所述第四连接部，所述第二支杆的第一端活动连接于所述第三连接部，所述第二连杆的第一端活动连接于所述第五连接部，所述第二支杆的第二端活动连接于所述扇形齿轮，所述第二连杆的第二端活动连接于所述扇形齿轮；所述指尖板的一边、所述第一支杆和所述第二支杆均与所述柔性抓手的所述应变限制层连接，并且与所述应变限制层的底面位于同一平面内，以实现所述并联连接。
12、进一步地，所述扇形齿轮的圆心角处延伸形成有一尾部，所述尾部设有第一安装孔，用于安装所述第二连杆的第二端；所述扇形齿轮的圆心处设有第二安装孔，用于安装所述第二支杆的第二端；同时所述扇形齿轮通过所述第二安装孔安装至所述支撑单元。
13、本专利技术技术方案的有益效果体现在：本专利技术利用电机作为刚性抓手单元的驱动源，通过不完全齿轮与扇形齿轮的配合，一方面解决了由于充气量和进气速度难以精确控制导致气动驱动的刚性抓手运动精度不高的问题，采用电机驱动齿轮啮合的方式，能够实现对旋转角度的精确控制，提高了刚性抓手的抓取精度，使刚柔耦合抓手能实现大重量、高精度抓取。另一方面，电机驱动不完全齿轮来与扇形齿轮啮合/非啮合，在啮合状态下可以直接通过电机驱动刚性抓手，实施高稳定性、大重量、高精度抓取；在啮合但电机停止工作状态，或者在非啮合状态下即便电机仍在运转也只是空转，并不会驱动刚性抓手活动，此种情况下可以采用气动驱动柔性抓手，实施对于脆弱、易碎物的高适应性和高安全性抓取；在需要切换到刚性为主抓取时，电机驱动的响应速度比气动驱动的响应速度要快，因此本专利技术的刚柔耦合抓手在模态切换的响应速度方面得以提升。再者，现有技术刚性抓手采用气动驱动的方式下，充气量和进气速度难以精确控制，甚至需要额外配置气压控制器，而本专利技术减少了一个气动驱动单元，不需要两个气泵进行进气、充气的交叉切换，结构和控制上更简化了。最后，现有技术需通过增加气缸内的压强来提升刚性抓手夹持力，这对气缸的密封性提出了更高要求，而本专利技术可以通过电机的大扭矩驱动，显著提升刚性抓手的夹持力，因此本专利技术更易提高抓取重量的上限。
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1.一种刚柔耦合抓手，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述柔性抓手单元包括至少两个柔性抓手，所述刚性抓手单元包括至少两组刚性抓手，每组刚性抓手包括两个所述刚性抓手，每组刚性抓手分别与一个柔性抓手并联连接，所述并联连接使得：所述刚性抓手在所述电机驱动单元的驱动下活动时，能带动所述柔性抓手产生弯曲形变；以及，所述柔性抓手在所述气动驱动单元的驱动下产生弯曲形变时，能带动所述刚性抓手活动。
3.如权利要求2所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：每组刚性抓手的两个刚性抓手位于与之并联连接的柔性抓手的两侧，并且每个刚性抓手的指根部分别连接一个所述扇形齿轮。
4.如权利要求2所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述电机为双轴电机，每组刚性抓手采用一个双轴电机驱动，每个双轴电机两侧分别设置一个所述不完全齿轮，所述双轴电机分别通过两侧的键连接所在侧的所述不完全齿轮。
5.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述不完全齿轮的有齿部分与无齿部分的圆周占比的比例为15:12~19:12。
6.如权利要求1或5所
7.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述电机能驱动所述刚性抓手产生5~58°的角度变化。
8.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述柔性抓手单元的柔性抓手包括柔性手指内层、纤维、柔性手指表层和应变限制层；所述柔性手指内层具有与所述气动驱动单元的气泵连接的可充气中空结构，通过向所述柔性手指内层充气使其发生膨胀变形；所述纤维缠绕在所述柔性手指内层的外围，用于限制所述柔性手指内层发生横向膨胀；所述柔性手指表层套设在所述柔性手指内层的外部，能在所述柔性手指内层的带动下沿长度方向伸长；所述应变限制层与所述柔性手指内层连接，并且其形变小于所述柔性手指内层的形变使得充气时所述柔性手指内层和所述柔性手指表层向所述应变限制层所在侧发生弯曲，以实现所述柔性抓手单元的弯曲形变。
9.如权利要求8所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述刚性抓手包括指尖板、第一支杆、第一连杆、中间板、第二支杆以及第二连杆；所述指尖板具有指尖端以及位于所述指尖端相对侧的第一连接部和第二连接部，所述中间板具有第三连接部、第四连接部和第五连接部；所述第一支杆的第一端活动连接于所述第一连接部，所述第一连杆的第一端活动连接于所述第二连接部，所述第一支杆的第二端活动连接于所述第三连接部，所述第一连杆的第二端活动连接于所述第四连接部，所述第二支杆的第一端活动连接于所述第三连接部，所述第二连杆的第一端活动连接于所述第五连接部，所述第二支杆的第二端活动连接于所述扇形齿轮，所述第二连杆的第二端活动连接于所述扇形齿轮；所述指尖板的一边、所述第一支杆和所述第二支杆均与所述柔性抓手的所述应变限制层连接，并且与所述应变限制层的底面位于同一平面内，以实现所述并联连接。
10.如权利要求9所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述扇形齿轮的圆心角处延伸形成有一尾部，所述尾部设有第一安装孔，用于安装所述第二连杆的第二端；所述扇形齿轮的圆心处设有第二安装孔，用于安装所述第二支杆的第二端；同时所述扇形齿轮通过所述第二安装孔安装至所述支撑单元。
...【技术特征摘要】
1.一种刚柔耦合抓手，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述柔性抓手单元包括至少两个柔性抓手，所述刚性抓手单元包括至少两组刚性抓手，每组刚性抓手包括两个所述刚性抓手，每组刚性抓手分别与一个柔性抓手并联连接，所述并联连接使得：所述刚性抓手在所述电机驱动单元的驱动下活动时，能带动所述柔性抓手产生弯曲形变；以及，所述柔性抓手在所述气动驱动单元的驱动下产生弯曲形变时，能带动所述刚性抓手活动。
3.如权利要求2所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：每组刚性抓手的两个刚性抓手位于与之并联连接的柔性抓手的两侧，并且每个刚性抓手的指根部分别连接一个所述扇形齿轮。
4.如权利要求2所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述电机为双轴电机，每组刚性抓手采用一个双轴电机驱动，每个双轴电机两侧分别设置一个所述不完全齿轮，所述双轴电机分别通过两侧的键连接所在侧的所述不完全齿轮。
5.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述不完全齿轮的有齿部分与无齿部分的圆周占比的比例为15:12~19:12。
6.如权利要求1或5所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述扇形齿轮的扇形圆心角为60~80°。
7.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述电机能驱动所述刚性抓手产生5~58°的角度变化。
8.如权利要求1所述的刚柔耦合抓手，其特征在于：所述柔性抓手单元的柔性抓手包括柔性手指内层、纤维、柔性手指表层和应变限制层；所述柔性手指内层具有与所述气动驱动单元的气泵连接的可充气中空结构，通过向所述柔性手指内层充气使...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲钧天，钱献宽，王晓浩，刘厚德，毛百进，朱嘉淇，郝宏伟，王伟琛，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：
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