[发明专利]一种变刚度柔顺抓取装置

说明书

本发明公开了一种变刚度柔顺抓取装置，包括滑动设置在直线导轨上的两个滑块，滑块由一个开合运动电机驱动并能作相对靠近和远离运动。每个滑块通过变刚度柔性并联机构连接有一个用于抓取作业的夹爪，变刚度柔性并联机构由一个刚度调整电机驱动以调整其刚度。在工作状态，通过开合运动电机驱动，控制夹爪在开合运动方向上的平行夹持位移；通过刚度调整电机驱动，控制夹爪在开合运动上的夹持刚度。本发明能够连续地改变其开合运动方向上的夹持刚度，适应对不同形状、不同质量物体的夹持作业，可以作为机器人的末端执行器，尤其适用于在非结构化环境里的操作作业、精密装配等领域。

技术领域

本发明涉及用于机器人领域的末端执行装置，具体涉及一种变刚度柔顺抓取装置。

背景技术

近年来，越来越多的机器人与人一起出现在工厂的车间里进行工作，这也就是所谓的“人机协作”场景；然而，在这过程当中，人、机器人及外界非结构化环境之间必然要发生不可避免的碰撞，因此，安全性将成为下一代机器人的重要性能指标。由于机器人末端执行器是机器人与人及外界对象直接接触的唯一接口，因此，着重考虑机器人末端执行器这个关键零部件的安全性至关重要。

从执行抓取及装配任务的角度来说，机器人末端执行器主要分为刚性夹持器、柔性夹持器、软体夹持器及多指灵巧手四大类。

传统的刚性夹持器主要以能够夹持住物体为目的，从而限制其所夹持对象的属性只能为硬质物体。虽然著名夹具公司SCHUNK雄克已经商业化地生产了一系列刚性夹持器，同样可以执行复杂地抓取工作及用于人机协作，但是其精密的驱动技术及昂贵的传感器等感知元件在很大程度上导致了其性价比往往较低。

柔性夹持器是一类基于柔性机构的夹持器，在前期的科学研究过程中，由于柔性机构的变形小、精度高及一体化设计无摩擦、无装配问题等优点，其往往被设计成微型夹持器用于需要精密操作、精密装配的手术及半导体行业领域。虽然其通过巧妙的结构设计可以实现变刚度功能，然而基于单根柔性机构支链构型的夹持器在夹持作业过程中，存在疲劳寿命低、夹持力小、不能够完成平行夹持作业操作的缺点，还有当其在非结构化环境下进行夹持作业时，易受到外界干扰，不能够保证其夹持作业过程中夹爪的稳定性，从而造成其系统稳定性及流畅性差的问题。

软体夹持器在目前的学术领域可谓是炙手可热的焦点，如：基于Jamming原理、基于SMA、SMP驱动原理的一系列软体抓手等，它们之所以受到更多学者的关注，既因为其属于前沿的软体机器人领域，也由于3D打印、智能材料驱动等新一代科学技术的突破让其拥有制造成本低、无噪音、可变刚度、可编程控制等优点，然而由于其灵活的自由度及材料刚度的限制，其在抓持过程中的稳定性及抓持精度受到了一定的影响，同时其变刚度响应速度往往很慢且变刚度范围较小，这同样限制了其对被抓持物体的自适应能力。

根据驱动方式，灵巧手主要分为全驱动灵巧手及欠驱动灵巧手，全驱动灵巧手最成功的商业化产品是英国机器人公司的Shadow机器人灵巧手，但是由于其结构复杂，从而造成其系统复杂且体积往往庞大，从而造成其制造成本昂贵；欠驱动灵巧手最成功的的商业化产品是加拿大Robotiq公司的机器人抓手，虽然其巧妙的驱动结构，这大大地提高了其自适应能力，然而对于这样一个欠驱动系统的末端执行器机构，它的静力学及动力学问题目前亟需解决，同时其制造成本相比于夹持器来说，仍然有点昂贵。