[发明专利]摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪

说明书

本发明涉及一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，用以包络抓取、又可捏取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。本发明手指部件是仿节肢动物结构，由指根节、中指上节、中指下节、指尖节这四个骨节组成，其中指根节的转位由气缸驱动、转动由电机驱动，其他三个指节转动由软轴驱动。指根节如同节肢动物的胸部，其转位与转动的控制是核心，具有灵活性；采用叶片式转动气缸为动力，经摩擦副驱动与软轴弯曲传动的三个指节，如同节肢动物的腹部，多节的且每节为单自由度转动的特征，具有敏捷性、包络抓取特性。

技术领域

本发明涉及机器人、自动化领域，具体涉及一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，适用于食品、农产品、轻工产品的分拣机器人，可应用于包装、物流行业机器人领域。

背景技术

手爪，又称为机械手、末端执行器、末端抓持器，是机器人抓取物体的操作工具，由于抓取对象的复杂性：材料性质、形状尺寸及位置状态的差别较大：①形状不规则的、大小差别大的物体（瓜果、蔬菜）；②易碎的脆性物体（禽蛋、玻璃陶瓷制品）；③易变形的软性物体（面包、软包装物品）；④异形的、位置状态混乱且难理顺的物体（酒瓶、化妆品瓶），同时，就形状尺寸的适应性看，不同尺寸的长方体、圆柱体、球体、椭球体、三棱柱体是最常见的形状。目前的末端执行器是不能通用地、可靠地抓持前述的复杂对象。

就接触状态看，手指刚性骨架表面粘贴橡胶，末端执行器刚性骨架外橡胶与物体的接触是半柔性接触，接触力分布差别大；或者是软体手指，因为没有骨架所以不能承受较大接触力，且接触力分布也不均匀。

手指与物体的接触又分为捏取、包络抓取、软体包裹抓取。机械手设计涉及物形、物性、物态三种。其中物形是指形状、尺寸，机械手的适应性设计；物性是材质的软硬、韧脆，控制策略设计涉及接触力的大小、方向的精确控制；物态是物体的放置状态，如立、卧，分布整齐或混乱，相互距离紧密或稀疏，相互接触关系如袋装冷冻汤团、袋装液体、袋装颗粒等软包装，涉及手指各指节的路径规划、接触力的作用位置、接触冲击等运动过程的控制策略，同时涉及机械手与机械联合臂的操作协同控制。

目前实际应用当中，使用最多的是一种二指夹钳式、单指节手指、两点接触的气动卡爪，但是尺寸适应性小，也不能包络抓取，更没有形状适应性。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，主要用以包络抓取、又可捏取，抓取范围广，适应垂直、水平抓取各种形状复杂的物体，转位精度高、反应速度快，有柔性自适应效果。

本发明所采用的技术方案如下：

一种摩擦副传动多根软轴传递仿节肢动物手指的敏捷灵巧爪，所述敏捷灵巧爪的结构包括手掌、与手掌连接的三个结构相同且沿周向均匀安装的手指部件、以及恒扭矩三轴输出装置；

所述敏捷灵巧爪具有如下特征：

①手掌提供手指部件的指根节转位功能，三个手指部件中有二个转位、一个不转位，即左前手指部件不转位；内导向笔形气缸活塞杆在原始位置，三个手指部件抓取水平圆柱、长方体；或内导向笔形气缸活塞杆在伸出末端位置，一个手指部件原地逆时针转位60度、另一个手指部件原地顺时针转位60度，从而抓取直立圆柱、球体；

②手掌提供指根节转动功能，电机驱动使三个手指部件转动，是以相同指根角度变化速度，指根角度是手指部件的指根节与底板的夹角；

③手掌提供向手掌内包络方式抓取或捏取方式抓取的功能，手掌上叶片式转动气缸通过耐磨平带，驱动每个手指部件连接的恒扭矩三轴输出装置，每个恒扭矩三轴输出装置再驱动三根软轴，三根软轴带动手指部件的中指上节、中指下节、指尖节分别转动；