CN107443405A - 一种气动柔性机器人手爪结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动柔性机器人手爪结构，本发明的手指外部结构采用硅胶结构，不仅保证柔性手指气穴在充气时的密闭性，增大与抓取目标之间的摩擦力，防止目标滑落，而且由于硅胶结构自身的弹性缓冲特点，使得柔性手指在抓取易碎物体时具有良好的安全性，而且在抓取形状不规则物体时具有良好的柔性自适应性，降低了抓取过程中的控制难度；本发明的手指弯曲方向可以通过形状记忆合金弹簧主动控制，从而增加了机器人手爪抓取过程中的灵活性和多样性，提高了任务的可靠性。

Description

一种气动柔性机器人手爪结构

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种气动柔性机器人手爪结构。

背景技术

在抓取易碎或形状不规则物体的过程中，为了避免对这些物体的损坏并保证成功抓取，常常需要精确控制机器人手爪的位移和抓取力。但是，对机器人手爪的精确控制不仅增加了控制难度，而且极大地提升了抓取的成本，从而使这类机器人手爪在农业、工业等领域难以广泛应用。为了解决这个问题，一些研究者提出了采用柔性结构杆件的机器人手爪，这类机器人手爪通过结构杆件的弹性变形实现机器人手爪的柔性和抓取过程中的缓冲，降低了抓取过程中对物体损坏的可能性，但是由于结构杆件的弹性变形是非线性的大挠度变形，因此难以实现实时的精确计算与控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种气动柔性机器人手爪结构，不仅可以避免抓捕过程中对易碎或形状不规则的物体的损坏并实现成功抓取，且具有低控制难度和低成本的优势。

为了达到上述目的，本发明包括手爪卡盘，手爪卡盘上设置有若干中空的卡爪，每个卡爪连接有手指；

所述手指包括具有气穴的硅胶结构，硅胶结构的气穴与卡爪的中空腔体相连通，硅胶结构外表面嵌入有记忆合金弹簧；

所述卡爪与充气机连接，记忆合金弹簧与加热器连接。

所述硅胶结构内部为折纸结构。

所述气穴的一端为封闭端，另一端通过通气阀连接卡爪的中空腔体。

当记忆合金弹簧加热时，则记忆合金弹簧的长度缩短，当记忆合金弹簧冷却至室温时，记忆合金弹簧的长度恢复至原始长度。

所述相邻卡爪间角度相等。

所述卡爪为三个。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的手指外部结构采用硅胶结构，不仅保证柔性手指气穴在充气时的密闭性，增大与抓取目标之间的摩擦力，防止目标滑落，而且由于硅胶结构自身的弹性缓冲特点，使得柔性手指在抓取易碎物体时具有良好的安全性，而且在抓取形状不规则物体时具有良好的柔性自适应性，降低了抓取过程中的控制难度；

2、本发明的手指弯曲方向可以通过形状记忆合金弹簧主动控制，从而增加了机器人手爪抓取过程中的灵活性和多样性，提高了任务的可靠性；

3、本发明所提出的气动柔性机器人手爪整体质量轻，所采用的制作方法简单，制作成本低，有利于其在农业、工业等领域的广泛应用。

附图说明

图1为本发明结构简图；

图2为本发明结构简图的俯视图；

图3为本发明中手指未弯曲时的结构示意图；

图4为本发明中手指弯曲时的结构示意图；

图5为本发明中手爪向内弯曲时的结构简图；

图6为本发明中手爪向外弯曲时的结构简图。

其中：1、手指；2、卡爪；3、手爪卡盘；1-1、折纸结构；1-2、硅胶结构；1-3、记忆合金弹簧；1-4、气穴；1-5、通气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，三根气动柔性机器人手指1分别安装在三爪卡盘3的卡爪2上。

如图3所示，机器人手指1由四部分组成，即内部的折纸结构1-1、外部的硅胶结构1-2、嵌入硅胶结构1-2表面的形状记忆合金弹簧1-3、手指内部的气穴1-4以及对每根手指单独充放气的通气阀1-5。内部的折纸结构1-1不仅可以为机器人手指1提供主体结构支持，而且可以为手指1提供各向弯曲的柔性。气动柔性机器人手指1外部的硅胶结构1-2不仅为柔性手指 1提供了良好的密封空间，保证柔性手指气穴1-4在充气时的密闭性，而且由于自身的材料特性，增大了与抓取目标之间的摩擦力，可以有效防止目标滑落；与此同时，由于硅胶结构1-2 自身的弹性缓冲特点，不仅使柔性手指1在抓取易碎物体时具有良好的安全性，而且在抓取形状不规则物体时具有良好的柔性自适应性，从而降低了抓取过程中的控制难度。每个机器人手指1的后端设置有通气阀1-5，可以与机器人手爪的充放气控制系统相连，分别对每个气动柔性手指1单独进行充放气，控制其弯曲。在气动柔性机器人手指1两侧布置的形状记忆合金弹簧1-3可以有效实现对柔性手指弯曲方向的主动控制。这种形状记忆合金弹簧1-3的特点是加热长度缩短，而温度降低后将恢复原来的长度。

如图4所示，当柔性手指1需要向一侧弯曲时，首先通过通气阀1-5对柔性手指气穴1-4 充气，使气穴1-4中的气压增大，从而带动柔性手指1内部的折纸结构1-1和外部的硅胶结构 1-2呈伸长的趋势，与此同时对弯曲内侧的形状记忆合金弹簧1-3进行加热，使其长度缩短，限制柔性手指1一侧的伸长，最终，柔性手指1将在气穴1-4内部的气压和一侧收缩的形状记忆合金弹簧1-3的共同作用下向收缩形状记忆合金弹簧1-3的一侧弯曲。对柔性手指另一侧的形状记忆合金弹簧1-3加热则将使柔性手指向相反的方向弯曲。

气动柔性机器人手爪中的每一个手指都可以单独控制其弯曲方向，手指的弯曲幅度由气穴内的气压控制。通过三个气动柔性手指的相互配合，可以实现机器人手爪的不同抓取方式，如图5、图6所示，机器人手爪可以根据抓取目标的形状、大小和位置确定不同的抓取手势。其中，图5为所有气动手指向内侧弯曲时的示意图，而图6为所有气动手指向外侧弯曲时的示意图。

Claims (6)

1.一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，包括手爪卡盘(3)，手爪卡盘(3)上设置有若干中空的卡爪(2)，每个卡爪(2)连接有手指(1)；

所述手指(1)包括具有气穴(1-4)的硅胶结构(1-2)，硅胶结构(1-2)的气穴(1-4)与卡爪(2)的中空腔体相连通，硅胶结构(1-2)外表面嵌入有记忆合金弹簧(1-3)；

所述卡爪(2)与充气机连接，记忆合金弹簧(1-3)与加热器连接。

2.根据权利要求1所述的一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，所述硅胶结构(1-2)内部为折纸结构(1-1)。

3.根据权利要求1所述的一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，所述气穴(1-4)的一端为封闭端，另一端通过通气阀(1-5)连接卡爪(2)的中空腔体。

4.根据权利要求1所述的一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，当记忆合金弹簧(1-3)加热时，则记忆合金弹簧(1-3)的长度缩短，当记忆合金弹簧(1-3)冷却至室温时，记忆合金弹簧(1-3)的长度恢复至原始长度。

5.根据权利要求1所述的一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，所述相邻卡爪(2)间角度相等。

6.根据权利要求1所述的一种气动柔性机器人手爪结构，其特征在于，所述卡爪(2)为三个。