磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計
【背景技術(shù)】
[0002]機器人手作為機器人的執(zhí)行終端，需要實現(xiàn)抓取與釋放兩個動作。按使用場合的不同，主要可分為擬人機械手與通用抓持器兩大類機器人手。擬人機械手與人手相似，主要作為義肢，供殘疾人使用。通用抓持器在工業(yè)上有廣泛應(yīng)用，用于自動化生產(chǎn)線上機器人夾持物體。
[0003]Christian Cipriani等人在文獻中介紹了一種腱繩驅(qū)動的擬人機械手SmartHand(Cipriani C，et al.0bjectives, criteria and methods for the design ofthe SmartHand transradial prosthesis [J].Robotica，2010，28 (06):919-927.)。該擬人機械手由4個驅(qū)動器驅(qū)動，通過腱繩帶動手指運動。此外，英國的Shadow公司已商業(yè)化生產(chǎn)腱繩驅(qū)動擬人機械手(美國發(fā)明專利US 2013313844A1)。腱繩驅(qū)動的方式能簡化擬人機械手的結(jié)構(gòu)，易于設(shè)計輕巧、多自由度的靈巧手。但該類裝置由于驅(qū)動元件較多，自由度高，使得整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造加工成本高。
[0004]John Amend等人在文獻中介紹了一種基于粒狀材料堵塞原理的柔性通用抓持器(Amend J R，et al.A positive pressure universal gripper based on the jamming ofgranular material [J].Robotics, IEEE Transact1ns on，2012，28 (2):341-350.)。抓持器柔性時接觸并擠壓待抓取物體，抓持器末端橡膠球發(fā)生形變，橡膠球內(nèi)存在大量咖啡顆粒，此時，對橡膠球內(nèi)部抽真空，過濾膜使咖啡顆粒約束在橡膠球的密閉空間內(nèi)相互楔緊，從而使變形后的橡膠球形狀固定下來，實現(xiàn)抓取。該裝置適用于各種形狀物體的抓持，自適應(yīng)能力較強。該裝置的不足之處為:該裝置采用氣動的方式實現(xiàn)，整個系統(tǒng)體積龐大，能耗大，噪音大，難以小型化，造價昂貴。
[0005]磁流變液是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。這種懸浮體在零磁場條件下呈現(xiàn)出低粘度的牛頓流體特性；而在強磁場作用下，則呈現(xiàn)出高粘度、低流動性的Bingham體特性。磁流變液具有響應(yīng)速度快、阻尼連續(xù)可逆變化、低電壓低功耗、機構(gòu)簡潔、使用壽命長等特點，因此成為了一種用途廣泛、性能優(yōu)良的智能材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，該裝置能實現(xiàn)腱繩驅(qū)動與柔性通用抓持相結(jié)合的效果，只需一個驅(qū)動器，且具備不同物體自適應(yīng)欠驅(qū)動抓取功能，并采用了磁流變液輔助抓持過程，使得抓取更可靠，其驅(qū)動方式簡潔可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，制造、維護成本低。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明所述的一種磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:該磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置包括柔性件、至少一根腱繩、至少兩個手指、至少一個通道、線圈、磁流變液至少一個驅(qū)動器、基座；所述的柔性件中部與基座固連，柔性件內(nèi)部密封有磁流變液；所述的手指設(shè)置在柔性件上；所述的通道設(shè)置在柔性件上；所述的驅(qū)動器設(shè)置在基座中；所述的腱繩一端與驅(qū)動器的輸出軸固連，另一端穿過通道并與通道的末端固連；所述的線圈設(shè)置在柔性件周圍。
[0009]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:所述的柔性件呈薄壁雙層結(jié)構(gòu)；柔性件采用布、網(wǎng)或膜；所述的腱繩采用紡織用繩、塑料繩、橡膠繩或金屬絲。
[0010]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:所述的手指縱向方向與通道切向方向的夾角為45° -135° ;手指呈放射狀布置。
[0011]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:所述的手指一端與基座相連；手指采用片簧、板簧、拉簧、壓簧或發(fā)條中一種或幾種的組合；
[0012]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:所述的手指通過簧件、關(guān)節(jié)軸與基座相連；與一個手指相連的簧件、關(guān)節(jié)軸的數(shù)量至少為I;手指采用桿狀、管狀、或片狀的剛性結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:所述的通道可軸向伸縮；通道采用柔性環(huán)形腔、耳環(huán)形結(jié)構(gòu)或波紋管。
[0014]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:還包括導(dǎo)管；所述的基座中設(shè)置有通孔；所述導(dǎo)管的兩端分別連接通孔與通道；所述的腱繩穿過通孔和導(dǎo)管。
[0015]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:還包括大線圈；所述的大線圈設(shè)置于基座底端靠近柔性件處；所述的線圈分布在柔性件的表面或鑲嵌于柔性件內(nèi)部。
[0016]本發(fā)明所述的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置，其特征在于:還包括傳動機構(gòu)；所述的傳動機構(gòu)包括減速器、轉(zhuǎn)軸、卷筒；所述的驅(qū)動器輸出軸與減速器的輸入軸相連；所述的轉(zhuǎn)軸一端與減速器的輸出軸相連，另一端與支撐件相連；所述的支撐件設(shè)置在基座中；所述的卷筒固套在轉(zhuǎn)軸上；所述的腱繩與卷筒相連。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出特點:
[0018]本發(fā)明裝置利用腱繩拉動通道，使得柔性件收攏封口，實現(xiàn)了不同形狀、不同尺寸物體的自適應(yīng)抓取功能；該裝置利用手指的彈性，使得柔性件保持最適宜的抓取姿態(tài)，并實現(xiàn)柔性件的復(fù)位；該裝置使用一個驅(qū)動器控制兩個或以上手指的運動，實現(xiàn)了欠驅(qū)動；該裝置利用磁流變液在磁場下固結(jié)的特點，增強了抓取的可靠性；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，制造、維護成本低。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提供的磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置的一種實施例的三維外觀圖。
[0020]圖2是圖1所示實施例的三維剖視圖。
[0021]圖3是圖2所示實施例的局部放大圖。
[0022]圖4是采用彈性手指實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5是圖4所示實施例的局部放大圖。
[0024]圖6是采用兩個通道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖7是采用剛性手指及彈性關(guān)節(jié)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖8是圖7所示實施例的局部放大圖。
[0027]圖9是采用兩個關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖10、圖11、圖12是圖1所示實施例抓取物體過程的三維外觀圖。
[0029]圖13、圖14、圖15是圖1所示實施例中抓取物體過程的正面剖視圖。
[0030]在圖1至圖15中:
[0031]11-基座，12-上基座，13-支撐件，
[0032]14-轉(zhuǎn)軸，15-通孔，
[0033]21-驅(qū)動器，22-減速器，23-卷筒，
[0034]31-導(dǎo)管，32-腱繩，33-柔性件，
[0035]34-通道，35-手指，351-關(guān)節(jié)軸，
[0036]352-簧件，
[0037]41-螺栓，42-套筒，43-螺母，
[0038]51-線圈，52-磁流變液，53-大線圈。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖及實施例進一步詳細說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。
[0040]本發(fā)明設(shè)計的一種磁流變液輔助柔性掌面自適應(yīng)欠驅(qū)動機器人手裝置的一種實施例，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15所示。本實施例包括柔性件33、至少一根腱繩32、至少兩個手指35、至少一個通道34、線圈51、磁流變液52、至少一個驅(qū)動器21、基座11 ;所述的柔性件33中部與基座11固連，柔性件33內(nèi)部密封有磁流變液52 ;所述的手指35設(shè)置在柔性件33上；所述的通道34設(shè)置在柔性件33上；所述的驅(qū)動器21設(shè)置在基座11中；所述的腱繩32 —端與驅(qū)動器21的輸出軸固連，另一端穿過通道34并與通道34的末端固連；所述的線圈51設(shè)置在柔性件33周圍。
[0041]本實施例中，所述的柔性件33呈薄壁雙層結(jié)構(gòu)；柔性件33采用布、網(wǎng)或膜；所述的腱繩32采用紡織用繩、塑料繩、橡膠繩或