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流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置的制作方法
流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置的制作方法 載入中...

本發明屬于機器人手技術領域,特別涉及一種流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置的結構設計。 背景技術: 自適應欠驅動機器人手是指采用少量電機驅動多個自由度關節,由于電機數量少,藏入手掌的電機可以選擇更大的功率和體積,出力大,同時純機械式的反饋系統無需對環境敏感也可以實現穩定抓取,自動適應不同形狀尺寸的物體,沒有實時電子傳感和閉環反饋控制的需求,控制簡單方便,成本低廉,重量輕、體積小,可以被廣泛應用在工業、農業與服務業機器人中或者作為義肢給殘疾人使用。 在抓取物體時主要有兩種抓取方法,一種是捏持,一種是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體,采用兩個點或兩個軟指面去接觸物體,主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體;握持是用手指的多個指段包絡環繞物體來實現多個點的接觸,達到更穩定的形狀包絡抓取。工業夾持器一般采用捏持方式,難以具有穩定握持功能,不能適應多種形狀物體的穩定包絡抓取;自適應欠驅動手指可以采用自適應包絡物體的方式握持,但是無法實施捏持抓取;耦合的多關節手可以實現多關節同時轉動,能夠實現捏持,不能實現針對多種形狀物體的穩定的多點包絡握持。上述三種手均有很大的提升空間。 已有的一種具有雙自由度欠驅動手指的五連桿夾持裝置,如美國專利US8973958B2,包括五個連桿、彈簧、機械約束。該裝置在工作時,開始階段保持末端指段的姿態進行近關節彎曲動作,之后根據物體的位置可以實現平行捏持或自適應包絡握持的功能。其不足之處在于,該裝置采用非常復雜的多連桿機構,運動存在較大的死區,抓取范圍較小,機構體積大,缺乏柔順性,制造成本過高。 已有的一種雙關節并聯欠驅動機器人手指裝置,如中國專利CN101633171B,包括基座、電機、兩個關節軸、兩個指段、耦合傳動機構、欠驅動傳動機構和多個簧件。該裝置實現了耦合自適應抓取模式,當手指碰觸物體前就呈現多關節耦合轉動的效果,非常擬人化,同時也有助于捏持方式抓取物體;當手指碰觸物體后就采用一種多關節欠驅動方式轉動的效果,具有對所抓取物體的大小尺寸自動適應的好處。其不足之處在于,該裝置僅能實現耦合自適應抓取模式,無法實現平夾自適應抓取模式;此外,機構復雜,安裝維修困難;簧件數目過多,利用簧件解耦調和耦合傳動機構與自適應傳動機構之間的矛盾,常常使得多個簧件形變較大,導致過大且不必要的能量損耗。 技術實現要素: 本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處,提供一種流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式,既可以實現平夾自適應抓取模式,在簡單切換后,又可以實現耦合自適應抓取模式;該裝置既能平動第二指段平行夾持物體,也能兩個關節同時正向彎曲去耦合捏持物體,還可以先后轉動第一指段和第二指段自適應包絡不同形狀、大小的物體;抓取范圍大;無需復雜的傳感和控制系統。 本發明的技術方案如下: 本發明設計的一種流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置,包括基座、第一指段、第二指段、近關節軸、遠關節軸和電機;所述近關節軸活動套設在基座中,所述第一指段活動套接近關節軸上,所述遠關節軸活動套設在第一指段中,所述第二指段套接在遠關節軸上;所述電機與基座固接;所述近關節軸的中心線與遠關節軸的中心線平行;其特征在于:該流體自適應平夾耦合切換機器人手指裝置還包括傳動機構、第一波紋管、第二波紋管、第三波紋管、第四波紋管、第一管夾、第二管夾、第一軟管、第二軟管、第一流體、第二流體、第一限位凸塊、第二限位凸塊、主動板、切換板、切換板連接件、轉軸和簧件;所述傳動機構設置在基座中;所述電機的輸出軸與傳動機構的輸入端相連,所述傳動機構的輸出端與第一指段相連;所述第一軟管、第二軟管均為不可伸縮的膠管,所述第一軟管、第二軟管均位于第一指段中;所述第一波紋管、第二波紋管、第三波紋管、第四波紋管均為可伸縮和彎曲的空心管,所述第一波紋管的下部與主動板固接,第一波紋管的上部固定安裝在第一指段的下部,第一波紋管的上部與第一軟管的下部密封連通;所述第二波紋管的上部與第一連接塊固接,第二波紋管的下部固定安裝在第一指段的上部,第二波紋管的下部與第一軟管的上部密封連通;所述第三波紋管的下部與切換板固接,第三波紋管的上部固定安裝在第一指段的下部,第三波紋管與第二軟管密封連通;所述第四波紋管的上部與第二連接塊固接,第四波紋管的下部與第二軟管密封連通,第四波紋管的下部固定安裝在第一指段的上部;;所述第一流體8密封在第一波紋管、第一軟管和第二波紋管中;所述第二流體密封在第三波紋管、第二軟管和第四波紋管中;所述管夾與切換板固接;所述第一管夾和第二管夾分別與第一指段固接;所述切換板連接件固接在近關節軸上;所述轉軸套設在切換板連接件上,所述切換板套接在轉軸上;所述第一限位凸塊、第二限位凸塊分別與基座固接;平夾抓取模式時,所述切換板位于遠離抓取物體的一側,所述第三波紋管的上部嵌入第一管夾中,切換板與第一限位凸塊接觸;耦合抓取模式時,所述切換板位于靠近抓取物體的一側,所述第三波紋管的上部嵌入第二管夾中,切換板與第二限位凸塊接觸;所述第三波紋管的中心線與近關節軸的中心線的距離為a,第四波紋管的中心線與遠關節軸的中心線的距離為b,a與b相等;所述第三波紋管的內徑與第四波紋管的內徑相等;所述第三波紋管的長度與第四波紋管的長度相等;所述簧件的兩端分別連接基座和切換板;所述第一波紋管的中心線與近關節軸的中心線的距離為c,第二波紋管的中心線與遠關節軸的中心線的距離為d,c大于d;所述第一波紋管的內徑與第二波紋管的內徑相等。 本發明與現有技術相比,具有以下優點和突出性效果: 本發明裝置利用電機、密閉柔性件傳動機構、波紋管、流體、簧件、主動板、切換板和限位凸塊等綜合實現了雙關節機器人手指平行夾持與耦合捏持切換同時具有自適應抓取的功能,在平夾自適應抓取模式中,根據目標物體形狀和位置的不同,既能平動第二指段捏持物體或外張撐取物體,也能依次轉動第一指段和第二指段包絡不同形狀、大小的物體;在耦合自適應抓取模式中,在耦合自適應抓取模式中,該裝置可以同時聯動兩個關節轉動,并在第一指段接觸物體被阻擋后自然轉入彎曲第二指段的自適應抓取階段;該裝置抓取范圍大;采用欠驅動的方式,利用一個電機驅動兩個關節,無需復雜的傳感和控制系統;該裝置結構緊湊、體積小,制造和維護成本低,適用于機器人手。

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