自适应变刚度柔性抓手

1.本发明属于机器人学技术及变刚度抓取技术领域，特别涉及一种自适应变刚度柔性抓手。


背景技术：

2.在传统的刚性抓取中，通过电机驱动，带动连杆等刚性从动部件按一定轨迹运动完成抓取动作，抓取速度快，承载能力强，但同时也存在自适应性能差，难以实现人机交互，对抓取特种材制的物体时易产生安全性问题。同时考虑到，在抓取不同物体时，应依据不同物体的刚度提供适应的夹取力，这对抓手的变刚度特性也产生了对应的要求。中国专利cn111267138a公开了一种基于弹性小球的可变刚度软体抓手，其结构带有若干个执行单元、固定部分和基座部分。主要原理是通过在一个气腔内装入颗粒，利用抽真空的方式实现颗粒的不断聚集进而改变该气腔的刚度。本发明提供了一种自适应变刚度柔性抓手，可以更好的贴合被夹取物体的表面，依靠变刚度特性增加了夹取工作的通用性。


技术实现要素：

3.针对以上情况，本发明提供了一种自适应变刚度柔性抓手，采用缠绕方式对工件进行抓取，通过第一固定圆盘和第二固定圆盘对旋转收缩体的外层进行固定，同时将旋转收缩体的内层设置于第一转动圆盘和第二转动圆盘之间，通过扭转驱动第一转动圆盘，使得旋转收缩体产生径向的收缩变形，而具有一定弹性和自适应的旋转收缩体可以很好的包覆紧贴物体表面，实现柔性抓取过程，具有可实现变刚度抓取、适用范围广及适应性强等优点。
4.本发明采用的技术方案是一种自适应变刚度柔性抓手，其包括第一固定圆盘、第二固定圆盘、第一转动圆盘、第二转动圆盘、隔离圆盘和旋转收缩体，所述第一固定圆盘的中间处设有第一圆孔，且所述第一圆孔的圆周方向均布设有多个固定卡具，所述第二固定圆盘包括固定圆环和设于所述固定圆环上的连接圆环，且所述第一固定圆盘的第一端与所述连接圆环的外侧螺纹连接，所述第二转动圆盘和隔离圆盘均设于所述第二固定圆盘的内侧，且所述第二转动圆盘与所述连接圆环的内侧螺纹连接，且所述隔离圆盘位于所述第二转动圆盘的上方，且所述隔离圆盘与所述连接圆环的内侧螺纹连接；所述第一转动圆盘设于所述第二转动圆盘的内侧，且所述第一转动圆盘与所述第二转动圆盘螺纹连接，所述旋转收缩体通过翻折呈双层筒状，且所述旋转收缩体的外层固定设于所述第一固定圆盘和所述第二固定圆盘之间，所述旋转收缩体的内层固定设于所述第一转动圆盘和所述第二转动圆盘之间。
5.进一步地，所述旋转收缩体与所述第二固定圆盘形成的封闭空间内部设有填充物。
6.优选地，所述第一转动圆盘的中间处设有转动圆孔，且所述转动圆孔圆周方向均布设有连接通孔。
7.进一步地，所述第一固定圆盘的第一端面与所述固定圆环的外侧端面重合，且所述第二转动圆盘的第一端面与所述固定圆环的内侧端面重合，所述隔离圆盘的第一端面与所述连接圆环的第一端面重合。
8.优选地，所述第一固定圆盘的中心轴线、第二固定圆盘的中心轴线、第一转动圆盘的中心轴线、第二转动圆盘的中心轴线及所述隔离圆盘的中心轴线均共线。
9.本发明的另一方面，提供一种自适应变刚度柔性抓手，其包括固定套筒、固定套环、第一旋转驱动圆盘、第二旋转驱动圆盘、底盘、弹性元件和柔性收缩体，所述固定套筒的中间处设有固定圆台，所述固定套环设于所述固定套筒的外侧，且所述固定套环与所述固定套筒通过连接螺栓连接，所述第一旋转驱动圆盘包括连接圆盘和设于所述连接圆盘上的支撑圆台，所述第二旋转驱动圆盘设于所述第一旋转驱动圆盘的外侧，且所述连接圆盘与所述第二旋转驱动圆盘固定连接，所述第一旋转驱动圆盘设于所述固定套筒中，且所述支撑圆台支撑于所述固定圆台上；所述固定套环的下方设有所述底盘，且所述固定套环与所述底盘之间沿圆周方向均布设有多个所述弹性元件，所述柔性收缩体设于所述第二旋转驱动圆盘与所述底盘之间，且所述柔性收缩体的第一端与所述第二旋转驱动圆盘固定连接，所述柔性收缩体的第二端与所述底盘固定连接。
10.进一步地，所述固定套筒第一端的外侧弧面上均布设有固定通孔，且所述固定套环的外侧弧面上设有与所述固定通孔相对应的连接通孔，所述连接螺栓穿过所述固定通孔及所述连接通孔将所述固定套筒与所述固定套环固定连接。
11.优选地，所述第二旋转驱动圆盘的外侧弧面上均布设有圆盘通孔，且所述柔性收缩体的第一端通过连接螺栓与所述圆盘通孔固定连接。
12.优选地，所述底盘上均布设有底盘通孔，且所述柔性收缩体的第二端通过连接螺栓与所述底盘通孔固定连接。
13.优选地，所述弹性元件能采用气弹簧或者液弹簧。
14.本发明的特点和有益效果是：
15.1、本发明提供的自适应变刚度柔性抓手，通过第一固定圆盘和第二固定圆盘对旋转收缩体的外层进行固定，同时将旋转收缩体的内层设置于第一转动圆盘和第二转动圆盘之间，通过扭转驱动第一转动圆盘，使得旋转收缩体产生径向的收缩变形，采用缠绕方式对工件进行抓取，可以更好的贴合被夹取工件的表面，依靠变刚度特性增加了夹取工作的通用性。
16.2、本发明提供的自适应变刚度柔性抓手，在旋转收缩体和第二固定圆盘形成的封闭空间内部可填充介质，有利于增加抓手整体的刚性以及恢复性能。
17.3、本发明提供的自适应变刚度柔性抓手，旋转收缩体具有一定弹性和自适应性，在抓取工件时旋转收缩体可以很好的包覆紧贴物体表面，实现柔性抓取过程，具有可实现变刚度抓取、适用范围广及适应性强等优点。
18.4、本发明提供的一种自适应变刚度柔性抓手，通过转动第一旋转驱动圆盘使得柔性收缩体收缩变形，逐渐形成贴合待夹取工件表面的密闭空间，可以完成抓手自适应包裹，通过与工件表面形成的静摩擦力，使得抓手能够成功提取一定重量的物体。
19.5、本发明提供的一种自适应变刚度柔性抓手，固定套环与底盘之间设有弹性元件，使得柔性收缩体在夹取完成后可以动态恢复，直至回到初始外形。同时柔性收缩体具有
一定的韧性，有利于保证抓取工件的强度和可靠性。
附图说明
20.图1是本发明实施例1的自适应变刚度柔性抓手的整体结构示意图；
21.图2是本发明实施例1的自适应变刚度柔性抓手的整体半剖视图；
22.图3是本发明实施例1的部分部件半剖视图；
23.图4是本发明实施例1的旋转收缩体局部剖视图；
24.图5是本发明实施例2的整体结构示意图；
25.图6是本发明实施例2的固定套筒结构示意图；
26.图7是本发明实施例2的第一旋转驱动圆盘、第二旋转驱动圆盘、底盘及柔性收缩体连接示意图；
27.图8是本发明实施例2的固定套环、弹性元件及底盘连接示意图；
28.主要附图标记：
29.第一固定圆盘1；第一圆孔11；固定卡具12；第二固定圆盘2；固定圆环21；连接圆环22；第一转动圆盘3；转动圆孔31；连接通孔32；第二转动圆盘4；隔离圆盘5；旋转收缩体6；固定套筒7；固定圆台71；固定通孔72；固定套环8；连接通孔81；第一旋转驱动圆盘9；第二旋转驱动圆盘10；圆盘通孔1011；底盘101；底盘通孔1012；弹性元件102；柔性收缩体103。
具体实施方式
30.为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
31.本发明提供一种自适应变刚度柔性抓手，如图1和图2所示，其包括第一固定圆盘1、第二固定圆盘2、第一转动圆盘3、第二转动圆盘4、隔离圆盘5和旋转收缩体6，第一固定圆盘1的中间处设有第一圆孔11，且第一圆孔11的圆周方向均布设有多个固定卡具12，第二固定圆盘2包括固定圆环21和设于固定圆环21上的连接圆环22，且第一固定圆盘1的第一端与连接圆环22的外侧螺纹连接，第一固定圆盘1的第一端面与固定圆环21的外侧端面重合，第二转动圆盘4和隔离圆盘5均设于第二固定圆盘2的内侧，且第二转动圆盘4与连接圆环22的内侧螺纹连接，且第二转动圆盘4的第一端面与固定圆环21的内侧端面重合，隔离圆盘5位于第二转动圆盘4的上方，且隔离圆盘5与连接圆环22的内侧螺纹连接，隔离圆盘5的第一端面与连接圆环22的第一端面重合。
32.如图2和图3所示，第一转动圆盘3设于第二转动圆盘4的内侧，且第一转动圆盘3与第二转动圆盘4螺纹连接，旋转收缩体6通过翻折呈双层筒状，且旋转收缩体6的外层固定设于第一固定圆盘3和第二固定圆盘4之间，旋转收缩体6的内层固定设于第一转动圆盘3和第二转动圆盘4之间。
33.在一种优选方式中，第一转动圆盘3的中间处设有转动圆孔31，且转动圆孔31圆周方向均布设有连接通孔32。
34.如图4所示，旋转收缩体6与第二固定圆盘2形成的封闭空间内部设有填充物，有利于增加抓手整体的刚性以及恢复性能。
35.在一种优选方式中，旋转收缩体6可由橡胶、纤维、布料、线材、尼龙、塑料、金属、木
制材料制成或者复合后制成，其形状为双层筒状，可由整块筒状旋转收缩材料翻折为内外两层制成，也可由多种筒状旋转收缩材料依次连接制成筒状的内外两层，旋转收缩体6内外两端再分别与驱动端和固定端相连。
36.在一种优选方式中，旋转收缩体6和第二固定圆盘2形成的封闭空间内部为颗粒、纸屑、木屑、橡胶、金属、纤维、泡沫、塑料等材料形式的可移动填充物。可移动填充物沿圆周层状分布，避免由于重力向某一方向产生大量填充物堆积，影响扭转变形。
37.优选地，第一固定圆盘的中心轴线、第二固定圆盘的中心轴线、第一转动圆盘的中心轴线、第二转动圆盘的中心轴线及隔离圆盘的中心轴线均共线。
38.本发明的另一方面，提供一种自适应变刚度柔性抓手，如图5～图8所示，其包括固定套筒7、固定套环8、第一旋转驱动圆盘9、第二旋转驱动圆盘10、底盘101、弹性元件102和柔性收缩体103，固定套筒7的中间处设有固定圆台71，固定套环8设于固定套筒7的外侧，且固定套环8与固定套筒7通过连接螺栓连接，第一旋转驱动圆盘9包括连接圆盘91和设于连接圆盘91上的支撑圆台92，第二旋转驱动圆盘10设于第一旋转驱动圆盘9的外侧，且连接圆盘91与第二旋转驱动圆盘10固定连接，第一旋转驱动圆盘9设于固定套筒7中，且支撑圆台92支撑于固定圆台71上，固定套环8的下方设有底盘101，且固定套环8与底盘101之间沿圆周方向均布设有多个弹性元件102，柔性收缩体103设于第二旋转驱动圆盘10与101底盘之间，且柔性收缩体103的第一端与第二旋转驱动圆盘10固定连接，柔性收缩体103的第二端与底盘101固定连接。
39.在一种优选方式中，柔性收缩体103可为多个条状伸缩体构成，也可为整个收缩体构成，其整体外形可以为圆台状、圆柱状、多棱台装、灯笼状，双叶双曲面状等，柔性旋转收缩体的材料可为弹性布料、纤维、橡胶、线材、塑料、柔性材料。
40.在一种优选方式中，弹性元件102能采用气弹簧、液弹簧，亦能采用外加导杆的普通弹簧。多个弹性元件102圆周均布设于固定套环8与底盘101之间，亦可采用单一大尺寸弹簧同心放置于固定套环8与底盘101之间。
41.如图5和图6所示，固定套筒7第一端的外侧弧面上均布设有固定通孔72，且固定套环8的外侧弧面上设有与固定通孔72相对应的连接通孔81，连接螺栓穿过固定通孔72及连接通孔81将固定套筒7与固定套环8固定连接。
42.如图7所示，第二旋转驱动圆盘10的外侧弧面上均布设有圆盘通孔1011，且柔性收缩体103的第一端通过连接螺栓与圆盘通孔1011固定连接。
43.如图8所示，底盘101上均布设有底盘通孔1012，且柔性收缩体103的第二端通过连接螺栓与底盘通孔1012固定连接。
44.本发明的具体操作步骤如下：
45.实施例1
46.如图1～图4所示，本发明的一种自适应变刚度柔性抓手，其包括第一固定圆盘1、第二固定圆盘2、第一转动圆盘3、第二转动圆盘4、隔离圆盘5和旋转收缩体6。首先可以通过第一固定圆盘1圆周方向上的多个固定卡具12将抓手固定在机械手靠近末端执行器的一端，同时将机械手末端执行器上的连接柱插入第一转动圆盘3的连接通孔32中，继而将第一转动圆盘3与机械手末端执行器连接。在工作过程中，通过末端执行器的转动带动第一转动圆盘3转动，此时旋转收缩体6的外层固定不动，旋转收缩体6的内层因为扭转驱动发生径向
的收缩，直至完成对抓取工件的整体包覆。当完成工件夹取工作之后，在转动末端执行器带动第一转动圆盘3复位对应至初始位置，从而实现旋转收缩体6的整体恢复。
47.实施例2
48.如图5～图8所示，本发明的一种自适应变刚度柔性抓手，其包括固定套筒7、固定套环8、第一旋转驱动圆盘9、第二旋转驱动圆盘10、底盘101、弹性元件102和柔性收缩体103。首先可以通过固定套筒7将抓手固定在机械手靠近末端执行器的一端，同时将机械手末端执行器与第一旋转驱动圆盘9连接。在工作过程中，通过末端执行器的转动带动第一旋转驱动圆盘9转动，进而第二旋转驱动圆盘10带动柔性收缩体103的上端发生转动，而产生径向收缩以及轴向压缩，在旋转特定角度后从而完成对被夹工件的包覆夹紧。当完成工件夹取工作之后，在转动末端执行器带动第一旋转驱动圆盘9转动至初始位置，并弹性元件的作用下，柔性收缩体102可以动态恢复，直至回到初始外形。
49.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，其包括第一固定圆盘、第二固定圆盘、第一转动圆盘、第二转动圆盘、隔离圆盘和旋转收缩体，所述第一固定圆盘的中间处设有第一圆孔，且所述第一圆孔的圆周方向均布设有多个固定卡具，所述第二固定圆盘包括固定圆环和设于所述固定圆环上的连接圆环，且所述第一固定圆盘的第一端与所述连接圆环的外侧螺纹连接，所述第二转动圆盘和隔离圆盘均设于所述第二固定圆盘的内侧，且所述第二转动圆盘与所述连接圆环的内侧螺纹连接，且所述隔离圆盘位于所述第二转动圆盘的上方，且所述隔离圆盘与所述连接圆环的内侧螺纹连接；所述第一转动圆盘设于所述第二转动圆盘的内侧，且所述第一转动圆盘与所述第二转动圆盘螺纹连接，所述旋转收缩体通过翻折呈双层筒状，且所述旋转收缩体的外层固定设于所述第一固定圆盘和所述第二固定圆盘之间，所述旋转收缩体的内层固定设于所述第一转动圆盘和所述第二转动圆盘之间。2.根据权利要求1所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述旋转收缩体与所述第二固定圆盘形成的封闭空间内部设有填充物。3.根据权利要求1所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述第一转动圆盘的中间处设有转动圆孔，且所述转动圆孔圆周方向均布设有连接通孔。4.根据权利要求1所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述第一固定圆盘的第一端面与所述固定圆环的外侧端面重合，且所述第二转动圆盘的第一端面与所述固定圆环的内侧端面重合，所述隔离圆盘的第一端面与所述连接圆环的第一端面重合。5.根据权利要求1所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述第一固定圆盘的中心轴线、第二固定圆盘的中心轴线、第一转动圆盘的中心轴线、第二转动圆盘的中心轴线及所述隔离圆盘的中心轴线均共线。6.一种自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，其包括固定套筒、固定套环、第一旋转驱动圆盘、第二旋转驱动圆盘、底盘、弹性元件和柔性收缩体，所述固定套筒的中间处设有固定圆台，所述固定套环设于所述固定套筒的外侧，且所述固定套环与所述固定套筒通过连接螺栓连接，所述第一旋转驱动圆盘包括连接圆盘和设于所述连接圆盘上的支撑圆台，所述第二旋转驱动圆盘设于所述第一旋转驱动圆盘的外侧，且所述连接圆盘与所述第二旋转驱动圆盘固定连接，所述第一旋转驱动圆盘设于所述固定套筒中，且所述支撑圆台支撑于所述固定圆台上；所述固定套环的下方设有所述底盘，且所述固定套环与所述底盘之间沿圆周方向均布设有多个所述弹性元件，所述柔性收缩体设于所述第二旋转驱动圆盘与所述底盘之间，且所述柔性收缩体的第一端与所述第二旋转驱动圆盘固定连接，所述柔性收缩体的第二端与所述底盘固定连接。7.根据权利要求6所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述固定套筒第一端的外侧弧面上均布设有固定通孔，且所述固定套环的外侧弧面上设有与所述固定通孔相对应的连接通孔，所述连接螺栓穿过所述固定通孔及所述连接通孔将所述固定套筒与所述固定套环固定连接。8.根据权利要求6所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述第二旋转驱动圆盘的外侧弧面上均布设有圆盘通孔，且所述柔性收缩体的第一端通过连接螺栓与所述圆盘通
孔固定连接。9.根据权利要求6所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述底盘上均布设有底盘通孔，且所述柔性收缩体的第二端通过连接螺栓与所述底盘通孔固定连接。10.根据权利要求6所述的自适应变刚度柔性抓手，其特征在于，所述弹性元件能采用气弹簧或者液弹簧。

技术总结
本发明涉及一种自适应变刚度柔性抓手，其包括第一固定圆盘、第二固定圆盘、第一转动圆盘、第二转动圆盘、隔离圆盘和旋转收缩体，第一固定圆盘与第二固定圆盘螺纹连接，且第二转动圆盘和隔离圆盘均与第二固定圆盘螺纹连接，第一转动圆盘与第二转动圆盘螺纹连接，且旋转收缩体呈双层筒状，旋转收缩体的外层固定设于第一固定圆盘和第二固定圆盘之间，旋转收缩体的内层固定设于第一转动圆盘和第二转动圆盘之间。本发明采用缠绕方式对工件进行抓取，旋转收缩体的外层固定于两个固定圆盘之间，通过转动旋转收缩体的内层使得旋转收缩体产生径向的收缩变形，同时具有一定弹性和自适应的旋转收缩体可以很好的包覆紧贴物体表面，实现工件的柔性抓取。的柔性抓取。的柔性抓取。


技术研发人员：赵延治 单煜 裴昌磊
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/3/7