本發(fā)明屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種帶力反饋及行程的柔性氣動(dòng)夾持器。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的手工工作模式逐漸被自動(dòng)化設(shè)備所替代。如今，各式各樣不同功能的工業(yè)機(jī)器人在各行各業(yè)中越發(fā)常見(jiàn)。常見(jiàn)的工廠作業(yè)如噴涂，裝配，焊接，搬運(yùn)，上下料等基本上已經(jīng)能夠被工業(yè)機(jī)器人所勝任。機(jī)器人的普及極大的提高了工廠的生產(chǎn)效率同時(shí)節(jié)省了人工成本。

工業(yè)機(jī)器人通常包括機(jī)械臂和夾持器組成。工業(yè)機(jī)械臂以串聯(lián)，scara最為常見(jiàn)，其中，4軸，6軸居多。夾持器又稱為末端執(zhí)行器，是工業(yè)機(jī)器人對(duì)物料操作必備的執(zhí)行部件之一。其通過(guò)法蘭盤(pán)安裝于機(jī)械臂末端，主要實(shí)現(xiàn)抓住工件，握持工件和釋放工件等任務(wù)。

機(jī)器人夾持器驅(qū)動(dòng)方式主要分為氣動(dòng)和電動(dòng)：其中，氣動(dòng)執(zhí)行器采用氣壓驅(qū)動(dòng)的方式，結(jié)構(gòu)又分活塞式，拔叉式，薄膜式等。電動(dòng)執(zhí)行器一般采用直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，力矩電機(jī)等驅(qū)動(dòng)元件，傳動(dòng)方式又包括齒輪，傳送帶，及蝸輪蝸桿等。氣動(dòng)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，價(jià)格低廉但精度較低。電動(dòng)執(zhí)行器精度較高，相對(duì)穩(wěn)定但成本較高。根據(jù)材料，夾持器又分為剛性和柔性。剛性?shī)A持器以其精度高，載重大，穩(wěn)定性強(qiáng)，控制相對(duì)容易控制等特性在工業(yè)界中應(yīng)用廣泛，技術(shù)相對(duì)成熟。相較于剛性?shī)A持器，柔性?shī)A持器擁有自適應(yīng)物體形狀，不易對(duì)物體造成損傷(易碎品)，可夾持物體類別廣泛等優(yōu)勢(shì)。

目前，相對(duì)與成熟的剛性?shī)A持器，柔性?shī)A持器目前大多都還處于研發(fā)階段，市場(chǎng)上現(xiàn)有的產(chǎn)品在安全性，穩(wěn)定性，可控性等方面也都需要完善和加強(qiáng)。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，公開(kāi)日為2016年10月26日，公開(kāi)號(hào)為cn104959992b的一種氣動(dòng)的軟體抓持裝置，它提出通過(guò)氣動(dòng)方式來(lái)改變手抓行抓進(jìn)而對(duì)物體進(jìn)行抓取，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低廉，但其抓手不具有自鎖性，即當(dāng)氣源突然中斷時(shí)，夾持器會(huì)即刻喪失其形變狀態(tài)進(jìn)而使物體脫落，造成安全隱患。

其次，此裝置中的夾持器本身不帶有行程功能即手指本身無(wú)法移動(dòng)，軟體夾持器自適應(yīng)物體的特性無(wú)法最大程度的發(fā)揮。另外，此裝置中缺乏反饋機(jī)制(手指夾緊力，手指形變，物體負(fù)載等)，控制難度較大。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的帶力反饋及行程的柔性氣動(dòng)夾持器，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為提高上述氣動(dòng)夾持器的可靠性、安全性，增加控制維度，以及增強(qiáng)其適應(yīng)度，從而讓氣動(dòng)夾持器能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代化工廠使用，本發(fā)明提供一種帶力反饋及行程的柔性氣動(dòng)夾持器。

本發(fā)明的一種帶力反饋及行程的柔性氣動(dòng)夾持器，包括頂殼、滑塊、同步帶單元、中間氣腔、拉力傳感器、手指以及輸氣管；

所述頂殼上開(kāi)設(shè)有與氣源連通的接口，頂殼內(nèi)設(shè)有一滑槽；所述滑塊內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，且滑塊的一面上開(kāi)設(shè)有一槽口，所述滑塊滑動(dòng)設(shè)置在所述滑槽上；所述拉力傳感器一端固定在頂殼上，另一端固定在中間氣腔的頂部；所述手指的氣端與所述滑塊的槽口連接；所述輸氣管中設(shè)有單向氣體閥門(mén)，所述輸氣管的一端連接所述中間氣腔，另一端分成兩路氣管，第一路氣管通入滑塊內(nèi)部與所述手指的氣端連通，第二路氣管安置在所述滑塊內(nèi)部的空心結(jié)構(gòu)中與滑塊的空心結(jié)構(gòu)連通。

進(jìn)一步的，所述手指上設(shè)有彎曲傳感器和壓力傳感器，所述壓力傳感器和彎曲傳感器設(shè)在手指的外層板殼上。

進(jìn)一步的，所述壓力傳感器采用柔性壓力傳感器。

進(jìn)一步的，所述壓力傳感器和彎曲傳感器均可通過(guò)i/o通道與機(jī)械臂進(jìn)行通信。

進(jìn)一步的，所述滑塊中開(kāi)設(shè)有過(guò)線孔，用于穿設(shè)手指中彎曲傳感器和壓力傳感器的導(dǎo)線。

進(jìn)一步的，還包括同步帶單元，所述同步帶單元與頂殼連接，且同步帶單元包括同步帶輪、同步帶、張緊輪以及同步帶夾板，所述同步帶輪和張緊輪均固定在所述頂殼上，所述同步帶夾板上部夾緊同步帶，下部固定在滑塊上。

進(jìn)一步的，所述滑塊設(shè)為三個(gè)，該三個(gè)滑塊沿中間氣腔周向均勻分布形成一等邊三角形。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，本發(fā)明采用單向氣體閥門(mén)，使夾持器具有自鎖功能以防安全隱患，第二，利用氣源推動(dòng)滑塊進(jìn)而帶動(dòng)手指移動(dòng)，使夾持器具有行程功能，自適應(yīng)性大大增強(qiáng)；第三，滑塊上方采用同步帶裝置，可保證手指移動(dòng)的同步性；第四，同一氣源既可以對(duì)手指充氣，又可以推動(dòng)(拉動(dòng))滑塊，可實(shí)現(xiàn)一氣兩用，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單提高工作效率降低成本；第五，手指外層中配有壓力傳感器和彎曲傳感器，能夠時(shí)時(shí)反饋手指彎曲及夾持力大小，增加了控制的維度；第六，頂殼和氣腔之間的拉力傳感器可以提供被夾持物體的負(fù)載，進(jìn)一步增加了控制的維度。

上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)爆炸示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的整體外觀示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的頂殼示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的同步帶單元示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的滑塊剖視圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的滑塊與輸氣管示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的同步帶夾板示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的手指外層板爆炸圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的柔性?shī)A持器與多自由度機(jī)械臂的安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

參見(jiàn)圖1-圖9，本發(fā)明一較佳實(shí)施例，所述的一種帶力反饋及行程的柔性氣動(dòng)夾持器，包括頂殼1、同步帶單元2、中間氣腔3、三個(gè)滑塊4、拉力傳感器5以及手指6。其中頂殼1上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)與氣源連通的接口1-1，此處充氣與抽氣分開(kāi)是為了通過(guò)使用單向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)自鎖功能，該三個(gè)滑塊4沿中間氣腔3周向均勻分布形成一等邊三角形，每個(gè)滑塊4上均設(shè)有滑槽1-2，滑塊4可在此滑槽1-2中滑向或滑離中心，手指6上設(shè)有彎曲傳感器6-4和壓力傳感器6-3，所述壓力傳感器6-3和彎曲傳感器6-4設(shè)在手指的外層板殼6-2上。

如圖4所示，同步帶單元包括同步帶輪2-1、同步帶2-2、張緊輪2-3、同步帶夾板2-4。其中同步帶輪和張緊輪都通過(guò)螺釘固定在頂殼1上，同步帶夾板2-4上部夾緊同步帶2-2，下部固定在滑塊4上，此處通過(guò)同步帶單元來(lái)實(shí)現(xiàn)手指6之間的同步性。拉力傳感器5一端固定在頂殼1上，一端固定在中間氣腔3的頂部，以此來(lái)測(cè)量負(fù)載。

結(jié)合圖5，圖6，本實(shí)施例中，滑塊4設(shè)為三個(gè)，每個(gè)滑塊4的內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，滑塊4上面開(kāi)設(shè)有槽口4-2，槽口4-2與手指6相連，輸氣管3-1，3-2一端連接中間氣腔3，另一端深入到滑塊4內(nèi)部，其中輸氣管內(nèi)部又分成兩路氣管3-3，3-4，其中，第一路氣管3-4與手指端相連，第二路氣管3-3放置在滑塊4內(nèi)部中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)形變手指5和移動(dòng)滑塊4的雙重功能，滑塊4上開(kāi)設(shè)過(guò)線孔4-3，該過(guò)線孔4-3為手指中傳感器的過(guò)線孔。

如圖8所示，手指外層板殼6-2包含著壓力傳感器6-3和彎曲傳感器6-4來(lái)檢測(cè)手指夾持物體的夾緊力和手指本身的形變程度。

由于本夾持器的特性，在手指外層板殼6-2內(nèi)的傳感器必需具備可彎折的特點(diǎn)。其中，壓力傳感器6-3采用interlinkelectronics公司fsr系列的柔性壓力傳感器，fsr具有超薄(0.3mm)，測(cè)量范圍廣(0.2-20n)，壽命長(zhǎng)(1000萬(wàn)次)，長(zhǎng)度可調(diào)等特點(diǎn)，可以很好的適應(yīng)本發(fā)明的手指。彎曲傳感器6-4采用spectrasymbol的flexsensors系列的彎曲傳感器，擁有體積小，可彎折角度大等特點(diǎn)。上述傳感器均可通過(guò)i/o通道與機(jī)械臂7進(jìn)行通信。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。