一种多模态机械臂夹具

本发明涉及机械臂末端夹具，特别涉及到一种抓取柔性或带有柔性表面的不规则多模态物体夹爪装置。

背景技术：

1、机械臂系统是工业生产无人化、数字化的重要一环。其抓取的物体多样性和复杂度日益上升，在食品生产、物流行业面对的被夹取对象往往具有不规则且柔软或带有柔软光滑塑封的物体，导致在夹取过程不稳定，在机械臂运动过程易晃动掉落。

2、在现有的夹具装置，大多数夹爪没有同时配备多自由度的夹爪和吸盘结构，这不利于控制机械臂对柔性物体的稳定抓取和转移。因此迫切需要一种多模态夹具，既有吸盘的吸附力，又有多自由度的末端夹具装置来处理柔性物体的抓取。

技术实现思路

1、本发明提供一种多模态机械臂夹具装置，其主要目的是解决不规则柔性物体的稳定抓取问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多模态机械臂夹具装置，包括：独立关节结构、自适应手指结构、底座多吸盘结构、双层法兰盖底座结构，以及所述安装的多路吸盘硅胶管道、弹性钢丝绳，夹具也可视为夹爪。

4、底座装置安装有四根自适应手指、四部吸盘装置，以及吸盘和手指一一对应的底座固定装置，上层结构为安装和承载驱动伺服电机、泵机、电子阀门的多孔固定法兰盖。

5、独立指关节，类似于长方体结构，在与其他关节连接处为圆滑接触面，各个指关节通过安装轴承和扭力弹簧相连接。

6、在指关节的空间中心位置安装有吸盘装置，为指关节提供抓取物体的吸附力。其中，负压通过指关节上方侧面开孔进入的硅胶导管串行连接主吸盘以及其他指关节，驱动指关节弯曲与伸展状态的钢丝绳通过导管开孔两边的靠近侧壁的开孔穿入。

7、自适应手指结构，由四节独立的指关节构成，抓取驱动力与吸附驱动力互不关联。第一个指关节固定在底座，称为底端指关节，由底端指关节为起始位置穿入用于连接吸盘的负压硅胶导管、用于驱动指关节扭力弹簧的双钢丝绳，其中双钢丝绳分别靠近指关节两侧，底盘导管位于双钢丝中间，三者整体大致呈平行排列。

8、第一个指关节后串行连接三个指关节，分别称为近端指关节、中端指关节、末端指关节，四节指关节的外壳通过连接处轴承和弹簧相连接，实现关节处的自由弯曲，关节内部则是由双钢丝绳和吸盘导管依次串行连接，双钢丝绳控制关节的抓取弯曲状态，伺服电机提供夹取动力，控制夹取力度，泵机输入给吸盘负压吸附力。

9、抓取驱动力与吸附驱动力互不关联，吸盘吸附力由上层法兰盖的气泵提供，指关节驱动力由伺服电机提供。每根手指弯曲和吸附运动均配备单独的驱动力，即气泵与伺服电机分开作为输出动力源，其中吸盘吸附力经由底座法兰盖的关联主吸盘分岔接入，每个主吸盘与一根手指关联，由一个独立气泵提供吸附力，减少其他手指及吸盘的耦合程度。

10、指关节的驱动力则是由伺服电机直接连接双钢丝绳提供，控制伺服电机的输出对指关节扭力弹簧施加不同的力，可实现手指不同的弯曲自由度。

11、夹爪手指具备不同的弯曲自由度，手指面对不同的负载，预设了三种抓取力度，对应三个自由度，通过控制伺服电机的输出，控制双钢丝绳的收缩程度，影响指关节扭力弹簧的压缩程度，实现手指的三个弯曲程度。其自适应体现在，面对不同负载、不同不规则物体时可调整手指弯曲状态，提供最佳的夹取和吸附力度，钢丝绳安装路径与导管安装路径绑定。

12、底座法兰盖多吸盘结构，称为主吸盘，每个底座装置的吸盘均单独配备一套气泵、电子阀门和自适应手指结构，底座每个吸盘的控制和负压动力均是独立的，非耦合的。

13、手指关节的吸盘结构更小巧，称为附属吸盘。驱动气泵产生负压吸附力，经过电子阀门介入主吸盘，然后串行接入手指结构的位于四个关节中的吸盘，每个主吸盘与单根手指中四个附属吸盘是耦合的。

14、双层法兰盖底座结构，其特征在于下层法兰盖底座为固定主吸盘与手指结构的底座，上层法兰盖底座为安装气泵、电子阀门、伺服电机以及与机械臂主体连接的装置。

15、各个所述的装置安装位置并不完全固定，气泵连接的吸盘导管与伺服电机连接的双钢丝绳通过上下层法兰盖底座的孔洞穿入下层的主吸盘和自适应手指结构。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、所设计的独立指关节，可确保最大化与夹取物体的接触面积，关节所配备的两根钢丝绳可确保指关节的抓取力度和灵活性，确保面对不规则柔性物体时吸盘的稳定吸附和手指稳定抓取，伺服电机直接连接双钢丝绳提供，控制伺服电器的输出可实现手指不同的弯曲自由度，实现对不同大小不规则柔性物体的自适应抓取。

18、同时，导管吸盘输入负压吸附力，多关节的吸盘在面对不规则柔性物体时可实现多点吸附，确保夹取的稳定性，其自适应体现在，面对不同负载、不同不规则物体时可调整手指弯曲状态，能够同时提供最佳的夹取和吸附力度。

技术特征：

1.一种多模态机械臂夹具，包括安装有独立指关节构成的自适应手指结构、底座多吸盘结构、双层法兰盖底座结构、多路吸盘硅胶管道、弹性钢丝绳；其特征在于底座法兰盖装置安装有四根自适应手指、四部吸盘装置，以及吸盘和手指一一对应的底座固定装置，上层法兰盖底座装置为安装和承载驱动伺服电机、泵机、电子阀门、及机械臂的多孔固定盘。

2.如权利要求1所述的独立指关节，其特征在于其外形特征类似于长方体结构。在与其他关节连接处为圆滑接触面，各个指关节通过安装轴承和扭力弹簧相连接。

3.如权利要求2所述的独立指关节，其特征在于在指关节的空间中心位置安装有吸盘装置，负压通过指关节上方侧面开孔进入的硅胶导管与主吸盘以及其他指关节串行连接，驱动指关节弯曲与伸展状态的钢丝绳通过导管开孔两边的靠近侧壁的开孔穿入。

4.如权利要求1所述，自适应手指结构，其特征在于其由四节独立的指关节构成，抓取驱动力与吸附驱动力互不关联。第一个指关节固定在底座，称为底端指关节，由底端指关节开始穿入用于吸盘的负压硅胶导管、用于驱动指关节动作的双钢丝绳，其中双钢丝绳分别靠近指关节两侧，底盘导管位于双钢丝中间，三者整体呈平行状态。

5.如权利要求1所述，自适应手指结构，其特征在于第一个指关节后串行连接三个指关节，分别称为近端指关节、中端指关节、末端指关节，四节指关节的外壳通过连接处轴承和弹簧相连接，实现关节处的自由弯曲，关节内部则是由双钢丝绳和吸盘导管依次串行连接，双钢丝绳控制关节的弯曲状态，伺服电机连接钢丝绳提供夹取动力，控制夹取力度。

6.如权利要求4所述，抓取驱动力与吸附驱动力互不关联，其特征在于每根手指结构配备单独的驱动力，即配备独立的气泵与伺服电机作为输出动力源，其中吸盘吸附力经由底座的关联主吸盘分岔接入，每个主吸盘与一根手指组关联，有同一组气泵提供吸附力，不与其他手指和主吸盘的运动产生耦合；指关节的驱动力则是由伺服电机直接连接双钢丝绳提供，钢丝绳通过影响指关节的扭力弹簧即可实现指关节的运动，因此通过控制伺服电器的输出可实现手指不同的弯曲自由度。

7.如权利要求6所述，不同的弯曲自由度，其特征在于手指面对不同的负载，预设了三种抓取力度，对应三个自由度，通过控制伺服电机的输出，控制双钢丝绳的收缩程度，从而控制扭力弹簧收缩程度，实现手指的三种弯曲程度。

8.如权利要求1所述，底座多吸盘结构，称为主吸盘，其特征在于每个底座装置的吸盘均配备一套气泵、电子阀门和自适应手指结构，底座每个主吸盘的控制和负压动力均是独立的，非耦合的且驱动气泵产生负压吸附力，经过电子阀门接入主吸盘，其分叉支路接入手指结构的位于四个关节中的附属吸盘，每个主吸盘与单根手指中四个附属吸盘是耦合的；与主吸盘对应的是手指关节的吸盘，其结构更小巧，称为附属吸盘。

9.如权利要求1所述，双层法兰盖底座结构，其特征在于下层法兰盖底座的为固定主吸盘与手指结构的底座，上层法兰盖底座为安装气泵、电子阀门、伺服电机以及与机械臂主体连接的结构；气泵连接的吸盘导管与伺服电机连接的双钢丝绳通过上下层底盘的孔洞穿入下层的主吸盘和自适应手指结构。

技术总结本发明涉及机械臂末端夹具技术领域，涉及到一种抓取带有柔性表面的不规则物体的多模态物体夹具装置，包括具备独立吸盘的三个可活动指关节构成的自适应手指装置、用于安装驱动电机和泵机的上层底座法兰盖装置，用于吸盘和自适应手指的下层底座法兰盖装置；自适应手指装置有四个独立指关节构成，以底座下层法兰盖为起始点自上至下分别称为底端指关节、近端指关节、中端指关节、末端指关节，在指关节外壳上，近、中、末端指关节通过三个轴承和扭力弹簧旋转结构相连，在指关节内部，四个指关节通过吸盘硅胶导管与弹性钢丝绳以串行连接方式构成一根手指装置；指关节中心位置安装独立吸盘，并与硅胶负压引流吸盘导管连接，两侧分别安装有弹性钢丝绳，分别为指关节提供吸附力和关节驱动力。下层底座法兰盖装置安装有四具吸盘装置，四根夹具手指结构；上层底座法兰盖装置用于安装驱动电机、泵机、电子阀门及机械臂主体结构的固定装置等；本发明可以有效提升抓取不规则柔性物体的成功率，通过底座吸盘吸附稳定物体的主体，防止抓取过程中的物体晃动，自适应手指结构通过多节指关节实现不同的抓取自由度，能够适应不同的不规则物体形状，指关节内部的吸盘能够稳定的吸附物体表面，既增加了抓取面积，也提供了全方位的稳定吸附力，确保不规则柔性物体的稳定抓取，其多模态能力体现在面对不同形状、大小的柔性物体时均具备稳固的多方位吸附和抓取表现。技术研发人员：张彤,汪祖坤受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13