一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法，機(jī)械手主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片和電磁閥，觸手模仿章魚觸手形狀，成不規(guī)則長條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，觸手內(nèi)部均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連；橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥；每兩組橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片，通過應(yīng)變片信號(hào)的反饋及與電磁閥和電氣比例閥之間的配合，實(shí)現(xiàn)球形調(diào)壓型腔產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過對多組調(diào)壓型腔控制，實(shí)現(xiàn)對物體纏繞。
【專利說明】一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器手領(lǐng)域，特別是一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手及其抓取方法。
技術(shù)背景
[0002]機(jī)械手又稱夾持類末端執(zhí)行器，不論其應(yīng)用于搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人或更專業(yè)的特定場合，其基本目的是實(shí)現(xiàn)對物體的抓取功能。常用的機(jī)械手部為兩-三指或變形指，但這類機(jī)械手部通常針對固定形狀或外形存在類似結(jié)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)，存在抓取緩慢，且適應(yīng)性不強(qiáng)的問題。
[0003]隨后，部分科研工作者對傳統(tǒng)機(jī)械手部進(jìn)行改造外，打破原有純機(jī)械結(jié)構(gòu)，開發(fā)了氣吸式和磁吸式末端執(zhí)行器。這類執(zhí)行器在大型、易碎或柔軟類工件的抓取中展露頭角，同時(shí)由于特殊的作用方式以及氣源和磁力源通斷控制方便使抓取過程更加快速穩(wěn)定。氣吸式手部主要是利用真空吸盤吸附住物體實(shí)現(xiàn)抓取，適用于板材的抓取，或針對特定物體的吸附表面進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以其使用范圍受物體表面形狀限制，使用范圍較小。磁吸式手部主要是利用電磁吸盤來完成工件的抓取，通過電磁線圈中電流的通斷來完成吸附操作。但它只能適用于磁性材料、吸附完成后有殘余磁性等，使其適用受到一定的限制。
[0004]為滿足末端執(zhí)行器抓取功能更加廣泛的適應(yīng)性，仿生學(xué)被廣泛應(yīng)用于機(jī)器手的設(shè)計(jì)過程中。美國FESTO公司公開了一種納米力抓手，它模仿壁虎的吸盤式元件能牢固而持久地貼在被抓取物的表面，無需耗能，可以抓取具有光滑表面的極其易碎的物品，如玻璃或顯示屏。隨后FESTO公司又相繼公開了采用魚尾鰭仿生設(shè)計(jì)的仿生三角抓手以及多種仿人手末端執(zhí)行器。此類末端執(zhí)行器能較好地實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性抓取功能，但納米力抓手的微觀結(jié)構(gòu)制造困難，仿生三角抓手及仿人手末端執(zhí)行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，提出一種能滿足適應(yīng)性抓取且易于制造、結(jié)構(gòu)較為簡單的仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種能滿足適應(yīng)性抓取的仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法。
[0007]本發(fā)明為解決上述問題采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片、電磁閥。觸手模仿章魚觸手形狀，成不規(guī)則長條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，便于裝卡。觸手內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔。觸手內(nèi)部成組的橢球形調(diào)壓型腔沿觸手軸向均勻分布。橢球形調(diào)壓型腔的長軸沿觸手徑向方向，短軸沿觸手軸向方向。觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連。橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥。主氣路直徑大于支氣路直徑，主氣路末端連有氣管，氣管與電氣比例閥相連。每兩組橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片。或觸手表面有吸盤形凸起，吸盤形凸起背面裝有沿觸手軸向布置的應(yīng)變片。吸盤形凸起徑向分布位置與橢球形調(diào)壓型腔一一相對，其軸向分布位置位于每兩組橢球形調(diào)壓型腔中間。通過應(yīng)變片信號(hào)的反饋及與電磁閥和電氣比例閥之間的配合，實(shí)現(xiàn)球形調(diào)壓型腔的產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過對多組調(diào)壓型腔的控制，實(shí)現(xiàn)對物體纏繞。
[0009]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其基本工作原理是控制徑向分布的一組內(nèi)不同的橢球形調(diào)壓型腔的氣壓變化，導(dǎo)致該組內(nèi)的橢球形調(diào)壓型腔的產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過對多組調(diào)壓型腔的控制，實(shí)現(xiàn)對物體纏繞。
[0010]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的觸手制造方法，所述的觸手及其內(nèi)部橢球形調(diào)壓型腔、主氣路、支氣路和表面的吸盤形凸起可使用3D打印技術(shù)一次成型；也可根據(jù)通過調(diào)壓型腔的軸向截面將其分割成多個(gè)相同的部分，使用模壓成型而后粘合成觸手形狀。成型所用材料可以為聚氨酯、硅膠或橡膠等彈性體。成型后的觸手有較好的自身強(qiáng)度和剛度。
[0011]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，所述的觸手內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，其個(gè)數(shù)可以為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、六個(gè)至多個(gè)，沿觸手軸向均勻分布的調(diào)壓型腔組數(shù)可以為三組、四組、五組至多組，具體個(gè)數(shù)及間隔距離可以根據(jù)物體大小及觸手纏繞物體所需的自由度設(shè)定，主氣路、支氣路、吸盤形凸起及應(yīng)變片個(gè)數(shù)與之對應(yīng)增減。
[0012]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，所述的觸手內(nèi)部可以沿軸向嵌入鋼絲繩，從而增加觸手的強(qiáng)度，以提供更大的抓取力。嵌入鋼絲繩子的數(shù)量根據(jù)所需抓取力的大小確定。嵌入鋼絲繩的位置可以在觸手徑向截面的圓心，也可以在徑向截面不同半徑的同心圓周上隔過橢球形調(diào)壓型腔均勻分布。
[0013]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法:將觸手固定在機(jī)械臂上，對于較短的觸手使其軸向方向與水平方向平行，對于長度較長觸手使其軸向方向與水平方向成一定角度，該角度應(yīng)小于30度，最大不超過45度，同時(shí)保證觸手多列吸盤形凸起中的一列正對物體。將觸手移動(dòng)至貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開啟，同時(shí)電氣比例閥開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著橢球形調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，直至該列的第二個(gè)吸盤行凸起與物體接觸后，第二個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)電壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，第二組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開啟，重復(fù)上述步驟，直至整根觸手實(shí)現(xiàn)對物體的纏繞，完成抓取過程。打開所有電磁閥，同時(shí)所有電氣比例閥開始工作，將其對應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔的壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體。
[0014]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的其抓取方法:按照上述方法將觸手固定在機(jī)械臂上，隨后將觸手移動(dòng)到貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于開啟狀態(tài)。該方法適用于要求快速抓取的過程。當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電氣比例閥開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，當(dāng)該列某個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，對應(yīng)的應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對應(yīng)的該組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，隨著吸盤形突起挨個(gè)與物體接觸，對應(yīng)的電磁閥逐漸關(guān)閉，直至所有電磁閥關(guān)閉，整根觸手實(shí)現(xiàn)對物體的纏繞，完成抓取過程。打開所有電磁閥，所有電氣比例閥開始工作將其對應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔內(nèi)部壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體。
[0015]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的其抓取方法，對于體積較大的物體可由多條觸手同時(shí)作用，此時(shí)觸手在機(jī)械臂上的固定角度可以超過45度，乃至與水平面垂直成90度。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:1、由單個(gè)觸手或者通過多個(gè)觸手配合工作，可以有效的纏繞或包覆目標(biāo)物體，通過觸手自身的剛性提供壓力，同時(shí)依靠觸手表面較大的粗糙度及粘性產(chǎn)生抓取力，實(shí)現(xiàn)對大小不一，形狀不一，表面不一的不同物體的適應(yīng)性抓取，尤其適合表面曲線相對均勻的不規(guī)則物體。2、觸手為柔性材料，通過和物體之間的靜摩擦和粘性實(shí)現(xiàn)抓取過程，適用于形狀不規(guī)則的易碎物體、易變形物體和表面易劃傷物體。3、觸手由硅膠、橡膠等柔性材料制成，即使表面磨損，依然可通過壓力傳感器和真空發(fā)生器的配合，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物體的精確的纏繞，完成抓取過程，具有較強(qiáng)的抗磨損能力。4、觸手內(nèi)包含多組調(diào)壓型腔，即使其中部分調(diào)壓型腔破裂或堵塞，觸手仍可通過其他組調(diào)壓型腔的配合實(shí)現(xiàn)對物體的精確的纏繞，完成抓取過程，具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性和抗破壞能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的外觀示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手周向均勻分布兩列橢球形調(diào)壓型腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手周向均勻分布兩列橢球形調(diào)壓型腔的觸手的橢球形型腔、氣管、主氣路、支氣路、吸盤形突起及周向分布示意圖。
[0020]圖4為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手周向均勻分布兩列橢球形調(diào)壓型腔的觸手的兩組橢球形型腔、支氣路、電磁閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手觸手的吸盤形突起和應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6為本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手抓取物體的示意圖。
[0023]圖中，I一觸手，2—?dú)夤埽?—電氣比例閥，4一觸手凸起，5—吸盤形凸起，6—應(yīng)變片，7—橢球形調(diào)壓型腔，8—電磁閥，9—主氣路，10—鋼絲繩，11—支氣路，12—機(jī)械臂，13—物體，14一人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，2-1—?dú)夤堍伲?-2—?dú)夤堍冢?-1—電氣比例閥①，3-2—電氣比例閥②，5-1—吸盤形凸起①，5-2—吸盤形凸起②，6-1—應(yīng)變片①，6_2—應(yīng)變片②，7-1—橢球形調(diào)壓型腔①，7-2—橢球形調(diào)壓型腔②，8-1—電磁閥①，8-2—電磁閥②，8_3—電磁閥③,8-4一電磁閥④,9-1一主氣路①,9_2—主氣路②。【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示為的一個(gè)本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，周向平均分布兩列調(diào)壓型腔的具體實(shí)施例:
[0025]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，包括觸手1、氣管2、電氣比例閥
3、應(yīng)變片6、電磁閥8。觸手I模仿章魚觸手形狀，成不規(guī)則長條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起4，便于裝卡。觸手I內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔7。觸手I內(nèi)部成組的橢球形調(diào)壓型腔7沿觸手軸向均勻分布。橢球形調(diào)壓型腔7的長軸沿觸手I徑向方向，短軸沿觸手I軸向方向。觸手I內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路9，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔7對應(yīng)一條主氣路9，主氣路9不直接通過橢球形調(diào)壓型腔7，由支氣路11與橢球形調(diào)壓型腔7相連。橢球形調(diào)壓型腔7和主氣路9相連的支氣路11處設(shè)有電磁閥8。主氣路7直徑大于支氣路直徑11，主氣路9末端連有氣管2，氣管2與電氣比例閥3相連。觸手I表面有吸盤形凸起5，吸盤形凸起5背面裝有沿觸手I軸向布置的應(yīng)變片6。吸盤形凸起5徑向分布位置與橢球形調(diào)壓型腔7 —一相對，其軸向分布位置位于每兩組橢球形調(diào)壓型腔7中間。
[0026]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其基本工作原理是控制徑向分布的一組內(nèi)橢球形調(diào)壓型腔①7-1和橢球形調(diào)壓型腔②7-2的氣壓變化，導(dǎo)致橢球形調(diào)壓型腔①7-1和橢球形調(diào)壓型腔②7-2產(chǎn)生不同的形狀變化，從而控制觸手彎曲，通過對多組橢球形調(diào)壓型腔7的控制，實(shí)現(xiàn)對物體纏繞。
[0027]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手制造方法，所述的觸手I及其內(nèi)部橢球形調(diào)壓型腔7、主氣路9、支氣路11和表面的吸盤形凸起5可使用3D打印技術(shù)一次成型；也可根據(jù)通過橢球形調(diào)壓型腔7的軸向截面將其分割成多個(gè)相同的部分，使用模壓成型而后粘合成觸手I的形狀。成型所用材料可以為硅膠，橡膠。成型后的觸手I有較好的自身強(qiáng)度和剛度。
[0028]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，所述的觸手I內(nèi)部可以沿軸向嵌入鋼絲繩10，從而增加觸手I的強(qiáng)度，以提供更大的抓取力。嵌入鋼絲繩10的數(shù)量根據(jù)所需抓取力的大小確定。嵌入鋼絲繩10的位置可以在觸手I徑向截面的圓心，也可以在徑向截面不同半徑的同心圓周上隔過橢球形調(diào)壓型腔7均勻分布。
[0029]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法:將觸手I固定在機(jī)械臂12上，對于較短的觸手I使其軸向方向與水平方向平行，對于長度較長觸手I使其軸向方向與水平方向成一定角度，該角度應(yīng)小于30度,最大不超過45度，同時(shí)保證觸手1，兩列吸盤形凸起5中的一列正對物體13。將觸手I移動(dòng)至貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥8處于關(guān)閉狀態(tài)。吸盤形凸起①5-1與物體13接觸后，應(yīng)變片①6-1產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，電磁閥①8-1和電磁閥②8-2開啟，同時(shí)電氣比例閥3開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥①3-1調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥②3-2調(diào)正壓，隨著橢球形調(diào)壓型腔①7-1和橢球形調(diào)壓型腔②7-2的變形，整個(gè)觸手I像靠近物體13 —側(cè)彎曲，直至吸盤形凸起②5-2與物體13接觸后，應(yīng)變片②6-2產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定定值時(shí)，電磁閥①8-1和電磁閥②8-2關(guān)閉，電磁閥③8-3和電磁閥④8-4開啟，重復(fù)上述步驟，直至整根觸手I實(shí)現(xiàn)對物體13的纏繞，完成抓取過程。打開所有電磁閥8，同時(shí)所有電氣比例閥3開始工作，將其對應(yīng)的所有橢球形型腔7的壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手I恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體13。重復(fù)上述靠近、抓取、放開的過程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器14經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，通過多次學(xué)習(xí)，記錄并調(diào)整械臂12帶動(dòng)觸手I整靠近物體13的行進(jìn)路徑和抓取過程中不同應(yīng)變片6的壓力信號(hào)對應(yīng)的初始值。通過使用多種物體13進(jìn)行訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的靠近不同大小、不同外形的物體13，可以對不同表面、不同重量的物體13調(diào)整電壓力信號(hào)值，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性抓取。
[0030]本發(fā)明一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的其抓取方法:按照上述方法將觸手I固定在機(jī)械臂12上，隨后將觸手I移動(dòng)到貼近物體13處，此時(shí)所有電磁閥8處于開啟狀態(tài)。該方法適用于要求快速抓取的過程。當(dāng)吸盤形凸起①5-1與物體13接觸后，應(yīng)變片①6-1產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，電氣比例閥3開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥①3-1調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥②3-2調(diào)正壓，隨著橢球形調(diào)壓型腔7的變形，整個(gè)觸手I像靠近物體一側(cè)彎曲，當(dāng)該列某個(gè)吸盤形凸起5與物體13接觸后，對應(yīng)的應(yīng)變片6產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，對應(yīng)的該組橢球形調(diào)壓型腔7的電磁閥8關(guān)閉，隨著吸盤形突起5逐個(gè)與物體13接觸，對應(yīng)的電磁閥8逐漸關(guān)閉，直至所有電磁閥8關(guān)閉，整根觸手I實(shí)現(xiàn)對物體13的纏繞，完成抓取過程。打開所有電磁閥8，同時(shí)所有電氣比例閥3開始工作，將其對應(yīng)的所有橢球形型腔7的壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手I恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體13。重復(fù)上述靠近、抓取、放開的過程，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器14經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，通過多次學(xué)習(xí)，記錄并調(diào)整械臂12帶動(dòng)觸手I整靠近物體13的行進(jìn)路徑和抓取過程中不同應(yīng)變片6的壓力信號(hào)對應(yīng)的初始值。通過使用多種物體13進(jìn)行訓(xùn)練，可以實(shí)現(xiàn)快速穩(wěn)定的靠近不同大小、不同外形的物體13，可以對不同表面、不同重量的物體13調(diào)整電壓力信號(hào)值，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)性抓取。
【權(quán)利要求】
1.一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其特征在于:主要包括觸手、氣管、電氣比例閥、應(yīng)變片和電磁閥，觸手模仿章魚觸手形狀，成不規(guī)則長條圓錐狀，觸手端部有直徑較大的觸手凸起，觸手內(nèi)部在比徑向截面半徑小的同心圓周上，均勻分布有成組的橢球形調(diào)壓型腔，觸手內(nèi)部成組的橢球形調(diào)壓型腔沿觸手軸向均勻分布，橢球形調(diào)壓型腔的長軸沿觸手徑向方向，短軸沿觸手軸向方向，觸手內(nèi)部有沿其軸向布有主氣路，沿軸向分布的每一列橢球形調(diào)壓型腔對應(yīng)一條主氣路，主氣路不直接通過橢球形調(diào)壓型腔，由支氣路與橢球形調(diào)壓型腔相連；橢球形調(diào)壓型腔和主氣路相連的支氣路處設(shè)有電磁閥；主氣路直徑大于支氣路直徑，主氣路末端連有氣管，氣管與電氣比例閥相連海兩組橢球形調(diào)壓型腔中間放置有應(yīng)變片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其特征在于:觸手表面有吸盤形凸起，吸盤形凸起背面裝有沿觸手軸向布置的應(yīng)變片，吸盤形凸起徑向分布位置與橢球形調(diào)壓型腔一一相對，其軸向分布位置位于每兩組橢球形調(diào)壓型腔中間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其特征在于:所述的觸手及其內(nèi)部橢球形調(diào)壓型腔、主氣路、支氣路使用3D打印技術(shù)一次成型；或根據(jù)通過調(diào)壓型腔的軸向截面將其分割成多個(gè)相同的部分，使用模壓成型而后粘合成觸手形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手，其特征在于:所述的觸手內(nèi)部可以沿軸向嵌入鋼絲繩，嵌入鋼絲繩的位置在觸手徑向截面的圓心，或在徑向截面不同半徑的同心圓周上隔過橢球形調(diào)壓型腔均勻分布。
5.權(quán)利要求2所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法，其特征在于:將觸手固定在機(jī)械臂上，對于較短的觸手使其軸向方向與水平方向平行，同時(shí)保證觸手多列吸盤形凸起中的一列正對物體；將觸手移動(dòng)至貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)；當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開啟，同時(shí)電氣比例閥開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著橢球形調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，直至該列的第二個(gè)吸盤行凸起與物體接觸后，第二個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)電壓力信號(hào)達(dá)到初始設(shè)定值時(shí)，第一組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，第二組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥開啟，重復(fù)上述步驟，直至整根觸手實(shí)現(xiàn)對物體的纏繞，完成抓取過程；打開所有電磁閥，同時(shí)所有電氣比例閥開始工作，將其對應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔的壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法，其特征在于:對于長度較長觸手使其軸向方向與水平方向成一定角度，該角度應(yīng)小于30度,最大不超過45度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法，其特征在于:將觸手固定在機(jī)械臂上，隨后將觸手移動(dòng)到貼近物體處，此時(shí)所有電磁閥處于開啟狀態(tài)；當(dāng)該列的第一個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，第一個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電氣比例閥開始工作，有電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)負(fù)壓，無電壓力信號(hào)一側(cè)的主氣路對應(yīng)的電氣比例閥調(diào)正壓，隨著調(diào)壓型腔的變形，整個(gè)觸手像靠近物體一側(cè)彎曲，當(dāng)該列某個(gè)吸盤形凸起與物體接觸后，對應(yīng)的應(yīng)變片產(chǎn)生電壓力信號(hào)，當(dāng)壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對應(yīng)的該組橢球形調(diào)壓型腔的電磁閥關(guān)閉，隨著吸盤形突起挨個(gè)與物體接觸，對應(yīng)的電磁閥逐漸關(guān)閉，直至所有電磁閥關(guān)閉，整根觸手實(shí)現(xiàn)對物體的纏繞，完成抓取過程；打開所有電磁閥，所有電氣比例閥開始工作將其對應(yīng)氣路內(nèi)所有橢球形型腔內(nèi)部壓力調(diào)整為大氣壓，則觸手恢復(fù)原狀，平穩(wěn)的放開物體。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種仿章魚觸手適應(yīng)性抓取軟體機(jī)械手的抓取方法，其特征在于:對于體積較大的物體可由多條觸手同時(shí)作用，此時(shí)觸手在機(jī)械臂上的固定角度可以超過45度，乃至與水平面 垂直成90度。
【文檔編號(hào)】B25J9/08GK103753524SQ201310689728
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】楊衛(wèi)民, 李月林, 焦志偉, 宋樂, 丁玉梅 申請人:北京化工大學(xué)