CN110216666A - 一种sma驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，包括两端带有钩爪的弹性带，以及设于弹性带内部的形状记忆合金弹簧；形状记忆合金弹簧的两端分别与弹性带的两端固定连接；控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，形状记忆合金弹簧驱动弹性带两端的钩爪相向或背向运动。本发明通过采用形状记忆合金弹簧作为驱动器，并通过控制器对工作电流的控制即可驱动弹性带的弯曲变形和钩爪的夹持和松开，结构简单，投入成本低。并且钩爪接触到物体表面时发生扭转变形，所有钩爪都能被动地适应到物体表面上，使得夹持器能稳定附着于形状未知的杆件、树木上，也可以实现对不规则物体的抓夹，适应性好，通用性高。

Description

一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器

技术领域

本发明涉及一种夹持器，尤其是指一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器。

背景技术

随着仿生机器人技术的发展，机器人的作业环境越来越复杂，这就要求机器人对非结构化的环境具有高度的适应性。例如进行果蔬采摘时，一方面，机器人在进行攀爬作业时其末端夹持器需能稳定抓夹形状不规则的树杆；另一方面，在摘取果蔬时要求夹持器能够适应不同果蔬的外形。

传统造型的夹持器，如专利号CN201310426616.0公开了“一种用于家电压缩机上下料的机器人手爪”。该手爪能稳定地对固定尺寸和形状的零件进行抓取，但是这种手爪对被抓物体的形状要求较高，适应性和通用性差。针对出现的这一问题，美国专利US15411212采用气动的方式提高了对被抓物体的适应性，然而这种夹持器使用零件数量多、结构复杂、制造和安装难度大，而且不适用于攀附。

因此，在现阶段已公布的机器人夹持器中，往往是在夹持器的结构复杂性和适应性之间进行取舍。然而对于实际应用中的仿生机器人，亟需一种轻巧、灵活的末端执行器。因此，研制一种能适应未知环境，同时能兼具攀附和抓夹能力的机器人夹持器是有重要意义的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种结构简单、适应性好和通用性高、控制方便和投入成本低的SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，包括两端带有钩爪的弹性带，以及设于弹性带内部的形状记忆合金弹簧；所述形状记忆合金弹簧的两端分别与弹性带的两端固定连接；所述形状记忆合金弹簧的两端通过电线外接控制器，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，形状记忆合金弹簧驱动弹性带两端的钩爪相向或背向运动。

作为一种优选的方案，所述弹性带为开环结构；在控制器控制且输出电流到形状记忆合金弹簧时，形状记忆合金弹簧发热而温度升高，形状记忆合金弹簧缩短，弹性带两端的钩爪相向运动；在形状记忆合金弹簧冷却而温度降低时，形状记忆合金弹簧伸长，弹性带两端的钩爪背向运动。

作为一种优选的方案，在弹性带为导电材料时，所述形状记忆合金弹簧通过绝缘连接件与弹性带绝缘连接。

作为一种优选的方案，所述绝缘连接件包括塑料螺栓和塑料螺母，所述弹性带上开有相对的两个通孔；所述塑料螺栓的一端穿过通孔，且该端上螺纹连接有两个塑料螺母，所述形状记忆合金弹簧的每一端都被固定在两个塑料螺母之间。

作为一种优选的方案，所述钩爪的前端设有尖部。

作为一种优选的方案，所述钩爪上开有凹槽，形成多对钩爪结构。

作为一种优选的方案，所述凹槽设为两个，形成三对手钩爪结构。

作为一种优选的方案，所述弹性带为弹簧钢。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明由控制器控制并输出电流到形状记忆合金弹簧对其进行加热。随着形状记忆合金弹簧温度的升高，其逐渐产生收缩，进而带动弹性带弯曲而同时带动弹性带两端的钩爪相向运动而趋近被抓目标的表面。当钩爪接触到目标的表面时，若接触角度合适，则产生摩擦钩附，即钩爪的前端位置固定，产生抓附力；否则将在目标的表面上滑移直至顺利钩附，最终钩爪被动地适应到杆件表面上并且位置固定。随着形状记忆合金弹簧的持续收缩，钩爪相对弹性带发生扭转而产生回弹力，即所述夹持器对杆件的抓附力。最终弹性带和钩爪的回弹力、以及形状记忆合金弹簧的收缩力达到平衡。由于形状记忆合金弹簧能产生较大的收缩力，因此机器人能随本发明的夹持器稳定地攀附在粗糙杆件上。在对形状记忆合金弹簧断电冷却后，随着形状记忆合金弹簧温度的降低，其逐渐伸长。在弹性带的回弹力作用下，钩爪被释放而松开并恢复原形，完成一个作业周期。

2、本发明通过采用形状记忆合金弹簧作为驱动器，并通过控制器对工作电流的控制即可驱动弹性带的弯曲变形和钩爪的夹持和松开，结构简单，零件数量少，制造方便，投入成本低。并且末端钩爪接触到物体表面时发生扭转变形，最终所有钩爪都能被动地适应到物体表面上，使得夹持器能稳定附着于形状未知的杆件、树木上，也可以实现对不规则物体的抓夹，使用范围广，适应性好，通用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1，本实施例涉及夹持器，包括两端带有钩爪11的弹性带1，以及设于弹性带1内部的形状记忆合金弹簧2；所述形状记忆合金弹簧2的两端分别与弹性带1的两端固定连接；所述形状记忆合金弹簧2的两端通过电线20外接控制器，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制形状记忆合金弹簧2的伸长或缩短，形状记忆合金弹簧2驱动弹性带1两端的钩爪11相向或背向运动。

以夹持粗糙杆件为例，首先，由机器人将本发明的夹持器朝向杆件，然后由控制器控制并输出电流到形状记忆合金弹簧2对其进行加热。随着形状记忆合金弹簧2温度的升高，其逐渐产生收缩，进而带动弹性带1弯曲而同时带动弹性带1两端的钩爪11相向运动而趋近被抓杆件的表面。当钩爪11接触到粗糙杆件的表面时，若接触角度合适，则产生摩擦钩附，即钩爪11的前端位置固定，产生抓附力；否则将在粗糙杆件的表面上滑移直至顺利钩附，最终钩爪11被动地适应到杆件表面上并且位置固定。随着形状记忆合金弹簧2的持续收缩，钩爪11相对弹性带1发生扭转而产生回弹力，即夹持器对杆件的抓附力。最终弹性带1和钩爪11的回弹力、以及形状记忆合金弹簧2的收缩力达到平衡。由于形状记忆合金弹簧2能产生较大的收缩力，因此机器人能随本发明的夹持器稳定地攀附在粗糙杆件上。在对形状记忆合金弹簧2断电冷却后，随着形状记忆合金弹簧2温度的降低，其逐渐伸长。在弹性带1的回弹力作用下，钩爪11被释放而松开并恢复原形，完成一个作业周期。

本发明通过采用形状记忆合金弹簧2作为驱动器，并通过控制器对工作电流的控制即可驱动弹性带1的弯曲变形和钩爪11的夹持和松开，结构简单，零件数量少，制造方便，投入成本低。并且末端钩爪11接触到物体表面时发生扭转变形，最终所有钩爪11都能被动地适应到物体表面上，使得夹持器能稳定附着于形状未知的杆件、树木上，也可以实现对不规则物体的抓夹，使用范围广，适应性好，通用性高。

本发明的弹性带1和钩爪11通过钣金加工一体成型，需加工的零件数量极少，整体重量轻且体积小。其中弹性带1和钩爪11的宽度远大于其厚度，具有很大的侧向抗扭模量，因此可以认为弹性带1和钩爪11仅在一个平面内发生运动，使得运动轨迹稳定可靠。

所述弹性带1为开环结构；在控制器控制且输出电流到形状记忆合金弹簧2时，形状记忆合金弹簧2发热而温度升高，形状记忆合金弹簧2缩短，弹性带1两端的钩爪相向运动；在形状记忆合金弹簧2冷却而温度降低时，形状记忆合金弹簧2伸长，弹性带1两端的钩爪背向运动。该结构通过控制器控制输出的电流大小和工作时间即可控制形状记忆合金弹簧2的伸长或缩短，从而实现对钩爪11的夹持或松开进行控制，控制简单且方便。

在弹性带1为导电材料时，所述形状记忆合金弹簧2通过绝缘连接件3与弹性带1绝缘连接。当弹性带1具有导电性时，为了防止弹性带1将形状记忆合金弹簧2短路且发热而变形，通过绝缘连接件3可以起到将形状记忆合金弹簧2和弹性带1绝缘的作用。

所述绝缘连接件3包括塑料螺栓31和塑料螺母32，所述弹性带1上开有相对的两个通孔；所述塑料螺栓31的一端穿过通孔，且该端上螺纹连接有两个塑料螺母32，所述形状记忆合金弹簧2的每一端都被固定在两个塑料螺母32之间。在两个塑料螺母32的压紧下，形状记忆合金弹簧2能被固定在塑料螺栓31上且不与弹性带1相接触。

所述钩爪11的前端设有尖部111。尖部111能抓附目标表面的细微凸起，提高夹持稳定性，更好地起到夹紧的作用。

所述钩爪11上开有凹槽112，形成多对钩爪11结构。在钩爪11夹持目标时，目标表面上的凸起物可以伸入凹槽112内，保证钩爪11稳定地与目标的表面相接触和相互顶压。

所述凹槽112设为两个，形成三对手钩爪11结构。当然，根据需要，也可以将凹槽112设计为多个，则可形成更多对的钩爪11。

所述弹性带1为弹簧钢。当然，其它具有较好弹性的材料也适用于弹性带1。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于：包括两端带有钩爪的弹性带，以及设于弹性带内部的形状记忆合金弹簧；所述形状记忆合金弹簧的两端分别与弹性带的两端固定连接；所述形状记忆合金弹簧的两端通过电线外接控制器，控制器控制输出的电流大小和工作时间而控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，形状记忆合金弹簧驱动弹性带两端的钩爪相向或背向运动。

2.根据权利要求1所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述弹性带为开环结构；在控制器控制且输出电流到形状记忆合金弹簧时，形状记忆合金弹簧发热而温度升高，形状记忆合金弹簧缩短，弹性带两端的钩爪相向运动；在形状记忆合金弹簧冷却而温度降低时，形状记忆合金弹簧伸长，弹性带两端的钩爪背向运动。

3.根据权利要求1所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，在弹性带为导电材料时，所述形状记忆合金弹簧通过绝缘连接件与弹性带绝缘连接。

4.根据权利要求3所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述绝缘连接件包括塑料螺栓和塑料螺母，所述弹性带上开有相对的两个通孔；所述塑料螺栓的一端穿过通孔，且该端上螺纹连接有两个塑料螺母，所述形状记忆合金弹簧的每一端都被固定在两个塑料螺母之间。

5.根据权利要求1或2所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述钩爪的前端设有尖部。

6.根据权利要求1或2所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述钩爪上开有凹槽，形成多对钩爪结构。

7.根据权利要求6所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述凹槽设为两个，形成三对手钩爪结构。

8.根据权利要求1至4任一所述的一种SMA驱动的仿尺蠖弹性钩爪式夹持器，其特征在于，所述弹性带为弹簧钢。