一种基于范德华力和摩擦力的自适应机械爪的制作方法

1.本发明涉及机器人领域，具体是一种基于范德华力和摩擦力的自适应机械爪。


背景技术：

2.随着机器人技术的的逐步发展，可以采用机器人代替人工的领域也越来越多。在电力领域，机械爪更多的被应用于代替人工对开关按钮进行操作。但是常规的机械爪往往存在几个问题：一是目前的机械爪大多是用来夹取外表面规则的物体，如中国专利cn105563377b公开了一种机械爪，仅适用于夹取形状规则的钣金物体；二是机械爪的操作完全依赖基于摩擦的强机械锁合，如中国专利cn106142116b公开了一种平动变速机械手爪，夹取物体时完全依赖于两侧夹爪对物体的夹紧力；三是纯黏附材料无法满足施加较大抓取力的要求，如中国专利cn106564629a公开了一种基于仿生壁虎干黏附材料的空间在轨捕获装置、中国专利cn110125941b公开了一种变尺度驱动仿生干黏附机构，均依靠基于范德华力的干黏附效应黏附物体，无法提供较大抓取力。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种基于范德华力和摩擦力的自适应机械爪，能够对不规则的待夹持件进行抓取和操作，不依赖于夹爪夹紧力的同时，适用性更加广泛。
4.本发明的技术方案为：
5.一种基于范德华力和摩擦力的自适应机械爪，包括有旋转基座、连接于旋转基座上的两个夹爪主体、连接于其中一个夹爪主体夹持端上的弹性组件和连接于另一个夹爪主体夹持端上的多个干黏附组件；
6.所述的弹性组件包括有弹性导向基座、弹性导向轴、弹簧和夹紧垫，弹性导向基座固定于对应夹爪主体的夹持端上，弹性导向轴的内端部插设于弹性导向基座上，弹簧套装于弹性导向轴的外周，弹簧的内端与弹性导向基座固定连接，弹簧的外端与弹性导向轴的外端固定连接，夹紧垫固定于弹性导向轴的外端上；
7.每个干黏附组件均包括有传动导向基座、传动轴、导向弹簧、角度调节座、干黏附垫和两个角度调节弹簧，传动导向基座固定于对应夹爪主体的夹持端上，传动轴的内端部插设于传动导向基座中部的导向套内，导向弹簧套装于传动轴的外周，导向弹簧的内端与传动导向基座的导向套固定连接，弹簧的外端与传动轴的外端固定连接，角度调节座的中部铰接于传动轴的外端上，干黏附垫固定于角度调节座的外端面上，两个角度调节弹簧中，其中一个角度调节弹簧的两端分别与传动导向基座的一端、角度调节座的一端固定连接，另一个角度调节弹簧的两端分别与传动导向基座的另一端、角度调节座的另一端固定连接；
8.两个夹爪主体夹持待夹持件时，其中一个夹爪主体上的弹性组件挤压待夹持件的一面，另一个夹爪主体上的多个干黏附组件其干黏附垫均挤压黏附于待夹持件的另一面上。
9.所述的两个夹爪主体的夹持端部相互平行相对。
10.所述的弹性组件的夹紧垫为半球形橡胶垫，夹紧垫的半球面朝外，夹紧垫的圆形平面固定于弹性导向轴的外端上。
11.所述的多个干黏附组件呈一排或多排分布设置。
12.所述的干黏附垫包括有支撑垫和固定于支撑垫上的楔形刚毛束，支撑垫的内端面固定于角度调节座的外端面上，楔形刚毛束均固定于支撑垫的外端面上，楔形刚毛束的斜面均朝向相同。
13.所述的传动导向基座的两端上和角度调节座的两端上均设置有弹簧连接耳板，角度调节弹簧的两端分别与对应的弹簧连接耳板锁紧连接。
14.所述的角度调节座内端面的中部设置有u型铰接座，且u型铰接座两竖直部分之间的最短连线垂直于角度调节座两端之间的轴线，传动轴的外端通过销轴铰接于u型铰接座上。
15.本发明的优点：
16.本发明改变了传统机械爪的夹紧结构，依靠弹性组件的弹性及摩擦力对待夹持件的一面进行夹紧，采用干黏附垫对待夹持件的另一面进行挤压产生范德华力，夹爪主体通过范德华力对待夹持件进行干黏附，使得旋转基座带动待夹持件实现旋转操作，从而不依赖于传统机械夹爪的夹紧力。同时本发明的多个干黏附组件可根据待夹持件不规则的夹持面(平面、凸面或凹面)进行角度调节，使得每个干黏附组件的干黏附垫均能完全黏附于待夹持件的夹持面上，实现稳定夹持的目的。
附图说明
17.图1是本发明的结构示意图。
18.图2是本发明弹性组件的结构示意图。
19.图3是本发明干黏附组件的爆炸图。
20.图4是本发明夹持凹面开关的结构示意图。
21.图5是本发明夹持凸面开关的结构示意图。
22.图6是本发明干黏附垫夹持黏附开关的结构示意图。
23.图7是本发明旋转卸载的结构示意图。
24.附图标记：1-旋转基座，2-夹爪主体，3-弹性组件，4-干黏附组件，5-开关，31-弹性导向基座，32弹性导向轴，33-弹簧，34-夹紧垫，41-传动导向基座，42-传动轴，43-导向弹簧，44-角度调节座，45-干黏附垫，46-角度调节弹簧，47-导向套，48-u型铰接座，49-弹簧连接耳板，410-销轴。
具体实施方式
25.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。
26.见图1，一种基于范德华力和摩擦力的自适应机械爪，包括有旋转基座1、连接于旋
转基座1上的两个夹爪主体2、连接于其中一个夹爪主体2夹持端上的弹性组件3和连接于另一个夹爪主体2夹持端上的三个干黏附组件4，两个夹爪主体2的夹持端部相互平行相对，三个干黏附组件4呈一排设置；
27.见图2，弹性组件3包括有弹性导向基座31、弹性导向轴32、弹簧33和夹紧垫34，弹性导向基座31固定于对应夹爪主体2的夹持端上，弹性导向轴32的内端部插设于弹性导向基座31上，弹簧33套装于弹性导向轴32的外周，弹簧33的内端与弹性导向基座31固定连接，弹簧33的外端与弹性导向轴32的外端固定连接，夹紧垫34为半球形橡胶垫，夹紧垫34的半球面朝外，夹紧垫34的圆形平面固定于弹性导向轴33的外端上；
28.见图3，每个干黏附组件4均包括有传动导向基座41、传动轴42、导向弹簧43、角度调节座44、干黏附垫45和两个角度调节弹簧46，传动导向基座41固定于对应夹爪主体2的夹持端上，传动轴42的内端部插设于传动导向基座41中部的导向套47内，导向弹簧43套装于传动轴42的外周，导向弹簧43的内端与传动导向基座的导向套47固定连接，弹簧43的外端与传动轴42的外端固定连接，角度调节座44内端面的中部设置有u型铰接座48，且u型铰接座48两竖直部分之间的最短连线垂直于角度调节座44两端之间的轴线，传动轴43的外端通过销轴410铰接于u型铰接座48上，干黏附垫45固定于角度调节座44的外端面上，传动导向基座41的两端上和角度调节座44的两端上均设置有弹簧连接耳板49，两个角度调节弹簧46中，其中一个角度调节弹簧46的两端分别与传动导向基座41一端上的弹簧连接耳49板、角度调节座44一端上的弹簧连接耳板49固定连接，另一个角度调节弹簧46的两端分别与传动导向基座41另一端上的弹簧连接耳板49、角度调节座44另一端上的弹簧连接耳板49固定连接；传动轴42在传动导向基座41的导向套47中轴向运动，导向弹簧43对传动轴42提供一个压紧干黏附垫45的反向弹力，同时角度调节座44的中部铰接于传动轴42的外端，使得角度调节座44可进行转动实现角度调节，使得干黏附垫45可对不同曲面的开关5(见图4和图5)进行贴合，保证吸附效果；
29.见图6，干黏附垫45包括有支撑垫451和固定于支撑垫451上的楔形刚毛束452，支撑垫451的内端面固定于角度调节座44的外端面上，楔形刚毛束452均固定于支撑垫451的外端面上，楔形刚毛束452的斜面均朝向相同；
30.见图6和图7，两个夹爪主体2夹持开关5时，其中一个夹爪主体2上的弹性组件3挤压开关5的一面，另一个夹爪主体上的三个干黏附组件其干黏附垫均挤压黏附于开关5的另一面上，即楔形刚毛束452均弯曲增大楔形刚毛束452与开关5待黏附表面的接触面积，产生足够的范德华力，即法向黏附力，从而实现吸附夹紧。当旋转基座旋转90度，夹爪主体通过范德华力和摩擦力对开关5进行吸附夹紧，使得开关5同步实现90度旋转实现打开或关闭，此时，干黏附垫楔形刚毛束的452斜面均紧贴开关5的待黏附表面，且干黏附垫楔形刚毛束452的最外端均朝上；卸载时，两个夹爪主体42打开，弹性组件3的夹紧垫34不再挤压开关5，同时旋转基座41和两个夹爪主体42同步上移，从而带动干黏附垫45上移，此时，干黏附垫楔形刚毛束452的内端受到向上拉力，从而使楔形刚毛束452复位，楔形刚毛束452与开关3接触的面积变小，从而失去范德华力，实现自适应机械爪与开关5的分离卸载操作。
31.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。