成果简介
针对食品、轻工行业的原料、半成品、成品，以及电商领域的内包装货品等抓取对象，其复杂性归纳为物形（尺寸变化大、形状差异大）和物性（软硬韧脆）的特征。围绕物形适应性、物性可靠性和抓取快捷性，共获发明专利45件、美国发明专利6件、日本发明专利1件，涉及：①气动驱动器，②接触状态多样化、刚柔耦合骨架的手指，③指根转动、转位、变位的手掌，④基于壅塞的气动系统、电-气复合协同驱动的敏捷型灵巧机械手。
创新要点
1.多种结构的弹性波纹管膨胀气动肌肉（任意横截面、任意方向弯曲的柔顺性）、弹性波纹管缸筒单作用气缸（无气缸密封摩擦的强非线性、低速爬行）。
2.平面多自由度手指接触：捏取（夹钳）、包络抓取（多指节接触）、包裹抓取（软体均布接触），结构柔性适应性适应物形、物性变化，互换手指12种。
3.串联、并联机构手掌，通过手指的指根转位（手指自由度平面的整体转动）、指根变位（位置调整）、指根转动（指根与其他指节自由度平行）满足尺寸和形状的适应性，并满足接触可靠性，3大类可变手掌。
4.基于气体壅塞特性建模的二种气动系统，采用高速开关阀脉宽调节精确控制气压、快速夹持并控制接触力，采用电机的精确控制、满足物形的适应性与物性的安全性。
图1 机械手-机器臂-视觉的系统测试
核心专利
序号 |
专利号 |
专利名称 |
专利权人 |
1 |
201810886249.5 |
指根节和指尖节协同驱动的柔性欠驱动机械手 |
江南大学 |
2 |
201810418817.9 |
一种电-气复合驱动厚度异形板弹簧骨架柔性机械手 |
江南大学 |
3 |
201810419593.3 |
一种电-气复合驱动串联柔性铰链骨架柔性机械手 |
江南大学 |
4 |
202010260375.7 |
指根软轴传递转动又偏心转位的快换手指变掌机械手 |
江南大学 |
5 |
202010021685.3 |
一种软轴传动的刚柔耦合手指四指欠驱动机械手 |
江南大学 |
6 |
201910355128.2 |
气动手指夹持与指根转位及电动指根转动的敏捷机械手 |
江南大学 |
7 |
201811041655.8 |
双驱动串联变宽度柔性铰链骨架的机械手 |
江南大学 |
8 |
US11,000,957,B2 |
Mechanical hand of dual-driven special-shaped super-flexible elastic framework |
江南大学 |
9 |
201811041675.5 |
双驱动异形超柔弹性骨架的机械手 |
江南大学 |
10 |
201910594571.4 |
可换多种手指与指尖甲的灵巧柔触末端执行器 |
江南大学 |
11 |
201811147487.0 |
一种链板式柔性手指 |
江南大学 |
12 |
JP6831136 |
電気－空気圧複合駆動柔軟指のイーグルクローを模擬した物流梱包用ロボットハンド |
江南大学 |
13 |
201810164552.3 |
一种电-气复合驱动柔性手指的仿鹰爪物流包装机械手 |
江南大学 |
14 |
US10,688,668,B2 |
Palm-type mechanical gripper with variable-position and rotatable fingers and crank -rocker-slider parallel mechanism |
江南大学 |
15 |
201710282030.X |
手指变位并转位的双驱动曲柄摇杆滑块并联机构手掌式机械手 |
江南大学 |
16 |
US10,688,670,B2 |
Palm-type mechanical gripper with variable -position and rotatable fingers and dual- drive crank-slider parallel mechanism |
江南大学 |
17 |
201710220457.7 |
手指变位并转位的双驱动曲柄滑块并联机构手掌式机械手 |
江南大学 |
17 |
201610265841.4 |
双电机驱动协同控制的欠驱动机械手 |
江南大学 |
18 |
US10,016,899,B2 |
Elastic corrugated pipe single-acting cylinder-driven mechanical gripper with series- connection loose-leaf hinge framework |
江南大学 |
19 |
201610264727.X |
刚柔耦合可转位手指的欠驱动机械手 |
江南大学 |
20 |
201510240654.6 |
弹性波纹管单作用气缸驱动串联活页铰链骨架机械手 |
江南大学 |
21 |
US9,724,832,B2 |
Elastic corrugated pipe single-acting cylinder-driven mechanical gripper with series- connection plate spring framework |
江南大学 |
22 |
201510240844.8 |
弹性波纹管单作用气缸驱动串联板弹簧骨架机械手 |
江南大学 |
23 |
US10,011,024,B2 |
Elastic corrugated pipe single-acting cylinder-driven mechanical gripper with series- connection flexible hinge framework |
江南大学 |
24 |
201510240875.3 |
弹性波纹管单作用气缸驱动串联柔性铰链骨架机械手 |
江南大学 |
25 |
201210014833.4 |
基于完全壅塞流和非完全壅塞流并联气动系统 |
江南大学 |
图2 阵列式接触力传感器测试
项目成熟度
完成机械手结构设计的建模与数值计算，制作了部分机械手样机，开发了程序进行控制实验，着重测试了固定不动对象的抓取效果。
图3 转位机械手实验
投资期望及应用情况
期望工业机器人生产企业和自动化公司接洽，下沉市场，面向轻工食品行业和电商领域的分拣、包装、物流的需求，进一步完善与融合机械手、机器人本体、视觉系统；通过5G上传云平台，借助于大数据与平台超强算力，以及深度学习软件与数字孪生虚拟抓取、实物抓取的状态识别与规则判断，提高学习效率。
成果完成人：章军 电话：13511651138
江南大学产学研
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