CN106272519A - 机器手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器手。机器手包括基座及手指部件。手指部件包括弹性条、拉丝及包履层。拉丝在致动器的驱动下使得弹性条挤压包履层发生形变，实现机器手指部件的弯转。多个机器手指部件共同配合可实现抓取功能。通过本发明，可以实现机器手对任意形状、大小、材质的物体的抓取，增大了机器手的应用范围。

Description

机器手

技术领域

本发明涉及一种自动控制技术，特别是一种机器手。

背景技术

随着自动控制技术的进步，在工业制造现场越来越多地使用机器手以提高生产效率，为适用各种需求，机器手需要抓取形状、材料、大小各异的对象。然而，现有的机器手，由于自身结构的限制(例如为刚性手指部件)，无法抓取多种形状和材质的物品，例如各种不规则的物件或者易碎品等。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种机器手。

根据本发明的实施方式的机器手，包括：

基座；

设置于所述基座上的手指部件，所述手指部件包括；

拉丝，所述拉丝一端与所述弹性指的自由端固定连接，另一端滑动穿过所述基座与致动器连接；及

将所述拉丝包履于所述弹性条上的包履层，所诉包履层用于使所述机器手自适应不同形状的被抓取物。

在某些实施方式中，所述基座采用刚性材料。

在某些实施方式中，所述机器手包括多个所述手指部件，所述多个手指部件环绕中心设置，对应的多个所述弹性条围绕对应的多个所述拉丝设置。

在某些实施方式中，所述机器手包括多个所述手指部件，所述多个手指部件环绕中心设置，对应的多个所述弹性条处于自然状态时，所述自由端呈平行或发散状态。

在某些实施方式中，所述多个手指部件为2-6个。

在某些实施方式中，所述弹性条采用弹性塑料或弹性钢。

在某些实施方式中，所述拉丝采用钢丝或非金属丝。

在某些实施方式中，所述拉丝的拉伸性小于所述手指部件的刚度。

在某些实施方式中，所述拉丝的最大拉断力大于所述机器手抓取被抓取物所需最大拉力的2倍。

在某些实施方式中，所述手指部件包括一根或多根所述拉丝。

在某些实施方式中，所述包履层采用延展度大于50％的超弹性聚合物材料，并且所述包履层弹性系数小于所述弹性条弹性系数的0.1倍。

在某些实施方式中，所述包履层的厚度大于所述弹性条厚度的2倍。

在某些实施方式中，所述包履层与所述弹性条相背的表面形成有微结构。

在某些实施方式中，所述手指部件自由端具有平或者圆滑的边缘结构。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的机器手的示意图。

图2是本发明实施方式的机器手的工作示意图。

图3是本发明实施方式的机器手的另一个示意图。

图4是本发明实施方式的机器手的另一个工作示意图。

图5是本发明实施方式的机器手的再一个工作示意图。

图6是本发明实施方式的机器手的再一个工作示意图。

图7是本发明实施方式的机器手的再一个工作示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1及图2，本发明一个实施方式的机器手10包括基座100及设置与基座100上的手指部件200。手指部件200包括固定设置于基座100上的弹性条210、拉丝220及包履层230。弹性条210固定设置于基座100上。拉丝220一端预定在弹性条210的自由端，另一端穿过基座100与致动器300连接。包履层230将拉丝220包履于弹性条210上。

本发明的实施方式的机器手10工作时，通过致动器300驱动(拉动)拉丝220，可以使得手指部件200发生形变(弯转)，同时迫使包履层230也发生弯曲。在接触被抓取物体之后，包履层230的超弹性使得机器手10自适应被抓取物的不同形状，从而产生挤压形变。因此，在多个手指部件200的配合下可抓取(包裹并固定)物体。由于手指部件200可以被动弯曲，因此手指部件200与被抓物体接触后可以自适应形变、依附包围物体，因此，无论被抓物体形状如何，都可以被高效地抓取。另外，依附包围使得机器手 10与被抓物体的接触面积增加，使得被抓物体受力更加均匀，而不像传统机器手，受力集中与物体的一点或几点上，容易损坏易碎物。

基座100用于支撑手指部件200，并因此限定手指部件200之间的距离及各自的角度。为此，基座100需采用刚性材料制成，例如塑料、金属。

基座100设置有通孔110，通孔110贯通基座100，手指部件200内的拉丝220穿过通孔110与致动器300连接，拉丝220可以在通孔110内滑动，从而实现手指部件200的弯曲。

可以理解，一个手指部件200即可实现抓取的功能，例如抓取棍状物体，可以通过单个手指部件200弯曲环绕棍状物体实现抓取。

当然，采用更多的手指部件200可以更加有效地抓取各种形状及材质的物体，通常每个机器手10安装有2-6个机器手指200。例如，请参阅图3-6，当采用两个手指部件200时，可以用来抓取各种形状及材质的物体。

可以理解，为了实现更好的抓取效果，当采用多个手指部件200时，多个手指部件200工作时，需朝向彼此弯曲，或者说朝向多个手指部件200的中心弯曲，如此才能更好得配合抓取位于多个手指部件200之间的被抓物体。为达到此目的，多个手指部件200需环绕中心设置，对应的多个弹性条210需围绕对应的多个拉丝220设置，或者说拉丝220位于弹性条210的内侧，又或者说拉丝220相对于弹性条210更靠近多个手指部件200的中心，如此，在拉丝220拉动下，多个手指部件200将向中心弯曲，包覆并固定位于多个手指部件200之间的被抓物体。

另外，为了更好地收容被抓物体以被动形变，自适应包履被抓物体，当采用多个手指部件200时，多个手指部件200的弹性条210处于自然状态时，其自由端呈平行或发散状态，或者说，弹性条210从固定端到自由端相对于多个手指部件200的中心向外倾斜，如此，多个手指部件200形成相对较大的开口，因此可以更加高效地承载被抓物体。

弹性条210为手指部件200提供结构支撑，然而又可以发生弹性形变并在手指部件200弯曲后产生回复力，使手指部件200在发生形变后可以复原。或者说，弹性条210相当于手指部件200的手指骨。为此，弹性条210需采用有一定刚度，而且弹性系数较大的弹性材料，例如弹性塑料，弹簧钢。

拉丝220为致动器300传递动力来弯曲弹性条210，另外，拉丝220又不能破坏手指部件200的弹性，柔韧性。或者说，拉丝220相当于手指部件200的筋。因此，拉丝220需采用钢丝或非金属丝等能够承受拉力的柔性线材，例如钓鱼线、特氟龙线等。具体的，拉丝220的材料根据抓取被抓物体机器手10所需的最大拉力有所不同，通常要求拉丝的最大拉断力大于所需最大拉力的2倍，并且拉丝220的拉伸性需小于手指部件 200的刚度，如此方可拉动弹性条210。

包履层230一方面将拉丝220包履在内，防止拉丝220裸露在外，割伤被抓物体，或者加速磨损，另一方面，可以进一步缓冲手指部件200施加在被抓物体的抓力。或者说，包履层230相当于手指部件200的肌肉及皮肤层。为此，弹性包履层需要有一定的厚度，通常为弹性条210厚度的2倍以上。包履层230采用非金属超弹性材料，例如硅胶、橡胶或树脂聚合物等具有超弹性的软体材料，其延展度通常为50％以上。包履层230包履拉丝220，与被抓取物体直接接触。包履层230的弹性系数小于弹性条210弹性系数的0.1倍。如此可以使手指部件200更加具有柔软性，不会对易碎品造成损坏。并且使得包履层230在弹性条210的形变挤压下与被抓物体产生接触。包履层230的挤压形变和弹条210的被动弯曲自适应配合，使得机器手10产生对于不同形状和硬度物体的自适应性，并且增加摩擦力以防滑动，实现对物体的高效抓取。

为了提升抓取效果，包履层230与弹性条210相背的表面还形成有微结构，例如包履层230可设计成不同纹理。如此可以增大机器手指部件与被抓物体的接触面积并增大抓取的摩擦力，可以获得更加稳固的抓取效果，有效防止被抓物体的晃动和滑动。

为了扩大机器手10的使用范围，应对不同形状、尺寸的被抓物体，手指部件200的自由端(即弹性条220的自由端及对应的包履层230部分)可以设计成具有平或者圆滑的边缘结构。例如，当自由端设计为具有平的边缘结构时，有利于手指部件200抓取细小的平直物体，如针，笔。当设计自由端设计为具有圆滑的边缘结构时，可产生类似人手指部件甲和指肚的仿生效果，有利于手指部件200有效抓取小尺寸的其他形状物体，如颗粒，纺织物。

致动器300用于产生为机器手10实现抓取功能提供驱动力，与执行抓取动作的手指部件200分离设置。致动器300与拉丝220连接，机器手10通过拉丝220传动，将拉丝220的线性拉动转化成手指部件200的弯曲，来产生抓取功能。致动器300作为提供驱动力的动力源可以是电动机，气压或液压缸或者记忆合金。如此，致动器300与作为执行器的手指部件200分离设置，从而减轻了机器手10末端的重量，简化了结构，使得机器手10的惯性和能耗都显著降低。

本发明实施方式的机器手10包括的手指部件200整体采用非金属的弹性和超弹性材料，因而重量较轻，并有先天的柔软性，可完成由简单到复杂的抓取，广泛适用于各种形状、尺寸及材料的物体抓取。

同时，机器手10的设计结构简单，适于放大或缩小尺寸，可以广泛应用于微观操作和大尺寸物体操作中。

此外，手指部件200的柔性结构和自适应性决定了它的控制非常简单，无需使用传 感器，复杂程度和制造成本都很低廉，适于批量制造和应用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种机器手，其特征在于包括：

基座；及

设置于所述基座上的手指部件，所述手指部件包括：

固定在所述基座上的弹性条；

拉丝，所述拉丝一端与所述弹性条的自由端固定连接，另一端滑动穿过所述基座以与致动器连接；及

将所述拉丝包履于所述弹性条上的包履层，所述包履层用于使所述机器手自适应不同形状的被抓取物。

2.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述基座采用刚性材料。

3.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述机器手包括多个所述手指部件，所述多个手指部件环绕中心设置，对应的多个所述弹性条围绕对应的多个所述拉丝设置。

4.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述机器手包括多个所述手指部件，所述多个手指部件环绕中心设置，对应的多个所述弹性条处于自然状态时，所述自由端呈平行或发散状态。

5.如权利要求3或4所述的机器手，其特征在于，所述多个手指部件为2-6个。

6.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述弹性条采用弹性塑料或弹性钢。

7.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述拉丝采用钢丝或非金属丝。

8.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述拉丝的拉伸性小于所述手指部件的刚度。

9.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述拉丝的最大拉断力大于所述机器手抓取被抓取物所需最大拉力的2倍。

10.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述手指部件包括一根或多根所述拉丝。

11.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述包履层采用延展度大于50％的超弹性聚合物材料，并且所述包履层弹性系数小于所述弹性条弹性系数的0.1倍。

12.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述包履层的厚度大于所述弹性条厚度的2倍。

13.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述包履层与所述弹性条相背的表面形成有微结构。

14.如权利要求1所述的机器手，其特征在于，所述手指部件自由端具有平或者圆滑的边缘结构。