CN107322620A - 一种柔性机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性机械手，包括至少一对柔性手指，柔性机械手还包括分配集成块，分配集成块内设置有主通道和若干条分通道，每个分通道上均设置有分接头，主通道上设置有主接头，柔性手指包括手指底板和手指指面，手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，所述手指指面包括指尖段、指节段和指跟段，所述指节段和手指底板共同围成了驱动腔室，指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，手指底板或指跟段上设置有通气口，柔性手指的通气口一一对应套装在分接头上，指跟段的外部罩扣有罩壳，罩壳可拆卸固定在分配集成块上且罩壳的一个侧壁位于过渡凹槽内。该柔性机械手的柔性手指安装简单，固定方便，并且可柔性手指的排列更紧密，更适合夹持微小物品。

Description

一种柔性机械手
技术领域
本发明涉及一种柔性机械手，尤其涉及一种用于实现柔性夹持的柔性机械手。
背景技术
在工业自动化领域，机械臂末端抓取动作主要由刚性机械手爪或真空吸盘完成。但刚性机械手爪，由于力度难以控制，很难对柔软、脆弱物体实现无损抓取。真空吸盘在搬运过程中难以适应表面粗糙、开孔的异形物体。这导致两者应用场景均存在局限性。
柔性机械手包括柔性手指和固定座，柔性手指采用弹性材料，能够实现对柔软、脆弱物体的抓取而不会对物体本身产生损伤。目前的柔性手指包括指尖、指节，指尖和指节相互连接并围成了一个腔室，而整个柔性手指的尾部设置为锥形的进气嘴，锥形进气嘴设置有法兰沿结构，而柔性手指固定在固定座上并通过外置的软管对插连接，这种结构存在以下缺点：
1.柔性手指因为柔性材料本身强度限制，使用寿命和耐压强度受到局限。
2.由于目前的柔性手指的尾部为锥形的进气嘴，需要专门的固定座从四周夹住进气嘴的法兰沿，这样柔性机械手的安装比较复杂，并且柔性手指的布置形式受到固定座的尺寸限制，无法紧密排列而抓取体积较小的物品。
3.由于进气嘴为锥形，进气嘴和指节之间连接部位为一个收口颈部，在柔性手指的使用过程中，由于收口颈部存在，使柔性手指在变形的过程中会产生较大幅度的晃动，这样导致该柔性手指无法适应快速抓取。
4.目前柔性机械手的每个柔性手指都是外接分通气管和总进气管，因此，整个管路连接复杂，安装和维护难度高，在一些环境比较恶劣的情况下上述柔性机械手易发生故障，可靠性低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于实现柔性夹持的柔性机械手，该柔性机械手的柔性手指安装简单，固定方便，并且可柔性手指的排列更紧密，更适合夹持微小物品。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种柔性机械手，包括至少一对柔性手指，所述柔性机械手还包括分配集成块，所述分配集成块内设置有主通道和若干条分通道，每个分通道上均设置有分接头，所述主通道上设置有主接头，所述柔性手指包括手指底板和手指指面，所述手指指面连接于手指底板的一侧板面上，所述手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，所述手指指面包括指尖段、指节段和指跟段，所述指节段和手指底板共同围成了驱动腔室，所述指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，所述手指底板或指跟段上设置有与驱动腔室相连通的通气口，所述柔性手指的通气口一一对应套装在分接头上，所述指跟段的外部罩扣有罩壳，所述罩壳可拆卸固定在分配集成块上且罩壳的一个侧壁位于过渡凹槽内。
作为一种优选的方案，所述通气口设置于手指底板上且与指跟段的位置对应。
作为一种优选的方案，所述分配集成块包括与柔性手指数量相等的安装侧面，各安装侧面构成了正多边形，所述分配集成块的内部设置有分配腔，所述分配集成块的每个安装侧面均设置有分接口，所述分通道由分接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分配集成块的其中一个安装侧面还设置有主接口，所述主通道由主接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分接头可拆卸安装于分接口上，所述主接头可拆卸安装于主接口上。
作为一种优选的方案，所述指跟段内设置有与驱动腔室连通的膨胀连通腔室，所述通气口与膨胀连通腔室连通。
作为一种优选的方案，所述过渡凹槽包括靠近指跟段的后方凹槽壁和靠近指尖段的前方凹槽壁，所述后方凹槽壁的壁厚比前方凹槽壁的壁厚厚，所述后方凹槽壁构成了所述膨胀连通腔室的室壁。
作为一种优选的方案，所述指节段包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波谷处设置有加强结构。
作为一种优选的方案，所述加强结构包括与波谷数量相等的增强片，所述增强片一一对应内嵌在波谷的谷底内。
作为一种优选的方案，所述加强结构包括至少一组加强筋片，每组加强筋片包括与指节段的波谷数量相等的筋片本体，该筋片本体一一对应连接于指节段的波谷的谷底和手指底板之间。
作为一种优选的方案，所述分配集成块为由3D打印工艺制成的塑料分配集成块或金属集成块。
作为一种优选的方案，所述手指底板的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。
采用了上述技术方案后，本发明的效果是：1.该柔性机械手采用了分配集成块，内置方便介质流动的主通道和分通道，这样减少了外置管路连接，提高了气密性，适应恶劣夹持环境，使用寿命更长，可靠性更高；2.所述柔性手指包括手指底板和手指指面，所述手指指面连接于手指底板的一侧板面上，所述手指底板的弹性模量大于手指指面的弹性模量，这样，柔性手指在固定后，由于手指底板覆盖整个柔性手指的长度，其弹性模量较大，因此柔性手指在张开或收拢变形时的晃动更小；3.由于所述指节段和指跟段之间设置有过渡凹槽，所述柔性手指的通气口一一对应套装在分接头上，所述指跟段的外部罩扣有罩壳，所述罩壳可拆卸固定在分配集成块上且罩壳的一个侧壁位于过渡凹槽内，这样，该柔性手指的安装非常方便，罩壳是罩扣的方式压紧指跟段，罩壳的尺寸只需比指跟段稍大即可固定，也方便柔性手指更加紧密的排布。
又由于所述分配集成块包括与柔性手指数量相等的安装侧面，各安装侧面构成了正多边形，所述分配集成块的内部设置有分配腔，所述分配集成块的每个安装侧面均设置有分接口，所述分通道由分接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分配集成块的其中一个安装侧面还设置有主接口，所述主通道由主接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分接头可拆卸安装于分接口上，所述主接头可拆卸安装于主接口上，该分配集成块结构简单，待抓取物品的受力更合理。
又由于所述指跟段内设置有与驱动腔室连通的膨胀连通腔室，所述通气口与膨胀连通腔室连通，该膨胀连通腔室在充气时也会膨胀，这样使罩壳和整个指跟的接触更加贴合，柔性手指的密封性更好。
又由于所述过渡凹槽包括靠近指跟段的后方凹槽壁和靠近指尖段的前方凹槽壁，所述后方凹槽壁的壁厚比前方凹槽壁的壁厚厚，所述后方凹槽壁构成了所述膨胀连通腔室的室壁，这样进一步增加了后方凹槽壁的强度，变形的难度增加，进而使柔性手指变形时的晃动进一步减小。
又由于所述指节段包括至少一个波峰和至少一个波谷，所述波谷处设置有加强结构，该加强结构可以提高柔性手指的耐压性能，进而提高了柔性手指的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的主视图；
图2是图1在A-A处的剖视图；
图3是本发明实施例1的局部爆炸示意图；
图4是本发明时实施例1的另一局部爆炸示意图；
图5是本发明实施例1的柔性手指的剖视图；
图6是本发明实施例2的柔性手指的剖视图；
图7是本发明实施例2的立体图；
附图中：1.分配集成块；2.柔性手指；21.手指底板；211.通气口；212.凸起；22.手指指面；221.指尖段；222.指节段；2221.波峰；2222.波谷；223.指跟段；224.驱动腔室；2241.驱动主腔室；2242.驱动分腔室； 225.筋片本体；226.膨胀连通腔室；227.过渡凹槽；2271.后方凹槽壁； 2272.前方凹槽壁；228.增强片；3.罩壳；4.主接头；5.分接头；6.分通道； 7.主通道；8.安装侧面。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1至图5所示，一种柔性机械手，包括至少一对柔性手指2，柔性手指2的数量可以根据所要抓取的物品进行优化选择，其数量可以为两个、三个、四个或者更多。
所述柔性机械手还包括分配集成块1，所述分配集成块1内设置有主通道7和若干条分通道6，每个分通道6上均设置有分接头5，所述主通道7上设置有主接头4，其中，所述分配集成块1包括与柔性手指 2数量相等的安装侧面8，各安装侧面8构成了正多边形，例如，柔性手指2安装后可分布成正三角形、正方形或正五边形等，这样柔性手指 2的配合夹持即可夹持不规则的物品。本实施例中，柔性手指2的数量为四个，那么安装侧面8的数量为四个，并且构成了正方形的四条边，所述分配集成块1的内部设置有分配腔，所述分配集成块1的每个安装侧面8均设置有分接口，所述分通道6由分接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分配集成块1的其中一个安装侧面8还设置有主接口，所述主通道7由主接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分接头5可拆卸安装于分接口上，所述主接头4可拆卸安装于主接口上。分接头5和主接头4的安装方式为螺纹安装。分配集成块1为由3D打印工艺制成的塑料分配集成块1或金属集成块，利用该分配集成块1使整个柔性机械手模块化生产。
当然，该分配集成块1也可以是其他的形状，例如，分配集成块1 可以为长方体结构，这样，安装侧面8则为两个，每个安装侧面8上可有多个分接头5，这样，柔性手指2就分配在分配集成块1的两侧，方便夹持条状物品。
所述柔性手指2包括手指底板21和手指指面22，所述手指指面22 连接于手指底板21的一侧板面上，所述手指底板21的弹性模量大于手指指面22的弹性模量，其中，弹性模量的不同可以通过不同的材质实现，也可以通过在手指底板21上嵌入弹性模量大的材料来改变弹性模量，所述手指指面22包括指尖段221、指节段222和指跟段223，所述指节段222和手指底板21共同围成了驱动腔室224，所述指节段222包括至少一个波峰2221和至少一个波谷2222，波峰2221和波谷2222的数量决定了柔性手指2的长度。而指跟段223的形状本实施例是为方形，当然，也可以为其他形状，例如拱形或球面形。
所述指节段222和指跟段223之间设置有过渡凹槽227，所述指跟段223内设置有与驱动腔室224连通的膨胀连通腔室226，所述通气口 211与膨胀连通腔室226连通。所述过渡凹槽227包括靠近指跟段223 的后方凹槽壁2271和靠近指尖段221的前方凹槽壁2272，所述后方凹槽壁2271的壁厚比前方凹槽壁2272的壁厚厚，所述后方凹槽壁2271 构成了所述膨胀连通腔室226的室壁，而前方凹槽臂的壁厚和指节段222 的波峰2221或波谷2222的侧壁厚度相同，一般后方凹槽壁2271的厚度为前方凹槽壁2272的壁厚的1.5倍。所述手指底板21或指跟段223 上设置有与驱动腔室224相连通的通气口211，本实施例中，所述通气口211设置于手指底板21上且与指跟段223的位置对应，当然，该通气口211的位置还可设置早指跟段223上，例如，可以是设置在指跟段 223尾部，即图2中指跟段223的上部，这样，罩壳3的结构只要发现相应的改变即可，罩壳3由下而上固定即可压紧指跟段223。所述柔性手指2的通气口211一一对应套装在分接头5上，所述指跟段223的外部罩扣有罩壳3，所述罩壳3可拆卸固定在分配集成块1上且罩壳3的一个侧壁位于过渡凹槽227内。而柔性手指2采用这种安装方式固定更加方便，柔性手指2的排布可以更加紧密，适应范围更广。
所述波谷2222处设置有加强结构，本实施例中，柔性手指2采用弹性材料制成，所述加强结构包括至少一组加强筋片，每组加强筋片包括与指节段222的波谷2222数量相等的筋片本体225，该筋片本体225 一一对应连接于指节段222的波谷2222的谷底和手指底板21之间。该加强筋片的材质和手指指面22的材质相同。而驱动腔室224包括驱动主腔室2241和驱动分腔室2242，所述驱动主腔室2241由波谷2222的底部平面和手指底板21之间间距构成，而驱动分腔室2242由手指指面 22自身围成，而每组加强筋片是将驱动主腔室2241在宽度上均分，这样不但可以提高柔性手指2的耐压强度和使用寿命，而且柔性手指2在充气或吸气时的变形也比较规整，不会出现偏移变形的现象。
实施例2
该实施例与实施例1的结构基本相同，只是，该实施例中的柔性手指2为两个，那么分配集成块1的安装侧面8也为两个且相对设置，柔性手指2相对设置的，其固定方式和实施例1的固定方式相同。
只是，本实施例中，所述加强结构包括与波谷2222数量相等的增强片228，所述增强片228一一对应内嵌在波谷2222的谷底内。增强片 228采用纤维增强片228，该增强片228同样可以提高耐压强度，延长使用寿命。当然，该实施例中，所述手指底板21的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。该粗糙结构可以是凸起212或凹槽，其凸起 212可以是球形凸起212，也可以为波浪形凸起212。而该粗糙结构也可以应用在实施例1中。
实施例1和实施例2的工作原理相同，从总接头充气(也可以为液态介质)，气体经过主通道7和分通道6进入到各个柔性手指2中，由于手指指面22的弹性模量小，因此，手指指面22的膨胀变形量大，柔性手指2会整体向手指底板21弯曲，实现收缩弯曲变形；当抽气时，手指指面22的弹性模量小，手指指面22的收缩变形量大，柔性手指2 会整体向手指指面22弯曲，实现张开弯曲变形。本发明的柔性机械手模块安装，安装方便，柔性手指2布置更加密集，柔性手指2的使用寿命更高。
以上所述实施例仅是对本发明的优选实施方式的描述，不作为对本发明范围的限定，在不脱离本发明设计精神的基础上，对本发明技术方案作出的各种变形和改造，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柔性机械手，包括至少一对柔性手指(2)，其特征在于：所述柔性机械手还包括分配集成块(1)，所述分配集成块(1)内设置有主通道(7)和若干条分通道(6)，每个分通道(6)上均设置有分接头(5)，所述主通道(7)上设置有主接头(4)，所述柔性手指(2)包括手指底板(21)和手指指面(22)，所述手指指面(22)连接于手指底板(21)的一侧板面上，所述手指底板(21)的弹性模量大于手指指面(22)的弹性模量，所述手指指面(22)包括指尖段(221)、指节段(222)和指跟段(2223)，所述指节段(222)和手指底板(21)共同围成了驱动腔室(224)，所述指节段(222)和指跟段(2223)之间设置有过渡凹槽(227)，所述手指底板(21)或指跟段(2223)上设置有与驱动腔室(224)相连通的通气口(211)，所述柔性手指(2)的通气口(211)一一对应套装在分接头(5)上，所述指跟段(2223)的外部罩扣有罩壳(3)，所述罩壳(3)可拆卸固定在分配集成块(1)上且罩壳(3)的一个侧壁位于过渡凹槽(227)内。
2.如权利要求1所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述通气口(211)设置于手指底板(21)上且与指跟段(2223)的位置对应。
3.如权利要求2所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述分配集成块(1)包括与柔性手指(2)数量相等的安装侧面(8)，各安装侧面(8)构成了正多边形，所述分配集成块(1)的内部设置有分配腔，所述分配集成块(1)的每个安装侧面(8)均设置有分接口，所述分通道(6)由分接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分配集成块(1)的其中一个安装侧面(8)还设置有主接口，所述主通道(7)由主接口向中心延伸并与分配腔连通，所述分接头(5)可拆卸安装于分接口上，所述主接头(4)可拆卸安装于主接口上。
4.如权利要求1所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述指跟段(2223)内设置有与驱动腔室(224)连通的膨胀连通腔室(226)，所述通气口(211)与膨胀连通腔室(226)连通。
5.如权利要求4所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述过渡凹槽(227)包括靠近指跟段(2223)的后方凹槽壁(2271)和靠近指尖段(221)的前方凹槽壁(2272)，所述后方凹槽壁(2271)的壁厚比前方凹槽壁(2272)的壁厚厚，所述后方凹槽壁(2271)构成了所述膨胀连通腔室(226)的室壁。
6.如权利要求1至5任一项所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述指节段(222)包括至少一个波峰(2221)和至少一个波谷(2222)，所述波谷(2222)处设置有加强结构。
7.如权利要求6所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述加强结构包括与波谷(2222)数量相等的增强片(228)，所述增强片(228)一一对应内嵌在波谷(2222)的谷底内。
8.如权利要求6所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述加强结构包括至少一组加强筋片，每组加强筋片包括与指节段(222)的波谷(2222)数量相等的筋片本体(225)，该筋片本体(225)一一对应连接于指节段(222)的波谷(2222)的谷底和手指底板(21)之间。
9.如权利要求1所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述分配集成块(1)为由3D打印工艺制成的塑料分配集成块(1)或金属集成块。
10.如权利要求1所述的一种柔性机械手，其特征在于：所述手指底板(21)的另一侧板面上设置有增大摩擦力的粗糙结构。
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