CN108501015B - 一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，面向目标物时，气压驱动装置向前端空腔内充气，前端黏附部分向目标物一侧弯曲，下壁上设置的黏附材料在一定压力下对目标物稳定黏附，柔性材质的下壁在压力下变形，令黏附材料更好地与目标物接触，下壁内部镶嵌刚性支撑，在黏附目标物的同时，向末端抓附空腔内继续充气，抓附部分的钩爪在气压作用下伸出，能够勾住目标物，黏附与钩爪取相结合，可以更好地适应多种外形目标物；气压驱动装置向末端抓附空腔内吸气时钩爪缩回腔内，松开目标物；并且，气压驱动装置向前端空腔内吸气，前端黏附部分向着远离目标物的一侧弯曲，实现黏附材料的脱附钩爪完成黏附装置对目标物的完全脱离。

Description

一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置
技术领域
本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是涉及一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成，执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数；驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作；控制系统一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成，另一种是分散(级)式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制。
机器人为人类的生产、生活带来了极大的便利，目前柔性机器人领域的研究进展迅速，由于柔性机器人本身具有柔性高，自由度大等优点，基于柔性概念的抓取装置逐渐成为热门的研究领域。虽然传统的刚性抓取装置，抓取速度快，对目标定位精确，但在表面适应性(粗糙度、表面形状等)，刚度可变等方面远不及柔性抓取装置。柔性抓取机构在刚度和形变量的可控性、与被抓取表面稳定接触的可靠性等方面也有待改善。因此，如何改变现有技术中，仿生柔性抓取装置在刚度和形变量的可控性不足的现状，以提高与被抓取目标接触的可靠性，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高柔性抓取装置在刚度和形变量方面的可控性，实现抓取装置与被抓取物可靠接触。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，包括黏附主体，所述黏附主体包括前端黏附部分，所述前端黏附部分内部具有前端空腔，所述前端空腔能够与气压驱动系统相连，所述前端黏附部分包括上壁和下壁，所述上壁和所述下壁相连并形成所述前端空腔，所述上壁和所述下壁的截面均为弧形，所述上壁位于靠近圆心的一侧，所述下壁远离所述上壁的一侧设置多个不连续的皮瓣块，所述皮瓣块上设置黏附材料，所述黏附材料能够黏附目标物，所述上壁、所述下壁和所述皮瓣块均由柔性材料制成，所述下壁的内部镶嵌刚性支撑，所述刚性支撑由刚性材料制成；
所述黏附主体还包括抓附部分，所述抓附部分与所述前端黏附部分相连，所述抓附部分包括壳体和能够勾住目标物的钩爪，所述壳体内部具有能够与气压驱动系统相连的抓附空腔，所述壳体由柔性材料制成，所述钩爪由刚性材料制成。
优选地，所述皮瓣块的数量为多个，多个所述皮瓣块并排设置于所述下壁上，多个所述皮瓣块之间具有缝隙，所述皮瓣块与所述黏附材料可拆卸连接。
优选地，所述上壁具有多个褶皱状突起，所述刚性支撑为铜片。
优选地，所述下壁内设置气路软管，所述气路软管与所述抓附空腔相连通，所述气路软管能够与气压驱动系统相连通。
优选地，所述下壁内部具有贯穿所述下壁的通道，所述通道的数量为两个，两个所述通道分别设置于所述前端空腔的两侧，所述通道内设置所述气路软管。
优选地，所述上壁的厚度较所述下壁的厚度薄。
优选地，兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置还包括安装台，多个所述黏附主体固定于所述安装台上，所述黏附主体朝向所述安装台的轴线方向弯曲。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置包括黏附主体，黏附主体包括前端黏附部分，前端黏附部分内部具有前端空腔，前端空腔能够与气压驱动系统相连，前端黏附部分包括上壁和下壁，上壁和下壁相连并形成前端空腔，上壁和下壁的截面均为弧形，上壁位于靠近圆心的一侧，下壁远离上壁的一侧设置多个不连续的皮瓣块，皮瓣块上设置黏附材料，黏附材料能够黏附目标物，上壁、下壁和皮瓣块均由柔性材料制成，下壁的内部镶嵌刚性支撑，刚性支撑由刚性材料制成。使用本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置拾取目标物时，气压驱动装置向前端空腔内充气，前端黏附部分向目标物一侧弯曲，下壁上设置的黏附材料在一定压力下对目标物稳定黏附，柔性材质的下壁在压力下变形，令黏附材料更好地与目标物接触，提高装置的表面适应性，与此同时，下壁内部镶嵌刚性支撑，提高装置的抗拉强度，钩爪在黏附目标物的同时，向末端抓附空腔内继续充气，抓附部分的钩爪在气压作用下伸出，能够勾住目标物，黏附与钩爪取相结合，可以更好地适应多种外形目标物；气压驱动装置向末端抓附空腔内吸气时钩爪缩回腔内，松开目标物；并且，气压驱动装置向前端空腔内吸气，前端黏附部分向着远离目标物的一侧弯曲，实现黏附材料的脱附完成黏附装置对目标物的完全脱离。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的结构示意图；
图2为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体的结构示意图；
图3为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体的剖切结构示意图；
图4为图2中沿A-A向的剖切结构示意图；
图5为图4中B处的放大结构示意图；
图6为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体受到正压驱动(分别向前端空腔和抓附空腔内充气)时的示意图；
其中，1为前端黏附部分，2为前端空腔，3为上壁，4为下壁，5为皮瓣块，6为黏附材料，7为刚性支撑，8为抓附部分，9为壳体，10为钩爪，11为气路软管，12为安装台。
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。
本发明的目的是提供一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，以解决上述现有技术存在的问题，使抓取装置与被抓取物有良好的适应性接触，提高抓取装置在刚度和形变量方面的可控性，实现对被抓取物的可靠抓取。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-6，其中，图1为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的结构示意图，图2为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体的结构示意图，图3为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体的剖切结构示意图，图4为图2中沿A-A向的剖切结构示意图，图5为图4中B处的放大结构示意图，图6为本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置的黏附主体受到正压驱动(分别向前端空腔和抓附空腔内充气)时的示意图。
本发明提供一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，包括黏附主体，黏附主体包括前端黏附部分1，前端黏附部分1内部具有前端空腔2，前端空腔2能够与气压驱动系统相连，前端黏附部分1包括上壁3和下壁4，上壁3和下壁4相连并形成前端空腔2，上壁3和下壁4的截面均为弧形，上壁3位于靠近圆心的一侧，下壁4远离上壁3的一侧设置多个不连续的皮瓣块5，皮瓣块5上设置黏附材料6，黏附材料6能够黏附目标物，上壁3、下壁4和皮瓣块5均由柔性材料制成，下壁4的内部镶嵌刚性支撑7，刚性支撑7由刚性材料制成。
兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置拾取目标物时，气压驱动装置向前端空腔2内充气时，前端黏附部分1向目标物一侧弯曲，下壁4上设置的黏附材料6在一定压力下对目标物稳定黏附，柔性材质的下壁4在压力下变形，令黏附材料6更好地与目标物接触，提高装置的表面适应性，与此同时，下壁4内部镶嵌刚性支撑7，提高装置的抗拉强度；当气压驱动装置向前端空腔2内吸气时，前端黏附部分1向着远离目标物的一侧弯曲，黏附材料6脱离目标物。
其中，皮瓣块5的数量为多个，多个皮瓣块5并排设置于下壁4上，多个皮瓣块5之间具有缝隙，在前端黏附部分1弯曲时，皮瓣块5之间的缝隙能够保证前端黏附部分1作正常弯曲动作，对于不同形状的物体，调整气压驱动系统向前端空腔2的充气压力，可以改变皮瓣块5的弯曲程度，以适应不同形状的目标物，并且调整充气压力可以改变皮瓣块5黏附目标物时的预压力。皮瓣块5与黏附材料6可拆卸连接，在黏附材料6失效后便于拆卸更换；另外，黏附材料6可以根据不同的工作环境，以及在黏附目标物时不同位置的黏附材料6所受力的不同，安装性能最合适的黏附材料6，实现黏附材料6安装的模块化和黏附离散化。
同理，上壁3具有多个褶皱状突起，在前端黏附部分1弯曲时，上壁3能够产生相应形变，在黏附材料6黏附目标物时，上壁3拉伸变形，令黏附材料6更好地与目标物接触；刚性支撑7为铜片，铜片具有很强的刚度，在前端黏附部分1黏附较重的目标物时，铜片能够保证黏附材料6不至产生较大的拉伸变形。
具体地，黏附主体还包括抓附部分8，抓附部分8与前端黏附部分1相连，抓附部分8包括壳体9和能够勾住目标物的钩爪10，壳体9内部具有能够与气压驱动系统相连的抓附空腔，壳体9由柔性材料制成，钩爪10由刚性材料制成。在前端黏附部分1黏附目标物的同时，抓附部分8的钩爪10能够勾住目标物，更好地拾取目标物；壳体9由柔性材质制成，在未抓取目标物时，钩爪10“缩”在不规则形状壳体9的凹槽中，需要钩爪10抓取目标物时，气压驱动系统向抓附空腔内充气，壳体9膨胀，将钩爪10推出，钩爪10“伸出”，随着前端黏附部分1运动，靠近目标物后抓取目标物。当气压驱动系统从抓附空腔内吸气时，抓附空腔收缩变形，钩爪10会脱离目标物同时重新“埋入”壳体9形成的凹槽中，钩爪10由刚性材质制成，保证抓取效率。
另外，下壁4内设置气路软管11，气路软管11与抓附空腔相连通，气路软管11能够与气压驱动系统相连通。下壁4内部具有贯穿下壁4的通道，通道的数量为两个，两个通道分别设置于前端空腔2的两侧，通道内设置气路软管11，即气路软管11穿过前端黏附部分1与抓附空腔相连通，且左右对称的连通方式，能够提高气压驱动的速度和稳定性，气动软管具有刚度低、抗拉强度高的特点，不易发生膨胀变形，对主体空腔的形变不会产生影响。工作时，前端粘附部分和抓附部分8分别采用不同的气压驱动系统驱动控制。
更具体地，上壁3的厚度较下壁4的厚度薄，上壁3的褶皱状突起结构令上壁3具有很好的拉伸和收缩性能，下壁4内镶嵌刚性支撑7，提高抗拉强度。
进一步地，兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置还包括安装台12，多个黏附主体固定于安装台12上，黏附主体朝向安装台12的轴线方向弯曲。可以根据不同的工作环境，将多个黏附主体进行成组分布安装，通过气压驱动，依靠黏附材料6和钩爪10实现对不同形状、不同规格的物体进行稳定快速的拾取和释放，提高黏附主体的适应性。
本发明的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，是仿壁虎脚掌黏-脱附行为的抓取装置，气压驱动装置向前端空腔2内充气时，前端黏附部分1向目标物一侧弯曲，下壁4上设置的黏附材料6在一定压力下对目标物稳定黏附，柔性材质的下壁4在压力下变形，令黏附材料6更好地与目标物接触，提高装置的表面适应性，下壁4内部镶嵌刚性支撑7，提高装置的抗拉强度；与此同时，需要钩爪10抓取目标物时，气压驱动系统向抓附空腔内充气，壳体9膨胀，将钩爪10推出，钩爪10“伸出”抓取目标物；当气压驱动装置向前端空腔2内吸气时，前端黏附部分1向着远离目标物的一侧弯曲，黏附材料脱离目标物，抓附空腔收缩变形，钩爪10会脱离目标物同时重新“埋入”壳体9形成的凹槽中，黏附和抓取保证拾取过程稳定。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：包括黏附主体，所述黏附主体包括前端黏附部分，所述前端黏附部分内部具有前端空腔，所述前端空腔能够与气压驱动系统相连，所述前端黏附部分包括上壁和下壁，所述上壁和所述下壁相连并形成所述前端空腔，所述上壁和所述下壁的截面均为弧形，所述上壁位于靠近圆心的一侧，所述下壁远离所述上壁的一侧设置多个不连续的皮瓣块，所述皮瓣块上设置黏附材料，所述黏附材料能够黏附目标物，所述上壁、所述下壁和所述皮瓣块均由柔性材料制成，所述下壁的内部镶嵌刚性支撑，所述刚性支撑由刚性材料制成；所述皮瓣块的数量为多个，多个所述皮瓣块并排设置于所述下壁上，多个所述皮瓣块之间具有缝隙，所述皮瓣块与所述黏附材料可拆卸连接；
所述黏附主体还包括抓附部分，所述抓附部分与所述前端黏附部分相连，所述抓附部分包括壳体和能够勾住目标物的钩爪，所述壳体内部具有能够与气压驱动系统相连的抓附空腔，所述壳体由柔性材料制成，所述钩爪由刚性材料制成。
2.根据权利要求1所述的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述上壁具有多个褶皱状突起，所述刚性支撑为铜片。
3.根据权利要求1所述的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述下壁内设置气路软管，所述气路软管与所述抓附空腔相连通，所述气路软管能够与气压驱动系统相连通。
4.根据权利要求3所述的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述下壁内部具有贯穿所述下壁的通道，所述通道的数量为两个，两个所述通道分别设置于所述前端空腔的两侧，所述通道内设置所述气路软管。
5.根据权利要求1所述的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：所述上壁的厚度较所述下壁的厚度薄。
6.根据权利要求1所述的兼具黏附与钩爪混合接触的仿生柔性抓取装置，其特征在于：还包括安装台，多个所述黏附主体固定于所述安装台上。
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