CN108858270A - 一种柔性手指和包含柔性手指的柔性抓持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性手指和包含柔性手指的柔性抓持装置，涉及抓持装置技术领域。柔性手指包括：指板、设置在所述指板的一侧的多个柔性关节和设置于所述指板和/或所述柔性关节上的回弹装置。多个柔性关节膨胀时使柔性手指向指板未设置柔性关节的一侧弯曲，并使回弹装置从第一形状变形为第二形状；多个柔性关节结束膨胀后，回弹装置从第二形状恢复到所述第一形状，并使所述柔性手指加速回弹。本发明公开的柔性手指和柔性抓持装置，体积小巧，能够实现对物体高速度、高频次的抓取。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种柔性抓持装置和包含柔性手指的柔性抓持装置。
背景技术
现有技术中的柔性抓持装置包括：柔性抓手和驱动柔性抓手张开/聚合的气动系统。其工作原理是：柔性抓手内部设置有流体(比如空气)通道，流体输送系统连通所述流体通道并形成流动回路，流体输送系统通过对流动回路的充入/吸出流体实现驱动柔性抓手的张开/聚合。
发明人在实施本申请技术方案的过程中发现，现有技术中的柔性抓持装置在工作时，流动回路中的流体流速会限制抓取频率，尤其是在进行张开动作时，需要抽取吸出流体，流体流速难以提升，导致柔性抓持装置张开动作慢，从而导致无法进行高频次抓取。
虽然加大流体输送系统的功率会在一定程度上提升流体流速，然而加大流体输送系统的功率会占据装置大量的空间，且效果不显著。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种柔性手指和包含柔性手指的柔性抓持装置，体积小巧，能够实现对物体高速度、高频次的抓取。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种柔性手指，包括：指板、设置在所述指板的一侧的多个柔性关节和设置于所述指板和/或所述柔性关节上的回弹装置；其中，所述多个柔性关节膨胀时使所述柔性手指向所述指板未设置柔性关节的一侧弯曲，并使所述回弹装置从第一形状变形为第二形状；所述多个柔性关节结束膨胀后，所述回弹装置从所述第二形状恢复到所述第一形状，并使所述柔性手指加速回弹。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述回弹装置，呈第一形状时，所述指板向设置有柔性关节的一侧弯曲；呈第二形状时，所述指板向未设置柔性关节的一侧弯曲。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述柔性关节内部设置有流体容纳室，通过流体通道向所述流体容纳室充入流体时，所述柔性关节膨胀；通过流体通道从所述流体容纳室吸出流体时，所述柔性关节结束膨胀后收缩。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述回弹装置为采用弹性材料制成的弹性元件；所述弹性元件沿所述柔性手指的长度方向嵌设在所述指板内。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述回弹装置包括：多个连接部件和多个弹性部件；所述连接部件为刚性部件，所述连接部件的底端固定设置在所述柔性关节的根部，顶端同时连接相邻两个所述弹性部件的一个端部；每个所述弹性部件的两端分别连接相邻的两个所述连接部件的顶端。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述弹性部件在第二形状下的长度大于在第一形状下的长度。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述回弹装置包括：至少一个导向装置和弹性牵引装置；所述弹性牵引装置的一端固定在所述柔性手指的指尖附近，另一端固定在所述柔性手指的指根附近；所述导向装置通过支撑结构固定安装在所述柔性手指的指根附近，所述导向装置还包括容纳所述弹性牵引装置并引导所述弹性牵引装置的弹性牵引力方向的导引部件。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述弹性牵引装置为具有弹性的线状或片状元件。
进一步，所述的柔性手指，其中，所述弹性牵引装置包括：拉伸回弹部件和牵引部件；所述拉伸回弹部件的第一端固定在靠近柔性手指的指根的位置；所述牵引部件的第一端固定在靠近柔性手指的指尖的位置；所述牵引部件的第二端连接所述拉伸回弹部件的第二端。
进一步，所述回弹装置包括：驱动单元和牵引单元；所述牵引单元连接在所述驱动单元和所述柔性手指的指尖之间；所述驱动单元通过支撑结构固定安装在所述柔性手指上，所述驱动单元提供的驱动力通过所述牵引单元施加在所述柔性手指上，使所述柔性手指加速回弹。
根据本发明的另一方面，提供了一种柔性抓持装置，包括：柔性抓手，包括至少一个如上述任一项所述的柔性手指；流体驱动系统，用于向所述柔性手指内的柔性关节中充入或吸出流体，以驱动所述柔性抓手张开或聚合。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明提供的柔性手指具有回弹装置，回弹装置能够在自身弹力作用下赋予柔性手指一个跟其张开方向相同的作用力，从而起到辅助驱动系统的作用，使得柔性抓手快速张开。
附图说明
图1是本发明柔性手指第一实施例中膨胀状态下的示意图；
图2是本发明柔性手指第一实施例中非膨胀状态下的示意图；
图3是本发明柔性手指第二实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；
图4是本发明柔性手指第二实施例中回弹装置呈第一形状的示意图；
图5是本发明柔性手指第三实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；
图6是本发明柔性手指第三实施例中回弹装置呈第一形状的示意图；
图7是本发明柔性手指第四实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；
图8是本发明柔性手指第四实施例中回弹装置呈第一形状的示意图；
附图标记：
1：指板；2：柔性关节；
31：弹性元件；
32：连接部件；33：弹性部件；
34：导向装置；35：弹性牵引装置；
351：拉伸回弹部件；352：牵引部件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是本发明柔性手指第一实施例中膨胀状态下的示意图；图2是本发明柔性手指第一实施例中非膨胀状态下的示意图。
如图1-2所示，在本发明实施例中，柔性手指，包括：指板1、多个柔性关节2和回弹装置。其中，指板1和柔性关节2采用橡胶、硅胶、乳胶等柔性材质制成。指板1和柔性关节2可以一体成型，也可以分别成型然后通过粘接等方式组合成型。
指板1可以为板状、近似板状、扁圆柱状、近似扁圆柱状等形状。多个柔性关节2设置在指板1的一侧。每个柔性关节2呈拱门状或外凸状，多个柔性关节2的形状相同、间隔相等。
每个柔性关节2的内部设置有流体容纳室，比如气囊、水/油袋等。多个柔性关节2的底部相互连通形成流体通道，比如气路通道、液体管道等；每个流体容纳室均和流体通道连通。以下优选实施例中主要以流体优选为气体来做示例性说明，当向气路通道中进行充气时，充入的气体通过气路通道进入气囊中，使得柔性关节2的侧壁向外凸起(即柔性关节2膨胀)，侧壁的凸起能够带动指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲(如图1所示)，此时柔性手指呈张开状态。当对气路通道进行抽气时，通过气路通道对气囊进行抽气，柔性关节2结束膨胀，低气压使得柔性关节2的侧壁向内凹陷，侧壁的凹陷能够带动指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲(如图2所示)，此时柔性手指呈聚拢状态。当然，本领域相关技术人员可以理解，采用液体替代气体显然也可应用于本申请的技术方案中，在此不再赘述。
回弹装置可以设置于指板1上，也可以设置在柔性关节2上，还可以一部分设置在指板1上一部分设置在柔性关节2上。回弹装置本身具备弹性，当多个柔性关节2膨胀时，回弹装置能够发生形变(从第一形状变形为第二形状)，当多个柔性关节2结束膨胀后，回弹装置能够恢复形状(从第二形状恢复到第一形状)，并使柔性手指加速回弹。
在本实施例中，回弹装置呈第一形状时对应的柔性手指的状态为张开(即指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲)。回弹装置呈第二形状时对应的柔性手指的状态为聚合(即指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲)。
本实施例的工作原理是：当通过气路通道对气囊充气时，柔性关节2膨胀，柔性关节2膨胀从而带动指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲，使得回弹装置从第一形状变为第二形状。气囊被抽气时柔性关节2结束膨胀，此时，回弹装置能够在自身弹性作用力下从第二形状恢复为第一形状，该弹性作用力能够驱使指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲，从而加速柔性手指的回弹。
本发明实施例如下有益的技术效果：本发明提供的柔性手指具有回弹装置，回弹装置能够在自身弹力作用下赋予柔性手指一个跟其张开方向相同的作用力，从而能够辅助气动系统使得柔性抓手快速张开，实现高频次的抓取。
图3是本发明柔性手指第二实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；图4是本发明柔性手指第二实施例中回弹装置呈第一形状的示意图。
如图3和4所示，在本发明实施例中，在上述第一实施例的基础上，回弹装置为一采用弹性材料制成的弹性元件31。弹性材料可以为金属、硬塑料或竹子等带有一定韧性的硬质材质。弹性元件31沿柔性手指的长度方向嵌设在指板1内。弹性元件31可以呈板状、片状或条状，从指板1的一端延伸至另一端。
弹性元件31的第一形状为：弹性元件31的中部朝着背向柔性关节2的一侧拱起。弹性元件31的第二形状为：弹性元件31的中部朝着面向柔性关节2的一侧拱起。当指板1受到外力作用朝着背向柔性关节2的一侧弯曲时，弹性元件31能够在自身弹性作用力(自身弹性作用力的方向如图3中箭头M的方向)下驱使指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲。
本发明实施例如下有益的技术效果：本发明实施例采用弹性材料制成的弹性元件31作为回弹装置，能够嵌设在指板1内，设计轻巧、结构简单。
图5是本发明柔性手指第三实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；图6是本发明柔性手指第三实施例中回弹装置呈第一形状的示意图。
如图5和6所示，在本发明实施例中，在上述第一实施例的基础上，回弹装置包括多个连接部件32和多个弹性部件33。
多个连接部件32与多个柔性关节2间隔设置。具体的，每相邻两个柔性关节2之间设置一个连接部件32，位于最两端的柔性关节2间的两侧也分别设置有一个连接部件32。连接部件32可以是片状或条状的刚性部件。每个连接部件32竖向设置在相邻的柔性关节2之间，具体地，每个连接部件32的底端固定设置在柔性关节2的根部，顶端同时连接相邻两个弹性部件33的一个端部。
弹性部件33可以采用具有拉伸回弹功能的材料，比如弹簧或橡胶绳等。弹性部件33横向设置在相邻的两个连接部件32之间。每个弹性部件33的两端分别连接相邻的两个连接部件32的顶端。每个连接部件32的一端连接指板1，另一端连接弹性部件33。弹性部件33的第一形状为：弹性部件33的两端相互靠拢。弹性部件33的第二形状为：弹性部件33的两端相互远离。亦即，所述弹性部件33在第二形状下的长度大于在第一形状下的长度。
本实施例的工作原理是：当通过气路通道对气囊充气时，柔性关节2膨胀，柔性关节2膨胀从而带动指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲，使得弹性部件33从第一形状变为第二形状。气囊被抽气时柔性关节2结束膨胀，此时，弹性部件33能够在自身弹性作用力(自身弹性作用力的方向如图5中箭头F的方向)从第二形状恢复为第一形状，该弹性作用力能够驱使指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲，从而加速柔性手指的回弹。
图7是本发明柔性手指第四实施例中回弹装置呈第二形状的示意图；图8是本发明柔性手指第四实施例中回弹装置呈第一形状的示意图。
如图7和8所示，在本发明实施例中，在上述第一实施例的基础上，回弹装置包括：至少一个导向装置34和弹性牵引装置35。其中，所述弹性牵引装置35的一端固定在所述柔性手指的指尖附近，另一端固定在所述柔性手指的指根附近；所述导向装置34通过支撑结构固定安装在所述柔性手指的指根附近，所述导向装置34还包括容纳所述弹性牵引装置35并引导所述弹性牵引装置35的弹性牵引力方向的导引部件。
在本申请的实施例中，导向装置34主要用于容纳并引导弹性牵引装置35，可选地，导向装置34如定滑轮、导向轨道、导引槽等均可应用于本申请的实施例中；弹性牵引装置35主要用于产生弹性牵引力，通常为具有弹性的线状或片状元件。
在本申请的一个优选实施例中，以定滑轮和弹性绳索为例，导向装置34和弹性牵引装置的安装结构和工作方式包括：定滑轮固定在柔性手指的靠近指根的位置。定滑轮包括滑轮和支撑轴，滑轮固定在支撑轴上，滑轮可以绕与支撑轴的连接处为中心进行转动。
弹性绳索绕设在定滑轮上，弹性绳索的一部分固定在柔性手指的靠近指尖的位置，另一部分固定在柔性手指的靠近指根的位置。
本实施例的工作原理是：当通过气路通道对气囊充气时，柔性关节2膨胀，柔性关节2膨胀从而带动指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲，使得绳索从第一形状变为第二形状。气囊被抽气时柔性关节2结束膨胀，此时，绳索在自身弹性作用力(自身弹性作用力的方向如图7中箭头F的方向)从第二形状恢复为第一形状，该弹性作用力能够驱使指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲，从而加速柔性手指的回弹。
在另一个具体实施例中，弹性牵引装置还可由多个部件组合，比如包括：拉伸回弹部件351和牵引部件352；拉伸回弹部件351主要利用其弹性产生牵引力，而牵引部件352则负责将牵引力引导向指定的方向。其中，拉伸回弹部件351的第一端固定在靠近柔性手指的指根的位置；牵引部件352的第一端固定在靠近柔性手指的指尖的位置；牵引部件352的第二端连接拉伸回弹部件的第二端。
在图7和8所示的优选实施例中，以弹簧和不可拉伸的绳索为例说明了弹性牵引装置的一种组合使用方式，其中，弹簧的第一端固定在靠近柔性手指的指根的位置。绳索的第一端固定在靠近柔性手指的指尖的位置，绳索的第二端连接弹簧的第二端。
弹簧的第一形状为：弹簧的两端相互靠拢。弹簧的第二形状为：弹簧的两端相互远离。
进一步，在上述图3-8所示的优选实施例中，所述回弹装置均是利用自身弹性产生回弹力的被动式回弹装置，在本申请其他可选的实施例中，还可采用主动式回弹装置，即由动力源驱动产生回弹力的装置。因此，在本申请的一个优选实施例中，典型地，所述回弹装置包括：驱动单元和牵引单元；所述牵引单元连接在所述驱动单元和所述柔性手指的指尖之间；所述驱动单元通过支撑结构固定安装在所述柔性手指的指根附近，所述驱动单元提供的驱动力通过所述牵引单元施加在所述柔性手指上，使所述柔性手指加速回弹。优选地，所述驱动单元为电机，所述牵引单元为线状物或带状物，所述牵引单元绕设在所述电机的转动端。
本实施例的工作原理是：当通过气路通道对气囊充气时，柔性关节2膨胀，柔性关节2膨胀从而带动指板1朝着背向柔性关节2的一侧弯曲，使得弹簧从第一形状变为第二形状。气囊被抽气时柔性关节2结束膨胀，此时，弹簧在自身弹性作用力从第二形状恢复为第一形状，该弹性作用力能够驱使指板1朝着面向柔性关节2的一侧弯曲，从而加速柔性手指的回弹。
本发明还提供了一种柔性抓持装置，包括：柔性抓手和气动系统。
柔性抓手，包括前述任一项实施例所述的一个或多个柔性手指。
气动系统，用于向柔性手指内的气囊吸气或充气，以驱动柔性抓手张开或聚合。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种柔性手指，其特征在于，包括：指板(1)、设置在所述指板(1)的一侧的多个柔性关节(2)和设置于所述指板(1)和/或所述柔性关节(2)上的回弹装置；其中，
所述多个柔性关节(2)膨胀时使所述柔性手指向所述指板(1)未设置柔性关节(2)的一侧弯曲，并使所述回弹装置从第一形状变形为第二形状；
所述多个柔性关节(2)结束膨胀后，所述回弹装置从所述第二形状恢复到所述第一形状，并使所述柔性手指加速回弹。
2.根据权利要求1所述的柔性手指，其中，所述柔性关节(2)内部设置有流体容纳室，通过流体通道向所述流体容纳室充入流体时，所述柔性关节(2)膨胀；通过流体通道从所述流体容纳室吸出流体时，所述柔性关节(2)结束膨胀后收缩。
3.根据权利要求1或2所述的柔性手指，其中，
所述回弹装置为采用弹性材料制成的弹性元件(31)；
所述弹性元件(31)沿所述柔性手指的长度方向嵌设在所述指板(1)内。
4.根据权利要求1或2所述的柔性手指，其中，所述回弹装置包括：多个连接部件(32)和多个弹性部件(33)；
所述连接部件(32)为刚性部件，所述连接部件(32)的底端固定设置在所述柔性关节(2)的根部，顶端同时连接相邻两个所述弹性部件(33)的一个端部；
每个所述弹性部件(33)的两端分别连接相邻的两个所述连接部件(32)的顶端。
5.根据权利要求4所述的柔性手指，其中，所述弹性部件(33)在第二形状下的长度大于在第一形状下的长度。
6.根据权利要求1或2所述的柔性手指，其中，所述回弹装置包括：至少一个导向装置(34)和弹性牵引装置(35)；
所述弹性牵引装置(35)的一端固定在所述柔性手指的指尖附近，另一端固定在所述柔性手指的指根附近；
所述导向装置(34)通过支撑结构固定安装在所述柔性手指的指根附近，所述导向装置(34)还包括容纳所述弹性牵引装置(35)并引导所述弹性牵引装置(35)的弹性牵引力方向的导引部件。
7.根据权利要求6所述的柔性手指，其中，所述弹性牵引装置为具有弹性的线状或片状元件。
8.根据权利要求6所述的柔性手指，其中，所述弹性牵引装置包括：拉伸回弹部件(351)和牵引部件(352)；
所述拉伸回弹部件(351)的第一端固定在靠近柔性手指的指根的位置；
所述牵引部件(352)的第一端固定在靠近柔性手指的指尖的位置；
所述牵引部件(352)的第二端连接所述拉伸回弹部件(351)的第二端。
9.根据权利要求1或2所述的柔性手指，其中，所述回弹装置包括：驱动单元和牵引单元；
所述牵引单元连接在所述驱动单元和所述柔性手指的指尖之间；
所述驱动单元通过支撑结构固定安装在所述柔性手指上，所述驱动单元提供的驱动力通过所述牵引单元施加在所述柔性手指上，使所述柔性手指加速回弹。
10.一种柔性抓持装置，其特征在于，包括：
柔性抓手，包括至少一个如权利要求1-9任一项所述的柔性手指；
流体驱动系统，用于向所述柔性手指内的柔性关节(2)中充入或吸出流体，以驱动所述柔性抓手张开或聚合。
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