CN109514545A - 一种多功能柔性机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能柔性机械手，包括至少一组的三腔连体柔性臂，所述三腔连体柔性臂由三根软管和三只独立的柔性抓手组成，各所述柔性抓手的内腔均呈空心结构，各所述软管的一端与相对应的所述柔性抓手的内腔连接，且另一端连接有用于向所述软管送气的第一驱动装置。本发明通过第一驱动装置对相对应的软管进行不同程度的充气，实现三腔连体柔性臂的柔性抓手弯曲变形，并可形成类似人手的关节弯曲柔性臂，通过第一驱动装置对相对应的软管进行不同程度的放气/抽气，实现柔性抓手可以恢复到初始位置。通过设置多组三腔连体柔性臂完成物品的抓放动作、提升动作、拧紧/松开动作以及多向扭动，且能减轻人工负担及提升生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体涉及的是一种多功能柔性机械手。
背景技术
在生产、生活中，经常需要通过使用机械臂和机械抓手来对物件进行抓取达到快捷和便利。但是目前市面上用于生产的机械臂抓手大多数都是使用刚性材料或者柔性材料制作而成的，虽然刚性机械抓手技术已经臻至成熟，但其缺点也很明显，这种机械抓手由于是由关节驱动，工作的自由度较低只能完成一部分的工作，还有相当多的特殊环境的工作无法完成，仍然需要人工来完成，效率比较低下；虽然带有柔性手指的机械手也可以很好地提高操作，但是现有技术中驱动装置对单个柔性抓手进行驱动，从而实现单个柔性抓手进行自由转动，这种机械手由于只对单个柔性抓手驱动，很难精确控制柔性抓手转动的角度。
因此有必要研究一种多款多自由度较高的柔性抓手，将可以替代机械抓手无法胜任的一些工作，提升生产效率，减轻人工的负担。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自由度较高，且能提升生产效率，减轻人工负担的多功能柔性机械手。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种多功能柔性机械手，其特征在于：包括至少一组的三腔连体柔性臂，所述三腔连体柔性臂由三根软管和三只独立的柔性抓手组成，各所述柔性抓手的内腔均呈空心结构，各所述柔性抓手均带有一个开口，各所述软管的一端穿过对应的所述柔性抓手的开口处并与所述柔性抓手的内腔相连通，且另一端连接有用于向所述软管送气的第一驱动装置。
作为本发明的一种优选方式，所述三腔连体柔性臂为三组。
作为本发明的一种优选方式，还包括手指底座和支架盘，所述柔性抓手固定设置在所述手指底座的下方，所述手指底座可转动地安装在所述支架盘上，三组所述三腔连体柔性臂呈三角形布设在所述支架盘上。
作为本发明的一种优选方式，所述支架盘在其径向方向上设置有多个活动调节槽，所述手指底座通过定位螺母组件设置在所述活动调节槽里。
作为本发明的一种优选方式，所述支架盘上设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置包括有用于驱动所述手指底座进行旋转运动的旋转驱动装置和用于驱动所述旋转驱动装置沿所述活性调节槽方向进行线性运动的移动驱动装置。
作为本发明的一种优选方式，所述第一驱动装置为气体动力装置。
作为本发明的一种优选方式，所述三腔连体柔性臂为硅胶三腔连体柔性臂。
作为本发明的一种优选方式，所述三腔连体柔性臂的末端上还设置有摄像头。
作为本发明的一种优选方式，还包括移动座，所述支架盘沿所述移动座的长度方向设置。
作为本发明的一种优选方式，三个所述柔性抓手分别为第一柔性抓手、第二柔性抓手和第三柔性抓手，三根软管分别为第一软管、第二软管和第三软管，所述第一柔性抓手、所述第二柔性抓手和所述第三柔性抓手通过对应的所述第一软管、所述第二软管和所述第三软管拼接，且三个所述柔性抓手的中心轴线在同一平面上，各所述柔性抓手均带有一个开口，所述第一软管的一端与所述第一柔性抓手的开口相连接，且另一端穿过所述第二柔性抓手及穿过第三柔性抓手的内腔并与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第二软管的一端与所述第二柔性抓手的开口相连接，且另一端穿过所述第三柔性抓手的内腔并与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第三软管的一端与所述第三柔性抓手的开口相连接，且另一端与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第一柔性抓手和所述第三柔性抓手的外壁分别设置有若干个与其中心轴线相平行的第一凹槽，所述第二柔性抓手的外壁设置有若干个与其中心轴线相垂直的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽的槽内分别设置有绒线。
本发明的有益效果，针对各种使用场合，采用多样性的结构，通过第一驱动装置对相对应的软管进行不同程度的充气，实现三腔连体柔性臂的柔性抓手弯曲变形，并可形成类似人手的关节弯曲柔性臂，通过第一驱动装置对相对应的软管进行不同程度的放气/抽气，实现柔性抓手可以恢复到初始位置。本发明通过设置多组三腔连体柔性臂或一组三腔连体柔性臂完成物品的抓放动作、提升动作、拧紧/松开动作以及多向扭动，且能减轻人工负担及提升生产效率。
附图说明
图1为本发明中实施例一的柔性机械手的总体结构示意图；
图2为本发明中三腔连体柔性臂的结构示意图；
图3为本发明中实施例三的柔性机械手的结构示意图；
图中标示对应如下：平台底座1、驱动单元2、移动座3、支架盘4、连接座41、三腔连体柔性臂5、手指底座51、软管52、第一软管521、第二软管522、第三软管523、柔性抓手53、第一柔性抓手531、第二柔性抓手532、第三柔性抓手533、活动调节槽6、第一凹槽71、第二凹槽72、管道8。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
实施例一：
根据本发明的一个实施例，提供一种柔性机械手系统。如图1-2所示，该柔性机械手系统包括平台底座1，第一驱动装置2，移动座3，支架盘4，三腔连体柔性臂5。第一驱动装置2设置在平台底座1上。
本发明的一种多功能柔性机械手，包括至少一组的三腔连体柔性臂5，优选地，本实施例选三组三腔连体柔性臂5。三腔连体柔性臂5由三根软管52以及三只独立的柔性抓手53组成，各柔性抓手53的内腔均呈空心结构，3只独立的柔性抓手53的内腔平行设置在一起，且三只独立的柔性抓手53的中心轴线围成一个正三角形，各柔性抓手53均带有一个开口，各软管52的一端穿过对应的柔性抓手53的开口处并与柔性抓手53的内腔相连通，软管52的另一端连接有用于向软管52送气的第一驱动装置。所述第一驱动装置为气体动力装置，通过软管52与柔性抓手53的内腔组成一个独立的气动单元。共有三个这样的单元组成一个工作组，由所述气体动力装置来指挥气体的运动。
上述的所述气体动力装置采用公知的气体动力装置，例如采用大扭力舵机带动处于直线滑块上的针筒推杆组成气动工作组。
通过所述气体动力装置驱动各自的气动单元，通过不同的充气鼓起程度能够在不同的方向有着不同的力度，气动单元可以同时驱动，也可以分开控制。当对三只柔性抓手53进行不同程度的充气时，使得三只柔性抓手53各自进行不同方向不同程度的扭动，实现三腔连体柔性臂5的多向扭动；当一组或者两组三腔连体柔性臂5移动时，剩下的可以保持静止，从而实现整个柔性机械手的抓放动作。根据实际需要，本发明的一种多功能柔性机械手可以采取包括三组以上的三腔连体柔性臂5。
为了完成不同的任务，可以调整所述气体动力装置对软管52的气动输入状态，从而调整三组三腔连体柔性臂5的相对姿态。通过调节气动输入状态，三组三腔连体柔性臂5将采用弯曲取向面来抓取球形物体；通过调节气动输入状态，三组三腔连体柔性臂5来拧螺丝和拾取不规则的物品；通过转动手指底座，使得手指底座51可沿着支架盘4获得任意的旋转角度；通过调节气动输入状态，三组三腔连体柔性臂5可以伸进一个空腔中靠抓住内壁来提起中空的物体；通过调节气动输入状态，三组三腔连体柔性臂5可以首先抓住一个带瓶盖的目标物，然后控制三组三腔连体柔性臂5同时向相同方向转动，这样可以用来拧紧/松开带瓶盖的物体。本发明通过设置三组三腔连体柔性臂5完成物品的抓放动作、提升动作、拧紧/松开动作以及多向扭动。
采用上述结构后，本发明针对各种使用场合，采用多样性的结构，通过所述气体动力装置驱动对应的软管52，通过所述气体动力装置对相对应的软管52进行不同的充气鼓起程度使得三腔连体柔性臂53能够在不同的方向有着不同的力度，提供了多向运动的可能性，从而实现三腔连体柔性臂5的柔性抓手53弯曲变形，并可形成类似人手的关节弯曲柔性臂，通过所述气体动力装置对相对应的软管52进行不同程度的放气/抽气，实现柔性抓手53可以恢复到初始位置。本发明通过设置多组三腔连体柔性臂5完成物品的抓放动作以及多向扭动，且能提升生产效率，减轻人工负担。
优选的，本发明的一种多功能柔性机械手，还包括手指底座51和支架盘4，柔性抓手53固定设置在手指底座51的下方，手指底座51可转动地安装在支架盘4上，支架盘4在其径向方向上设置有多个活动调节槽6，三组三腔连体柔性臂5呈三角形布设在支架盘4上，手指底座51通过定位螺母组件设置在所述活动调节槽里。可以通过手动调整手指底座51离支架盘4中心点的距离，当移动到所需的距离时，锁紧定位螺母组件实现定位。所述定位螺母组件包括蝶形螺栓和配设在蝶型螺栓中的紧固螺母，蝶型螺栓与手指底座51连接，限位螺栓穿设在活动调节槽6中，紧固螺母位于支架盘4下，拧松紧固螺母，蝶型螺栓可以带动手指底座51沿径向移动，移动至预定位置，拧紧紧固螺母，实现手指底座51的定位。此设计用于面对不同形状的处理对象。从而实现通过调节气动输入状态三组三腔连体柔性臂5来拧灯泡，完成一些较复杂的运动。
优选的，还可以在支架盘4上设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置包括有用于驱动手指底座51进行旋转运动的旋转驱动装置和用于驱动所述旋转驱动装置进行线性运动的移动驱动装置。可以通过所述移动驱动装置来调整手指底座51离中心点的距离。还可以通过所述驱动旋转驱动装置调整三腔连体柔性臂5的转动方向，带动旋转驱动装置设置在带动移动驱动装置上。此设计用于面对不同形状的处理对象。从而实现通过调节气动输入状态三组三腔连体柔性臂5来拧灯泡，完成一些较复杂的运动。
上述的所述移动驱动装置采用公知的移动驱动装置，例如采用丝杆组件或者气缸，所述旋转驱动装置采用电机。
优选的，三腔连体柔性臂5可采用硅胶材料制作而成。
优选的，三腔连体柔性臂5的末端上还设置有摄像头。4K高清家用监控摄像头是迷你式的结构，易于安装到三腔连体柔性臂5的末端。这是无线的wifi模式，所以用手机可以容易进行实时的观测和记录。
优选的，移动座3设置在平台底座1的一侧，支架盘4的上方设置有一连接座41，连接座4的上方设置有驱动支架盘4做旋转运动的旋转电机，支架盘4可转动地设置在连接座41上。可以通过旋转电机驱动支架盘4转动，实现三组三腔连体柔性臂5来拧瓶盖，完成一些较复杂的运动。连接座41下设置有可沿移动座3的长度方向移动的移动槽。可实现支架盘4沿移动座3的长度方向上做往返运动。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处在于，本发明一种多功能柔性机械手仅包括一组三腔连体柔性臂5。
采用上述结构后，以一组三腔连体柔性臂5延伸到管道8或者缝隙中，能够对洞穴中的岩画以及古墓、溶岩洞等危险未知的地方进行抓拍，能够降低对危险区域探测对人员的危险性，提高探测人员的安全性，而且对探索对象尽量减小干扰影响，保持原貌。
实施例三：
如图3所示，本实施例与实施例一、二的不同之处在于，三腔连体柔性臂5为3个独立的单腔的第一柔性抓手531、第二柔性抓手532及第三柔性抓手533分别通过对应的第一软管521、第二软管522及第三软管523首尾拼接，第一柔性抓手531、第二柔性抓手532和第三柔性抓手533均带有一个开口，分别与相对应的第一软管521、第二软管522和第三软管523相连接，第一软管521的一端与第一柔性抓手531的开口相连接，另一端穿过第二柔性抓手532及第三柔性抓手533的内腔并与外部的所述气体动力装置相连，第二软管522的一端与第二柔性抓手532的开口相连接，另一端穿过第三柔性抓手533的内腔并与外部的所述气体动力装置相连，第三软管523的一端与第三柔性抓手533的开口相连接，另一端与外部的所述气体动力装置相连。所述气体动力装置分别对第一软管521、第二软管522及第三软管523进行充气/抽气，使其伸展或膨胀。第一柔性抓手531和第三柔性抓手533的外壁均设置有若干个与其中心轴线相平行的第一凹槽71，第一凹槽71内填入绒线，绒线可加强第一柔性抓手531和第三柔性抓手533的强度，使第一柔性抓手531和第三柔性抓手533可执行沿中心轴垂直的方向膨胀；第二柔性抓手532的外壁设置有若干个与其中心轴线相垂直的第二凹槽72，第二凹槽72内填入绒线，绒线可加强第二柔性抓手532的强度，使第二柔性抓手532可执行沿中心轴平行的方向伸展。
下面以图3所示的可在管道8内自由行走的装置为例，说明本发明在管道8内自由行走的工作原理。
1：通过所述气体动力装置往第二软管522给第二柔性抓手532充气使之伸展，同时给第一柔性抓手531和第三柔性抓手533充气使之膨胀，此时本发明被固定在管道8的某个位置；
2：通过所述气体动力装置往第二软管522给第二柔性抓手532抽气以及通过所述气体动力装置往第三软管523给第三柔性抓手533抽气，使第二柔性抓手532变短，第三柔性抓手533收缩，第一柔性抓手531保持充气状态。由于第一柔性抓手531仍处于膨胀状态可支撑住管道8，所以第三柔性抓手533在第二柔性抓手532的带动下向前移动了一小段距离；
3：通过所述气体动力装置往第三软管523给第三柔性抓手533充气使之膨胀，支撑管道8的内壁，通过所述气体动力装置往第一软管521给第一柔性抓手531抽气，此时第二柔性抓手532保持被抽气压缩状态；
4：通过所述气体动力装置往第二软管522给第二柔性抓手532充气使之伸展，第一柔性抓手531保持抽气状态，由于第三柔性抓手533支撑着管道8的内壁，因此，第一柔性抓手531就随着第二柔性抓手532的充气伸展过程向前移动一小段距离；
5：通过所述气体动力装置往第一软管521给第一柔性抓手531充气使之膨胀，支撑管道8的内壁，通过所述气体动力装置往第三软管523给第三柔性抓手533抽气，此时第二柔性抓手532保持被抽气压缩状态。
至此，本发明就完成了向前移动一小段距离的目的，重复上述步骤1-5，本发明就可以在管道8内不断地向前移动；当本发明需要在管道8内向后移动时，其原理与向前移动相同，只是改变一下第一柔性抓手531和第三柔性抓手533的充气、抽气顺序即可。
本发明可广泛地应用于各个领域，用途上能够用作内窥镜和狭窄的通道内部情况进行探测，也能在地震时对寻找失联人员进行救援，还能够用来探测古迹。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
Claims (10)
1.一种多功能柔性机械手，其特征在于：包括至少一组的三腔连体柔性臂，所述三腔连体柔性臂由三根软管和三只独立的柔性抓手组成，各所述柔性抓手的内腔均呈空心结构，各所述柔性抓手均带有一个开口，各所述软管的一端穿过对应的所述柔性抓手的开口处并与所述柔性抓手的内腔相连通，且另一端连接有用于向所述软管送气的第一驱动装置。
2.根据权利要求1所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述三腔连体柔性臂为三组。
3.根据权利要求2所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：还包括手指底座和支架盘，所述柔性抓手固定设置在所述手指底座的下方，所述手指底座可转动地安装在所述支架盘上，三组所述三腔连体柔性臂呈三角形布设在所述支架盘上。
4.根据权利要求3所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述支架盘在其径向方向上设置有多个活动调节槽，所述手指底座通过定位螺母组件设置在所述活动调节槽里。
5.根据权利要求4所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述支架盘上设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置包括有用于驱动所述手指底座进行旋转运动的旋转驱动装置和用于驱动所述旋转驱动装置沿所述活性调节槽方向进行线性运动的移动驱动装置。
6.根据权利要求1所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述第一驱动装置为气体动力装置。
7.根据权利要求1所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述三腔连体柔性臂为硅胶三腔连体柔性臂。
8.根据权利要求1所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：所述三腔连体柔性臂的末端上还设置有摄像头。
9.根据权利要求2所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：还包括移动座，所述支架盘沿所述移动座的长度方向设置。
10.根据权利要求1所述的一种多功能柔性机械手，其特征在于：三个所述柔性抓手分别为第一柔性抓手、第二柔性抓手和第三柔性抓手，三根软管分别为第一软管、第二软管和第三软管，所述第一柔性抓手、所述第二柔性抓手和所述第三柔性抓手通过对应的所述第一软管、所述第二软管和所述第三软管拼接，且三个所述柔性抓手的中心轴线在同一平面上，各所述柔性抓手均带有一个开口，所述第一软管的一端与所述第一柔性抓手的开口相连接，且另一端穿过所述第二柔性抓手及穿过第三柔性抓手的内腔并与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第二软管的一端与所述第二柔性抓手的开口相连接，且另一端穿过所述第三柔性抓手的内腔并与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第三软管的一端与所述第三柔性抓手的开口相连接，且另一端与外部的所述第一驱动装置相连接，所述第一柔性抓手和所述第三柔性抓手的外壁分别设置有若干个与其中心轴线相平行的第一凹槽，所述第二柔性抓手的外壁设置有若干个与其中心轴线相垂直的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽的槽内分别设置有绒线。
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