CN109605417A - 多构态软体抓手 - Google Patents

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陈锐
吴黎
罗帅
李鑫
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Abstract

本发明公开了一种多构态软体抓手，包括执行器本体、设置在执行器本体上至少两根可往复摆动的摆动杆、固定设置在摆动杆上的手指以及驱动所述摆动杆摆动的驱动装置，所述手指通过摆动杆的往复摆动实现抓取或者松开。所述摆动杆的移动主要依靠工业相机区分被抓取物体的特征从而发送对应的抓取信号，所述软体手指具有可变刚度的特征，主要通过电流变液或者磁流变液实现可变刚度。本发明装置遇到不同的抓取情形时，不需要更换末端执行器，抓取方便，同时软体手指具有可变刚度的特征，既提高了末端执行器的通用性，也提高了抓取强度。

Description

多构态软体抓手
技术领域
本发明涉及机械手领域，涉及一种多构态软体抓手。
背景技术
软体手指的基本原理是以柔性材料通过特殊工艺成型的方式形成的手指。例如公开号为CN205704256U的中国实用新型专利中公开的软体三指机器人中所公开的气动软体手指结构，这种气动软体手指具有特殊的结构，其背部是分气囊结构，各个气囊相通，其为一个个可以充气膨胀的气室；其内侧使用难以拉伸的从动层(例如在材料中嵌入布条)加以从动。当背部的各个气囊充气时，各个气室发生膨胀，相互挤压，材料伸长，而内侧受到从动层的从动难以伸长，从而使得整个手指向内弯曲。当几个手指一同使用时，可以对物体进行抓取。
多构态软体抓手的末端执行器是可以任意改变抓取初始姿态，但是目前大多数的末端执行器均是固定的，遇到不同的抓取情形时，需要更换末端执行器，很不方便。
多构态软体抓手由于自身材料的特性，在抓取物体时，受限于自身材料的弹性模量，当外部载荷较大时，抓手可能脱开，多构态软体抓手的变刚度技术旨在通过建立一种刚度可控的过程，提高多构态软体抓手的抓取强度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多构态软体抓手，遇到不同的抓取情形时，不需要更换末端执行器，抓取方便，可以提高末端执行器的通用性。
多构态软体抓手，包括执行器本体、设置在执行器本体上至少两根可往复摆动的摆动杆、固定设置在摆动杆上的手指以及驱动所述摆动杆摆动的驱动装置，所述手指通过摆动杆的往复摆动实现抓取或者松开。
进一步，所述摆动杆的两端分别转动配合连接有主动滑块和从动滑块，所述主动滑块和从动滑块分别与执行器本体通过直线轨道配合连接。
进一步，所述主动滑块和从动滑块分别所在的直线轨道位于同一平面内。
进一步，所述主动滑块和从动滑块分别所在的直线轨道相互垂直。
进一步，所述手指采用空心的软体手指，且手指抓取侧的拉伸能力小于手指背侧的拉伸能力，沿着手指的长度方向在手指内设有可充气的气囊结构，手指抓取侧的表面设置有电流变液嵌入层或磁流变液嵌入层。
进一步，所述主动滑块通过设置在执行器本体上的丝杠配合驱动。
进一步，所述丝杠采用双头丝杠，所述主动滑块为至少两组，分别与丝杠的两端配合。
进一步，所述主动滑块上连接有至少一根摆动杆。
进一步，所述丝杠的两端分别通过至少一个轴承支承于所述执行器本体。
进一步，所述执行器本体上还设置有视觉辅助系统。
本发明的有益效果：(1)与普通气动软体手相比，本发明软体手指，具备在正压情况下弯曲形变，达到抓持或拾取物体的功能；(2)同时注意到绝大多数的多构态软体抓手虽然具有材料柔软、对目标物无伤害等优点，但抓取强度不够，负载能力较差，因此本发明通过在软体手指的抓取表面单独制造了电流变液或磁流变液嵌入层来改善抓手的抓取能力，提高抓手的抓取强度；(3)现今绝大多数的末端执行器，它们大多数只具备一种抓取姿态，或是呈平行分布，或是呈交叉分布，这些都取决于该种末端执行器的应用场合，本装置可在实际的应用场景下，可以任意调整多构态软体抓手的姿态，提高了末端执行器的通用性，也改善了抓手的抓取性能；(4)本发明另一创新点在于给整个系统赋予了“视觉”和“触觉”，使整个系统更加智能，能根据目标的外形，及时高效地实现抓取。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本实施例的结构示意图；
图2为本实施例的内部结构示意图；
图3为手指的内部结构示意图。
具体实施方式
图1为本实施例的结构示意图，图2为本实施例的内部结构示意图，图3为手指的内部结构示意图，本发明一种多构态软体抓手，包括执行器本体6、设置在执行器本体6上至少两根可往复摆动的摆动杆1以及驱动所述摆动杆1摆动的驱动装置，所述摆动杆1上固定连接有在摆动杆1相互靠近或远离时实现抓取或者松开的手指2。摆动杆1整体摆动，由于手指2是固定在摆动杆1上的，从而带动手指2运动实现抓取，可以实现在负载多变环境下的抓取任务，提高了末端执行器的抓取刚度，也改善了抓手的抓取性能，本方案结构简单，也能实现对物体的抓取。本实施例摆动杆1的摆动是在一个平面内进行的，手指2的抓取方向是垂直于摆动杆1的摆动平面的，此种设置让摆杆1在一个平面内进行，结构实现比较简单，更加稳定，可以更利于对装置的控制。
本实施例中，所述摆动杆1的两端分别转动配合连接有主动滑块3和从动滑块4，类似于正切机构，所述主动滑块3和从动滑块4分别在执行器本体6上预设的轨道内做直线往复运动，其中11为连接从动滑块4和摆动杆1的轴承，9为设置在执行器本体6上与从动滑块4配合的导轨。本实施例摆动杆1的运动方式相当于正切机构，两端的移动方式是类似于滑块，并且是直线运动的，主动滑块3主动运动，带动从动滑块4滑动，从而实现摆动杆1的摆动，实现上述的抓取过程，此种运动方式比较简单，容易控制。
本实施例中，所述主动滑块3和从动滑块4的直线往复运动方向是互相垂直的。主动滑块3和从动滑块4两者都是做直线往复移动，从而使控制结构更加简单，并且两者的移动方向是互相垂直的，使两者的结构可以适应手指2的结构，抓取姿态可控，不用复杂的机械结构就能实现。
本实施例中，手指2采用气动手指，手指2的抓取侧23的拉伸能力小于手指背侧的拉伸能力，沿着手指2的长度方向在手指内设有可充气的气囊结构。所述气囊结构由若干个互相连通的分气囊结构22形成，手指的背侧面为弹性材料制作的矩形齿条结构24，矩形齿条结构24的齿内一一对应形成用于嵌入分气囊结构22的安装槽。手指2背侧设有相互连通的分气囊结构22，手指2的背侧面为弹性材料制作的矩形齿条结构24，该弹性矩形齿条结构24的每一个齿内均形成一个用于嵌入分气囊结构22的安装槽，各个分气囊结构22相互连通，其手指2内侧设有难以拉伸的约束层(可采用难以拉伸的布条等材料)，即手指2的抓取侧23的拉伸能力小于手指背侧的拉伸能力，当背部的各个气囊充气时，各个弹性矩形齿条结构24内的气囊发生膨胀，并相互挤压，使手指背侧伸长，而内侧受到约束层的约束难以伸长，从而使得整个手指向内弯曲，当几个手指一同使用时，可以对物体进行抓取。
本实施例中，手指抓取侧23的表面设置有电流变液嵌入层或磁流变液嵌入层。通过改变抓取侧23上输入电流的大小,即可改变软体手指2结构的刚度和阻尼，从而改善抓手的抓取能力，提高抓手的抓取强度。
本实施例中，所述主动滑块3通过设置在执行器本体6上的丝杠8配合驱动。所述丝杠8采用双头丝杠，所述主动滑块3为至少两组，分别与丝杠的两头进行配合。采用丝杠8对整个装置进行控制，只需要控制电机的转速和转向，即可轻松实现对物体的抓取或者送放，控制比较简单，本实施例驱动装置包括电机12，电机12的输出轴连接主动轮13，丝杠8穿过被动轮10并与被动轮10固接，主动轮13与被动轮10配合转动从而带动丝杠8转动。
本实施例中，所述主动滑块3上连接有至少一根摆动杆1，丝杠8至少通过两个轴承5支承于所述执行器本体6，其中7为包裹在第一移动副3外的外壳，用于保护内部结构。
本实施例中，所述执行器本体6上还设置有视觉辅助系统，手指2上还设有触觉传感器，当然还包括用于控制上述装置的控制系统，本实施例视觉辅助系统包括工业相机，执行器本体6上的工业相机为整个系统提供第一层视觉辅助，提取目标的外形轮廓进行分类，实现末端执行器初步的位姿调整；所述摆动杆的移动主要依靠工业相机区分被抓取物体的特征从而发送对应的抓取信号，当抓手接近目标之后，进行初步抓取，通过布置在手指上的触觉传感器对当前的抓取效果进行评估反馈，并作出进一步地调整，实现自动调整抓手姿态。从而本装置可在实际的应用场景下，可以任意调整多构态软体抓手的姿态，提高了末端执行器的通用性，也改善了抓手的抓取性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.多构态软体抓手，其特征在于：包括执行器本体、设置在执行器本体上至少两根可往复摆动的摆动杆、固定设置在摆动杆上的手指以及驱动所述摆动杆摆动的驱动装置，所述手指通过摆动杆的往复摆动实现抓取或者松开。
2.根据权利要求1所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述摆动杆的两端分别转动配合连接有主动滑块和从动滑块，所述主动滑块和从动滑块分别与执行器本体通过直线轨道配合连接。
3.根据权利要求2所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述主动滑块和从动滑块分别所在的直线轨道位于同一平面内。
4.根据权利要求1-3任一项所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述主动滑块和从动滑块分别所在的直线轨道相互垂直。
5.根据权利要求1所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述手指采用空心的软体手指，且手指抓取侧的拉伸能力小于手指背侧的拉伸能力，沿着手指的长度方向在手指内设有可充气的气囊结构，手指抓取侧的表面设置有电流变液嵌入层或磁流变液嵌入层。
6.根据权利要求5所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述主动滑块通过设置在执行器本体上的丝杠配合驱动。
7.根据权利要求6所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述丝杠采用双头丝杠，所述主动滑块为至少两组，分别与丝杠的两端配合。
8.根据权利要求7所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述主动滑块上连接有至少一根摆动杆。
9.根据权利要求7所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述丝杠的两端分别通过至少一个轴承支承于所述执行器本体。
10.根据权利要求1所述的多构态软体抓手，其特征在于：所述执行器本体上还设置有视觉辅助系统。
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