CN109986594A - 一种抓取装置以及包含其的机械手臂 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供了一种抓取装置以及包含其的机械手臂，抓取装置包括发光模块和至少一个抓取单元，发光模块配置为向待抓物发射光束；抓取单元与发光模块相连接，且其配置为接收待抓物的反射光束并发生形变，抓取待抓物，通过抓取单元对待抓物的反射光束的形变反应，实现抓取单元能够及时抓取待抓物。本公开通过发光模块向待抓物发射光束，抓取单元接收待抓物的反射光束并发生形变，从而抓取待抓物，抓取单元由柔软弹性的材料制成，可对不规则形状物体进行柔性和无损抓取，而且该抓取装置可应用在机械手臂上，使现有的机械手臂也能够实现柔性和无损抓取。

Description

一种抓取装置以及包含其的机械手臂

技术领域

本公开涉及抓取装置领域，尤其涉及一种抓取装置以及包含其的机械手臂。

背景技术

随着科技的发展，医护机器人将会在未来的智能医疗护理领域发挥越来越大的作用，其中，机器人的机械手臂在工业、制造业、医疗行业等早已广泛应用，机械手臂的驱动方式多为电动或气动，且多数为刚性抓手，较难实现柔性抓取和无损抓取，对待抓物体的形状也有要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本公开提供了一种抓取装置以及包含其的机械手臂，通过抓取单元对待抓物的反射光束的形变反应，实现抓取单元能够及时抓取待抓物。

本公开实施例提供了一种抓取装置，包括：

发光模块，其配置为向待抓物发射光束；

至少一个抓取单元，其与所述发光模块相连接，其配置为接收所述待抓物的反射光束并发生形变，抓取所述待抓物。

在一些实施例中，所述抓取装置还包括控制模块，其配置为控制所述发光模块发射不同波长的光束，以调整所述抓取单元的形变。

在一些实施例中，所述抓取单元采用光致弯曲材料制成。

在一些实施例中，所述光致弯曲材料采用向列相的液晶高弹体材料。

在一些实施例中，所述液晶高弹体材料包括多个液晶基元，所述液晶基元为长棒状，所述液晶基元之间通过柔性高分子链连接。

在一些实施例中，所述液晶基元可相对自由转动。

在一些实施例中，所述发光模块包括光源体和至少一个导光体，所述光源体通过所述导光体向所述待抓物发射光束。

在一些实施例中，所述光源体位于所述导光体的第一端，所述导光体的第二端与所述抓取单元连接。

在一些实施例中，所述光源体采用宽带光源。

在一些实施例中，所述宽带光源的中心波长范围为1510-1590纳米，发射间隔为1-2纳米。

在一些实施例中，所述导光体为多模光纤。

在一些实施例中，所述导光体的所述第二端与所述抓取单元的中部连接，并且伸出所述抓取单元的表面。

在一些实施例中，所述抓取单元包括多个抓取部，所述导光体的所述第二端与多个所述抓取部的底部相连接。

在一些实施例中，所述抓取部相对所述导光体的所述第二端呈中心对称布置。

在一些实施例中，所述抓取装置还包括调制器，所述光源体通过所述调制器与多个所述导光体连接，并且并联多个所述抓取单元。

本公开实施例还提供了一种机械手臂，包括上述的抓取装置。

与现有技术相比，本公开实施例的有益效果在于：本公开通过发光模块向待抓物发射光束，抓取单元接收待抓物的反射光束并发生形变，从而抓取待抓物，抓取单元由柔软弹性的材料制成，可对不规则形状物体进行柔性和无损抓取，而且该抓取装置可应用在机械手臂上，使现有的机械手臂也能够实现对不规则形状的物体的柔性和无损抓取。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。

图1为本公开实施例抓取装置的抓取单元未抓取状态的结构示意图；

图2为本公开实施例抓取装置的抓取单元抓取状态的结构示意图；

图3为本公开实施例抓取装置的发光模块的结构示意图；

图4为本公开实施例抓取装置的多个抓取部连接的结构示意图。

图中的附图标记所表示的构件：

1-发光模块；11-光源体；12-导光体；2-抓取单元；21-抓取部；3-待抓物。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本公开实施例提供了一种抓取装置，该抓取装置能够安装在医护机器人上，以实现对不规则形状的物体的自动无损抓取和释放，该抓取装置的结构如图1所示，抓取装置可以安装在医护机器人的机械臂的端部，其包括发光模块1和至少一个抓取单元2，发光模块1配置为朝向待抓物3并向待抓物3发射光束，例如可以是激光；在本实施例中，以抓取装置包括一个抓取单元2为例，该抓取单元2与发光模块1相连接，且其配置为接收待抓物3的反射光束并发生形变，发光模块1与抓取单元2之间的连接方式不限，只要能够使得在使用抓取装置时，发光模块1和抓取单元2连接为一体使用即可。

本公开实施例的抓取装置通过发光模块1向待抓物3发射光束，发光模块1向待抓物3发射的光束应该确保能够照射到待抓物3的表面，光束在待抓物2表面进行反射，抓取单元2接收待抓物3的反射光束发生形变反应，导致抓取单元2能够弯曲，尤其是两端发生合拢，从而抓取待抓物3，其中，为了更轻易地抓取待抓物3，抓取单元2可以是爪型、半圆形等能够容易实现抓取动作的形状；进一步地，为了对不规则形状物体进行柔性和无损抓取，抓取单元2由柔软弹性的材料制成，这样，抓取单元2在进行抓取时，如果待抓物3的表面比较脆弱，也不会对待抓物3造成损坏。

进一步地，由于抓取单元2能够接收反射光束并产生形变反应，从而对不规则形状物体进行柔性和无损抓取，因此，抓取单元2的材料应具有柔性、高弹性且具有能够发生光致弯曲的反应的特性，这样，能够实现在接收到待抓物3的反射光束后产生形变的效果。

进一步地，抓取单元2根据不同波长的光束会产生不同程度的形变反应，能够实现不同的形变效果，导致抓取的范围和抓合力不同，从而能够抓取不同尺寸的待抓物3。例如中心波长范围较大的光束会导致抓取单元2产生较小的形变效果，从而抓取体积较小的待抓物，中心波长范围较小的光束会导致抓取单元2产生较大的形变效果，从而抓取体积较大的待抓物，因此，可以根据待抓物的大小选择不同波长范围的光束，从而形成不同程度的爪状以将待抓物3抓取，并且在光束消失后，抓取单元2恢复初始的形状。

相应地，发光模块1可以向待抓物3发射固定波长的光束或按照一定变化规律发射不同波长的光束，其发射的光束经待抓物3反射后形成的反射光束在被抓取单元2接收后，能够使抓取单元2发生需要的形变从而抓取不同的待抓物3。

在一些实施例中，为了更好地控制发光模块1发射光束的波长范围，抓取装置还包括控制模块(图中未示出)，该控制模块配置为控制发光模块1发射不同波长范围的光束，以调整抓取单元2的形变效果，抓取单元2的材质使其对不同波长的光束的产生形变效果不同，因此抓取单元2的抓取力也相应地不同，通过控制模块能够调整发光模块1发射的波长，从而调整抓取单元2的形变程度和抓取力度。此外，在发光模块1停止发射的光束后，抓取单元2会恢复初始形状并释放待抓物3，因此，可以通过控制模块来实现对抓取单元2抓握动作力度和抓取形状的控制。

在一些实施例中，抓取单元2根据不同波长的光束会产生不同形变反应，从而能够实现不同的形变效果，因此，抓取单元2采用光致弯曲材料制成，光致弯曲材料能够对光产生光致形变效应，使其受到光束照射时发生形变弯曲。

在一些实施例中，光致弯曲材料采用向列相的液晶高弹体材料，液晶高弹体是一种交联的固态高分子液晶材料，具有柔软、弹性的外部特征以及能够发生光致弯曲的光致形变效应的特性，能够实现抓取单元2的柔性抓取和无损抓取，不会损害到待抓物3的表面。

在一些实施例中，液晶高弹体材料包括多个液晶基元，液晶基元为长径比较大的长棒状，液晶基元之间通过柔性高分子链连接。由于交联的结构限制了液晶高弹体中液晶基元的流动，因此，液晶高弹体显现固态状，不但能够承受压力，还具有弹性体的特性。

在一些实施例中，液晶基元可相对自由转动。

当液晶高弹体收到光线照射时，其内部的相列向液晶基元的排列发生变化，降低相变的稳定性和有序度，它们将基于施加光线的波长等扭曲成相应的角度，从而发生收缩的形变动作。通过液晶基元的扭曲，从而使得液晶高弹体发生扭曲，从而实现抓取单元2的抓取动作。

下面将结合附图进一步说明发光模块1的结构。

在一些实施例中，如图2和3所示，发光模块1包括光源体11和至少一个导光体12，光源体11发射光束并通过导光体12传导，从而向待抓物3发射光束，以实现发光模块1的发光效果。光源体11例如可以是激光发射装置，导光体12的形状不限，其可为圆柱状、长方体状或球状，只要能够无损地传导光束即可。优选地，导光体12采用圆柱状。

在一些实施例中，光源体11位于导光体12的第一端，也就是远离抓取单元2的一端，导光体12的第二端与抓取单元2连接，以实现发光模块1和抓取单元2形成整体，具体连接方式不限。这样，发光体1发出的光束从导光体12的一端进入导光体12，通过导光体12进行光束的传导并最终通过导光体12的第二端向待抓物3发射光束，这样，发光模块1发射的光束不会被抓取单元2阻挡，结构简单，同时也方便使用。

在一些实施例中，为了提升发光模块1发射光束的准确性和稳定性，光源体11采用宽带光源，宽带光源是宽频段、低偏振度的高功率稳定光源，通过其内部的高能发光二极管的高精度控制实现光束发射的更高稳定性，从而能够准确地照射待抓物3，并且能够适应更多的待测物3。

在一些实施例中，发光模块1的光源体11采用的宽带光源的中心波长范围选择1510-1590纳米，光源体11采用的宽带光源的发射间隔为1-2纳米，光束波长的选择能够适应更多的待抓物，发射间隔的设置综合考虑光的分辨率和覆盖范围，提升光束发射的稳定性和实用性。

在一些实施例中，考虑到导光体12传导光束需要较高的稳定性，不能在光束的传导过程中产生较多的损失，同时可能需要较长的传导距离，因此，导光体12可采用多模光纤，多模光纤可以抗电磁干扰，使得在传导过程中光束的损失很小。当多模光纤发出的光束被待抓物3反射到抓取单元2上时，抓取单元2接收到光束发生收缩的形变反应，如图2所示，抓取单元2在接收到反射光束后其两端收缩合拢，从而抓取待抓物3。

在一些实施例中，继续结合图1，导光体12的第二端与抓取单元2的中部连接，并且伸出抓取单元2的表面，使得导光体12发出的光束能够均匀地向待抓物3射出，避免抓取单元2因接收到的光束的不均匀的问题，导致其抓力不均，无法稳定的抓取待抓物3。

为了实现良好的抓取效果，如图2所示，抓取单元2包括两个抓取部21，抓取部21在抓取单元2中对称布置，导光体12的第二端与两个抓取部21的底部相连接，实现通过导光体12控制抓取部21的形变并进行收缩合拢。

在一些实施例中，抓取装置包括至少两个抓取单元2，如图4所示，以抓取装置包括三个抓取单元2为例，每个抓取单元2相对于中心对称布置，三个抓取单元2中的六个抓取部21均与导光体12的第二端相同轴连接，这样，能够多角度的施加抓紧力于待抓物3，实现了对待抓物3的稳定抓取，即当待抓物3反射的光束到多个抓取部21上时，多个抓取部21同时发生形变以收拢抓取待抓物3，以多方向多角度的抓取待抓物3，本公开的抓取单元2的数量并不限定为三个，可为多个，图中仅为示意。

在一些实施例中，继续结合图4，抓取部21相对导光体12的第二端呈中心对称布置，实现抓取单元2能够施加均匀且全面的抓取力，以更进一步稳定地抓取待抓物3。

在一些实施例中，为了使得发光模块1对于多个抓取单元2实现驱动，该抓取装置还包括调制器(图中未示出)，发光模块1中的光源体11通过调制器与多个导光体12连接，从而形成多个光束传输通道以连接多个抓取单元2，通过调制器能够实现拓展更多的抓取单元2，实现综合工况下的柔性抓取。

本公开实施例还提供了一种机械手臂，机械手臂包括上述的抓取装置，拓展抓取装置的应用场景，使现有的机械手臂也能够实现对不规则形状的物体的柔性和无损抓取。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。

以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。

Claims (16)

1.一种抓取装置，其特征在于，包括：

发光模块，其配置为向待抓物发射光束；

至少一个抓取单元，其与所述发光模块相连接，其配置为接收所述待抓物的反射光束并发生形变，抓取所述待抓物。

2.根据权利要求1所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取装置还包括控制模块，其配置为控制所述发光模块发射不同波长的光束，以调整所述抓取单元的形变。

3.根据权利要求1所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取单元采用光致弯曲材料制成。

4.根据权利要求3所述的抓取装置，其特征在于，所述光致弯曲材料采用向列相的液晶高弹体材料。

5.根据权利要求4所述的抓取装置，其特征在于，所述液晶高弹体材料包括多个液晶基元，所述液晶基元为长棒状，所述液晶基元之间通过柔性高分子链连接。

6.根据权利要求5所述的抓取装置，其特征在于，所述液晶基元可相对自由转动。

7.根据权利要求1所述的抓取装置，其特征在于，所述发光模块包括光源体和至少一个导光体，所述光源体通过所述导光体向所述待抓物发射光束。

8.根据权利要求7所述的抓取装置，其特征在于，所述光源体位于所述导光体的第一端，所述导光体的第二端与所述抓取单元连接。

9.根据权利要求7所述的抓取装置，其特征在于，所述光源体采用宽带光源。

10.根据权利要求9所述的抓取装置，其特征在于，所述宽带光源的中心波长范围为1510-1590纳米，发射间隔为1-2纳米。

11.根据权利要求7所述的抓取装置，其特征在于，所述导光体为多模光纤。

12.根据权利要求8所述的抓取装置，其特征在于，所述导光体的所述第二端与所述抓取单元的中部连接，并且伸出所述抓取单元的表面。

13.根据权利要求8所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取单元包括多个抓取部，所述导光体的所述第二端与多个所述抓取部的底部相连接。

14.根据权利要求13所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取部相对所述导光体的所述第二端呈中心对称布置。

15.根据权利要求7所述的抓取装置，其特征在于，所述抓取装置还包括调制器，所述光源体通过所述调制器与多个所述导光体连接，并且并联多个所述抓取单元。

16.一种机械手臂，包括如权利要求1-15任一项所述的抓取装置。