CN110181544A - 一种伸缩件、抓手及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于机器人设计领域，特别涉及一种伸缩件、抓手及机器人，其中，伸缩件包括：伸缩件本体，其呈薄壁管状折纸结构，其管壁上浇筑成型有Yoshimura图样的折痕纹路；底部密封件，密封设置在伸缩件本体一端端部开口处；顶部密封件，密封设置在伸缩件本体另一端端部开口处，且顶部密封件上开设有第一通气孔，用于将伸缩件本体内部空腔与外界连通；其中，当伸缩件本体中的气体排出时，其能够按照折痕纹路进行收缩，当伸缩件本体中充入预定量的气体时，其能够伸展成预定形状。本申请的伸缩件、抓手及机器人能够对多种物体进行无损安全、快速的抓持，实现在多种环境多种介质下的低成本、高寿命抓持。

Description

一种伸缩件、抓手及机器人

技术领域

本申请属于机器人设计领域，特别涉及一种伸缩件、抓手及机器人。

背景技术

传统抓持器大都由刚性材料制成，由铰链和连杆构成，有着控制难度高，成本高，应用单一，安全性低等不足。为克服传统抓持器存在的缺陷，出现了软体抓持器，但是，现有的软体抓持器大多采用固定的手指长度，对于形状、尺寸、摆放姿态各异的物体的抓持稳定性不够。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种伸缩件、抓手及机器人。

第一方面，本申请公开了一种伸缩件，所述伸缩结构件包括：

伸缩件本体，所述伸缩件本体呈薄壁管状折纸结构，其管壁上浇筑成型有Yoshimura图样的折痕纹路；

底部密封件，所述底部密封件密封设置在所述伸缩件本体一端端部开口处；

顶部密封件，所述顶部密封件密封设置在所述伸缩件本体另一端端部开口处，且所述顶部密封件上开设有第一通气孔，用于将所述伸缩件本体内部空腔与外界连通；其中

当通过所述第一通气孔将所述伸缩件本体的内腔中的气体排出时，所述伸缩件本体能够按照折痕纹路进行收缩；

当通过所述第一通气孔向所述伸缩件本体的内腔中充入预定量的气体时，所述伸缩件本体伸展成预定形状。

根据本申请的至少一个实施方式，通过过管体轴线的截面将所述伸缩件本体的外表面分为抓捕面和弯曲面，所述抓捕面的面积小于所述弯曲面的面积。

根据本申请的至少一个实施方式，沿所述伸缩件本体的管体长度方向布置有多组折痕，每组折痕沿管体圆周布置有预定数量的颠倒交错的三角形折痕，圆周上的三角形底边折痕均为谷线折痕，另外两边的折痕均为脊线折痕。

根据本申请的至少一个实施方式，每组折痕沿管体圆周布置有3个的颠倒交错的等腰三角形折痕。

第二方面，本申请公开了一种抓手，所述抓手包括抓手本体以及通过指部固定件固定在手指部件，所述手指部件采用上述第一方面中任一项所述的伸缩件；

所述抓手还包括：

气源，所述气源通过管道与所述伸缩件的顶部密封件的第一通气孔连通，用于通过所述第一通气孔将所述伸缩件本体的内腔中的气体排出或向所述伸缩件本体的内腔中充入预定量的气体。

根据本申请的至少一个实施方式，所述指部固定件一端与所述抓手本体铰接，所述伸缩件的顶部密封件与所述指部固定件固定连接；

所述抓手还包括：

角度调节装置，所述角度调节装置与所述指部固定件的远离所述抓手本体的一端铰接，用于驱动所述指部固定件绕其与所述抓手本体的铰接点转动。

根据本申请的至少一个实施方式，所述角度调节装置包括：

调节螺杆，所述调节螺杆垂直固定在所述抓手本体的背向所述手指部件的一侧面；

调节盖板，所述调节盖板上设置有调节通孔，所述调节螺杆穿过所述调节通孔后通过位于所述调节盖板两侧的调节螺母进行限位；

连接件，所述连接件的一端与所述调节盖板铰接，另一端与所述指部固定件的远离所述抓手本体的一端铰接；其中

通过沿所述调节螺杆的轴向方向调节所述调节盖板的位移，以使得所述调节盖板通过连接件带动所述指部固定件转动。

根据本申请的至少一个实施方式，所述抓手本体呈正方形板状结构，所述手指部件的数量为4个，且分别通过所述指部固定件对称设置在所述抓手本体的四个边，其中，所述调节螺杆垂直固定在所述抓手本体的中心位置；

所述调节盖板呈正方形板状结构，所述调节通孔位于所述调节盖板的中心位置，所述调节盖板的四个顶角分别通过一个所述连接件与对应侧的一个所述指部固定件连接。

根据本申请的至少一个实施方式，所述指部固定件与所述顶部密封件背向底部密封件的一侧面密封连接，所述指部固定件上设置有与所述顶部密封件上的第一通气孔相适配的第二通气孔；

在所述调节盖板上靠近对应侧的所述指部固定件的位置处，开设有第三通气孔；其中

所述气源的管道依次穿过所述第三通气孔和第二通气孔后与所述第一通气孔连通。

第三方面，本申请公开了一种机器人，所述机器人包括抓手，所述抓手采用上述第二方面中任一项所述的抓手。

本申请至少存在以下有益技术效果：

本申请的伸缩件、抓手，通过对伸缩件内腔施加正压即可实现多物体的抓取，对伸缩件内腔施加负压可实现伸缩件的折叠，使得控制简捷，另外具有上述抓手的机器人能够对多种物体进行无损安全、快速的抓持，实现在多种环境多种介质下的低成本、高寿命抓持。

附图说明

图1是本申请伸缩件立体图；

图2是本申请伸缩件主视图；

图3是图2中A-A剖视图；

图4是本申请抓手伸展时的其中一个实施例的结构示意图；

图5是图4实施例中抓手折叠时的结构示意图；

图6是图4实施例中抓手张开一定角度时的结构示意图；

图7是图6中虚线部分的放大示意图；

图8是本申请抓手的另一个实施例的结构示意图；

图9是图8实施例中抓手的张开一定角度时的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1-图9对本申请的伸缩件、抓手及机器人进一步详细说明。

第一方面，本申请公开了一种伸缩件；如图1-图3所示，伸缩件1可以包括伸缩件本体11、底部密封件12以及顶部密封件13。

具体地，伸缩件本体11呈薄壁管状折纸结构，其管壁上浇筑成型有Yoshimura图样的折痕纹路。伸缩件本体11可以采用多种是的材料制成，本实施例中，优选为硅胶材料。

底部密封件12密封设置在伸缩件本体11一端端部开口处；顶部密封件13密封设置在伸缩件本体11另一端端部开口处，且顶部密封件13上开设有第一通气孔14，用于将伸缩件本体11内部空腔与外界连通。

其中，当通过第一通气孔14将伸缩件本体11的内腔中的气体排出时，伸缩件本体11能够按照折痕纹路进行收缩；

当通过第一通气孔14向伸缩件本体11的内腔中充入预定量的气体时，伸缩件本体11伸展成预定形状；其中，该预定形状可以由后续将要描述的伸缩件本体11的抓捕面111的面积与弯曲面112的面积比以及抓捕面111的材料厚度是弯曲面112材料厚度等因素来定。

进一步地，Yoshimura图样的折痕纹路是以Yoshimura折纸折痕图案为基础，其伸缩比可以通过改变褶皱的数量而改变，通过控制通入气体的流量来控制伸缩的程度，从而可以实现大伸缩比的管状折叠；通过过管体轴线的截面将伸缩件本体11的外表面分为抓捕面111和弯曲面112，抓捕面111的面积小于弯曲面112的面积。本实施例中，为更好实现伸缩件本体11的伸长和弯曲，抓捕面111的面积与弯曲面112的面积比的范围为0.6-0.7，并且抓捕面111的材料厚度是弯曲面112材料厚度的至少2倍；由于此不对称结构的设计，随伸缩件本体11内部气压增大，抓捕面111首先展开至极限，而弯曲面112会持续展开，此过程使得伸缩件本体11伸长并弯曲，多伸缩件本体11同时弯曲配合可实现包覆抓持的方式。并且，在其他优选实施例中，还可以将伸缩件本体11上尖锐的部分圆角化，使其更易折叠与展平。

进一步地，沿伸缩件本体11的管体长度方向布置有多组折痕，每组折痕沿管体圆周布置有预定数量的颠倒交错的三角形折痕，圆周上的三角形底边折痕均为谷线折痕，另外两边的折痕均为脊线折痕。本实施例中，优选每组折痕沿管体圆周布置有3个的颠倒交错的等腰三角形折痕。由于其特有的折纸结构，当伸缩件本体11处于非工作状态时，对伸缩件本体11内腔进行抽气可使伸缩件本体11折叠。

综上所述，本申请的伸缩件控制简捷，通过对伸缩件内腔施加正压即可实现伸长和弯曲，以对物体进行无损安全、快速的抓持，实现在多种环境多种介质下的低成本、高寿命抓持。

第二方面，本申请还公开了一种抓手；抓手可以包括抓手本体21以及通过指部固定件22固定在手指部件，手指部件可以采用上述第一方面公开的任一项的伸缩件1；进一步地，抓手还可以包括气源。

具体地，气源可以为多种适合的气源结构，能够实现充放气；气源通过管道与伸缩件1的顶部密封件13的第一通气孔14连通，用于通过第一通气孔14将伸缩件本体11的内腔中的气体排出或向伸缩件本体11的内腔中充入预定量的气体，从而控制伸缩件本体11的伸长(同时弯曲)或折叠，具体可参加图4-图7。

进一步地，指部固定件22一端与抓手本体21铰接，伸缩件1的顶部密封件13与指部固定件22固定连接；抓手还可以包括角度调节装置。

具体地，角度调节装置与指部固定件22的远离抓手本体21的一端铰接，用于驱动指部固定件22绕其与抓手本体21的铰接点转动，从而控制指部固定件22张开以及调节张开角度。

其中，角度调节装置可以为多种适合的结构，如图4-图7所示，在其中一个优选实施例中，角度调节装置可以包括调节螺杆231、调节盖板232、连接件234。

具体地，调节螺杆231垂直固定在抓手本体21的背向手指部件的一侧面；调节盖板232上设置有调节通孔，调节螺杆231穿过调节通孔后通过位于调节盖板232两侧的调节螺母233进行限位，实现手爪的不同抓捕初始角度，用以适应不同大小、形状的物体的抓持；连接件234的一端与调节盖板232铰接，另一端与指部固定件22的远离抓手本体21的一端铰接。其中，通过沿调节螺杆231的轴向方向调节调节盖板232的位移，以使得调节盖板232通过连接件234带动指部固定件22转动。

进一步地，图4实施例中，优选抓手本体21呈正方形板状结构，手指部件的数量为4个，且分别通过指部固定件22对称设置在抓手本体21的四个边，其中，调节螺杆231垂直固定在抓手本体21的中心位置；调节盖板232呈正方形板状结构，调节通孔位于调节盖板232的中心位置，调节盖板232的四个顶角分别通过一个连接件234与对应侧的一个指部固定件22连接。

进一步地，图4实施例中，指部固定件22与顶部密封件13背向底部密封件12的一侧面密封连接，指部固定件22上设置有与顶部密封件13上的第一通气孔14相适配的第二通气孔235。

另外，在调节盖板232上靠近对应侧的指部固定件22的位置处，开设有第三通气孔236。其中，气源的管道依次穿过第三通气孔236和第二通气孔235后与第一通气孔14连通。

如图8、图9所示，是在另一优选实施例中角度调节装置的结构，与图4所示实施例中角度调节装置的原理基本相同，各部件形状略有不同，此处不再具体赘述。需要说明的是，该实施例中指部固定件22上的气孔为示出，且该结构中，由于调节盖板232面积小，并未遮挡指部固定件22，因此可以不在调节盖板232上开孔。

同样地，本申请的抓手控制简捷，通过对伸缩件内腔施加正压即可实现伸长和弯曲，并可通过角度调节装置控制各手指部件的张开以及调节张开角度，以对物体进行无损安全、快速的抓持，实现在多种环境多种介质下的低成本、高寿命抓持。

第三方面，本申请还公开了一种机器人；其中，机器人可以为多种已知的具有抓手的机器人，其中，机器人的抓手可以采用上述第二方面公开的任一项的抓手；具有上述抓手的机器人能够对多种物体进行无损安全、快速的抓持，实现在多种环境多种介质下的低成本、高寿命抓持，同时还可以和人类进行安全地交互；另外，用于制造折纸机器人的纸张或其他可折叠薄片材料在显著减少机器人重量和降低材料成本的同时也有利于环境保护。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种伸缩件，其特征在于，所述伸缩件(1)包括：

伸缩件本体(11)，所述伸缩件本体(11)呈薄壁管状折纸结构，其管壁上浇筑成型有Yoshimura图样的折痕纹路；

底部密封件(12)，所述底部密封件(12)密封设置在所述伸缩件本体(11)一端端部开口处；

顶部密封件(13)，所述顶部密封件(13)密封设置在所述伸缩件本体(11)另一端端部开口处，且所述顶部密封件(13)上开设有第一通气孔(14)，用于将所述伸缩件本体(11)内部空腔与外界连通；其中

当通过所述第一通气孔(14)将所述伸缩件本体(11)的内腔中的气体排出时，所述伸缩件本体(11)能够按照折痕纹路进行收缩；

当通过所述第一通气孔(14)向所述伸缩件本体(11)的内腔中充入预定量的气体时，所述伸缩件本体(11)伸展成预定形状。

2.根据权利要求1所述的伸缩件，其特征在于，通过过管体轴线的截面将所述伸缩件本体(11)的外表面分为抓捕面(111)和弯曲面(112)，所述抓捕面(111)的面积小于所述弯曲面(112)的面积。

3.根据权利要求2所述的伸缩件，其特征在于，沿所述伸缩件本体(11)的管体长度方向布置有多组折痕，每组折痕沿管体圆周布置有预定数量的颠倒交错的三角形折痕，圆周上的三角形底边折痕均为谷线折痕，另外两边的折痕均为脊线折痕。

4.根据权利要求3所述的伸缩件，其特征在于，每组折痕沿管体圆周布置有3个的颠倒交错的等腰三角形折痕。

5.一种抓手，其特征在于，所述抓手包括抓手本体(21)以及通过指部固定件(22)固定在手指部件，所述手指部件采用如权利要求1-4任一项所述的伸缩件(1)；

所述抓手还包括：

气源，所述气源通过管道与所述伸缩件(1)的顶部密封件(13)的第一通气孔(14)连通，用于通过所述第一通气孔(14)将所述伸缩件本体(11)的内腔中的气体排出或向所述伸缩件本体(11)的内腔中充入预定量的气体。

6.根据权利要求5所述的抓手，其特征在于，所述指部固定件(22)一端与所述抓手本体(21)铰接，所述伸缩件(1)的顶部密封件(13)与所述指部固定件(22)固定连接；

所述抓手还包括：

角度调节装置，所述角度调节装置与所述指部固定件(22)的远离所述抓手本体(21)的一端铰接，用于驱动所述指部固定件(22)绕其与所述抓手本体(21)的铰接点转动。

7.根据权利要求6所述的抓手，其特征在于，所述角度调节装置包括：

调节螺杆(231)，所述调节螺杆(231)垂直固定在所述抓手本体(21)的背向所述手指部件的一侧面；

调节盖板(232)，所述调节盖板(232)上设置有调节通孔，所述调节螺杆(231)穿过所述调节通孔后通过位于所述调节盖板(232)两侧的调节螺母(233)进行限位；

连接件(234)，所述连接件(234)的一端与所述调节盖板(232)铰接，另一端与所述指部固定件(22)的远离所述抓手本体(21)的一端铰接；其中

通过沿所述调节螺杆(231)的轴向方向调节所述调节盖板(232)的位移，以使得所述调节盖板(232)通过连接件(234)带动所述指部固定件(22)转动。

8.根据权利要求7所述的抓手，其特征在于，所述抓手本体(21)呈正方形板状结构，所述手指部件的数量为4个，且分别通过所述指部固定件(22)对称设置在所述抓手本体(21)的四个边，其中，所述调节螺杆(231)垂直固定在所述抓手本体(21)的中心位置；

所述调节盖板(232)呈正方形板状结构，所述调节通孔位于所述调节盖板(232)的中心位置，所述调节盖板(232)的四个顶角分别通过一个所述连接件(234)与对应侧的一个所述指部固定件(22)连接。

9.根据权利要求8所述的抓手，其特征在于，所述指部固定件(22)与所述顶部密封件(13)背向底部密封件(12)的一侧面密封连接，所述指部固定件(22)上设置有与所述顶部密封件(13)上的第一通气孔(14)相适配的第二通气孔(235)；

在所述调节盖板(232)上靠近对应侧的所述指部固定件(22)的位置处，开设有第三通气孔(236)；其中

所述气源的管道依次穿过所述第三通气孔(236)和第二通气孔(235)后与所述第一通气孔(14)连通。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括抓手，所述抓手采用如权利要求5-9任一项所述的抓手。