CN110405797A - 柔性抓取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性抓取装置，包括：装置本体，一侧形成圆弧凹陷；柔性包络件，所述柔性包络件一端形成固定端、另一端形成活动端，所述固定端固定于所述装置本体上，所述活动端可沿第一圆弧轨迹自所述圆弧凹陷的一侧运动至另一侧，所述第一圆弧轨迹与所述圆弧凹陷的圆弧轮廓连接形成圆周；牵引机构，设置于所述装置本体上，用于牵引所述活动端沿所述第一圆弧轨迹往复运动；锁止机构，设置于所述装置本体上，用于将所述活动端锁止于所述第一圆弧轨迹远离所述固定端的一端。该柔性抓取装置可实现对圆柱形物体的柔性安全抓取，抓取过程柔软、自动化程度高、精确度佳，保证抓取对象的表面质量与结构安全。

Description

柔性抓取装置

技术领域

本发明涉及抓取装置技术领域，特别涉及一种柔性抓取装置。

背景技术

利用机械装置对物体进行自动抓取，在各类自动化设备、机器人中有着广泛需求。现有的自动抓取装置多为刚性抓取方式，包括机械夹爪、气动手指等类型，直接对物体进行刚性夹持，容易对物体的表面造成破坏。特别是圆柱形物体，抓取难度很高，在抓取过程的表面质量更难保证。也有气动吸盘的抓取形式，但无法应用于圆柱形物体。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种柔性抓取装置，可实现对圆柱形物体的柔性安全抓取，保证抓取对象的表面质量与结构安全。

本发明提供的柔性抓取装置，包括：

装置本体，一侧形成圆弧凹陷；

柔性包络件，所述柔性包络件一端形成固定端、另一端形成活动端，所述固定端固定于所述装置本体上，所述活动端可沿第一圆弧轨迹自所述圆弧凹陷的一侧运动至另一侧，所述第一圆弧轨迹与所述圆弧凹陷的圆弧轮廓连接形成圆周；

牵引机构，设置于所述装置本体上，用于牵引所述活动端沿所述第一圆弧轨迹往复运动；

锁止机构，设置于所述装置本体上，用于将所述活动端锁止于所述第一圆弧轨迹远离所述固定端的一端。

示范性地，所述牵引机构包括圆弧齿条、主动齿轮及用于驱动所述主动齿轮旋转的驱动元件，所述圆弧齿条可沿第二圆弧轨迹往复运动地保持于所述装置本体上，所述第二圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述圆弧齿条连接及牵引所述活动端，所述圆弧齿条与所述主动齿轮保持啮合，所述主动齿轮可旋转地保持于所述装置本体上。

进一步地，所述圆弧齿条成对设置，成对的圆弧齿条中的二者沿所述圆弧凹陷的轴向分居所述柔性包络件的两侧。进一步地，所述主动齿轮与所述圆弧齿条数量相等并一一对应地设置，成对的主动齿轮由同一驱动元件驱动并安装于同一齿轮安装轴上。

进一步地，所述牵引机构还包括复数个导向滑轮、圆弧滑动件，所述复数个导向滑轮沿所述圆弧凹陷的周向离散布置于所述装置本体上，所述圆弧滑动件可沿第三圆弧轨迹滑动地保持于所述复数个导向滑轮上，所述第三圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述圆弧齿条固定于所述圆弧滑动件的表面上。

进一步地，所述圆弧滑动件上具有导向凸轨，所述导向滑轮的外周面上具有导向凹槽，所述导向凸轨可滑动地保持于所述导向凹槽内。

进一步地，所述牵引机构还包括圆弧伸缩件，所述圆弧伸缩件可沿第四圆弧轨迹滑动伸缩地保持于所述圆弧滑动件上，所述第四圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述活动端设置于所述圆弧伸缩件上。

进一步地，所述第四圆弧轨迹位于所述第一圆弧轨迹远离所述固定端的一端与所述第二圆弧轨迹远离所述固定端的一端之间。

示范性地，所述柔性抓取装置还包括第一位置传感器，用于感测所述活动端运动远离所述固定端时的运动位置。

示范性地，所述活动端具有环扣结构，所述锁止机构包括锁止销与用于驱动所述锁止销直线往复运动的驱动单元，所述锁止销直线往复运动地穿过所述环扣结构或自所述环扣结构中抽出。

示范性地，所述环扣结构为带扣或绳扣。

进一步地，所述柔性抓取装置还包括第二位置传感器，用于感测所述锁止销的运动位置。进一步地，所述装置本体包括具有支撑孔的支撑耳，所述锁止销一并穿过所述环扣结构与所述支撑耳的支撑孔。进一步地，所述第二位置传感器设置于所述锁止销穿过所述环扣结构的行程末端。

示范性地，所述圆弧凹陷上配置复数个柔性包络件，所述复数个柔性包络件沿所述圆弧凹陷的轴向间距分布。

示范性地，所述牵引机构与所述柔性包络件一一对应地设置。

示范性地，所述锁止机构与所述柔性包络件一一对应地设置。

示范性地，所述柔性包络件为柔性带或柔性绳。

示范性地，所述圆弧凹陷的表面设置有弹性缓冲垫，所述弹性缓冲垫沿所述圆弧凹陷的周向延伸。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

以装置本体的圆弧凹陷包裹圆柱形物体的一侧外周面，以牵引机构牵引柔性包络件柔性包络圆柱形物体的另一侧外周面，当柔性包络件的活动端运动至第一圆弧轨迹远离固定端的一端末端时，以锁止机构将活动端锁止于该位置，使圆柱形物体可靠地保持于圆弧凹陷与柔性包络件的包络之中，抓取过程柔软、自动化程度高、精确度佳，保证圆柱形物体的表面免受破坏损伤，满足圆柱形物体的安全抓取要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的柔性抓取装置的整体结构示意图；

图2为图1中柔性抓取装置的局部结构示意图；

图3为图2中柔性抓取装置的M处局部结构示意图；

图4为图2中柔性抓取装置的N处局部结构示意图；

图5为图1中柔性抓取装置沿横截面的剖视示意图；

图6为图1中柔性抓取装置沿轴截面的局部剖视示意图。

主要元件符号说明：

1-装置本体，11-圆弧凹陷，12-支撑耳，13-弹性缓冲垫，2-柔性包络件，21-固定端，22-活动端，31-圆弧齿条，32-主动齿轮，33-驱动元件， 34-齿轮安装轴，35-导向滑轮，351-导向凹槽，36-圆弧滑动件，361-导向凸轨，37-圆弧伸缩件，41-锁止销，42-驱动单元，51-第一位置传感器，52- 第二位置传感器，6-导向轴，7-对接部。

具体实施方式

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/ 或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请结合参阅图1-6，本实施例公开了柔性抓取装置的一种具体构造，该柔性抓取装置包括装置本体1、柔性包络件2、牵引机构与锁止机构，可实现对圆柱形物体的柔性安全抓取，保证抓取对象的表面质量与结构安全。

装置本体1一侧形成圆弧凹陷11，用以包裹容纳圆柱形物体的一侧外周面。示范性地，圆弧凹陷11的表面设置有弹性缓冲垫13，弹性缓冲垫 13沿圆弧凹陷11的周向延伸，实现对圆柱形物体的弹性包裹，防止刚性接触造成的表面破坏。示范性地，弹性缓冲垫13由聚氨酯材料制成。示范性地，圆弧凹陷11由形成于多个保持平行的板件上的圆弧凹槽组成，该数个圆弧凹槽具有同轴同径关系。另一种示范，圆弧凹陷11为形成于装置本体1一侧表面的圆弧凹槽。

柔性包络件2用于柔性包络圆柱形物体的另一侧外周面，示范性地，柔性包络件2为柔性带或柔性绳。所谓柔性包络，是指柔性包络件2于圆柱形物体作用于可柔性变形，贴紧于圆柱形物体的外周面上。

柔性包络件2一端形成固定端21，另一端形成活动端22。其中，固定端21固定于装置本体1上，例如固定端21形成环扣结构而固定套设于装置本体1上。活动端22可沿第一圆弧轨迹自圆弧凹陷11的一侧运动至另一侧，第一圆弧轨迹与圆弧凹陷11的圆弧轮廓连接形成圆周，从而包裹圆柱形物体。当柔性包络件2的活动端22运动至第一圆弧轨迹远离固定端21的一端末端，圆弧凹陷11与柔性包络件2完整地包裹圆柱形物体。可以理解，所谓圆弧凹陷11的一侧与另一侧，是指圆弧凹陷11轴向的垂向两端，亦即圆弧凹陷11的开口部的两侧边缘。

示范性地，圆弧凹陷11上配置复数个柔性包络件2，复数个柔性包络件2沿圆弧凹陷11的轴向间距分布，共同地对抓取对象进行包络支持，使抓取对象保持稳定，保证抓取的可靠性。

牵引机构设置于装置本体1上，用于牵引活动端22沿第一圆弧轨迹往复运动，使柔性包络件2对圆柱形物体自动包络或解除包络。示范性地，牵引机构与柔性包络件2一一对应地设置，实现对柔性包络件2的独立牵引。

示范性地，牵引机构包括圆弧齿条31、主动齿轮32与驱动元件33。圆弧齿条31可沿第二圆弧轨迹往复运动地保持于装置本体1上，用于连接及牵引活动端22。可以理解，圆弧齿条31为沿圆弧延伸而成的齿条，其齿廓类型根据实际应用工况决定。

其中，第二圆弧轨迹与第一圆弧轨迹同轴分布。主动齿轮32可旋转地保持于装置本体1上，圆弧齿条31与主动齿轮32保持啮合。驱动元件33 设置于装置本体1上，用于驱动主动齿轮32旋转，其形式包括旋转电机、液压马达等类型。于驱动元件33的驱动下，主动齿轮32旋转地驱动圆弧齿条31，使圆弧齿条31沿第二圆弧轨迹往复运动，活动端22于圆弧齿条 31的牵引下沿第一圆弧轨迹往复运动。

示范性地，圆弧齿条31成对设置，成对的圆弧齿条31中的二者沿圆弧凹陷11的轴向分居柔性包络件2的两侧。示范性地，主动齿轮32与圆弧齿条31数量相等并一一对应地设置。示范性地，成对的主动齿轮32由同一驱动元件33驱动并安装于同一齿轮安装轴34上，该齿轮安装轴34 可旋转地保持于装置本体1上。

示范性地，牵引机构还包括复数个导向滑轮35、圆弧滑动件36。该复数个导向滑轮35沿圆弧凹陷11的周向离散布置于装置本体1上，圆弧滑动件36可沿第三圆弧轨迹滑动地保持于复数个导向滑轮35上。可以理解，圆弧滑动件36具有圆弧轮廓。其中，第三圆弧轨迹与第一圆弧轨迹同轴分布，圆弧齿条31固定于圆弧滑动件36的表面上。由此，通过导向滑轮35 与圆弧滑动件36的运动配合，对圆弧齿条31的运动导向得以实现。

示范性地，圆弧滑动件36上具有导向凸轨361，导向滑轮35的外周面上具有导向凹槽351，导向凸轨361可滑动地保持于导向凹槽351内。例如，导向凸轨361的数量为二，沿圆弧凹陷11的轴向分居圆弧滑动件 36的两侧边缘。由此，通过导向凸轨361与导向凹槽351的运动配合，进一步实现对圆弧齿条31精确的运动导向。

示范性地，牵引机构还包括圆弧伸缩件37，圆弧伸缩件37可沿第四圆弧轨迹滑动伸缩地保持于圆弧滑动件36上。可以理解，圆弧伸缩件37 具有圆弧轮廓。第四圆弧轨迹与第一圆弧轨迹同轴分布，活动端22设置于圆弧伸缩件37上。其中，第四圆弧轨迹位于第一圆弧轨迹远离固定端21 的一端与第二圆弧轨迹远离固定端21的一端之间。

例如，第二圆弧轨迹远离固定端21的一端，即为圆弧齿条31做远离固定端21的运动的行程末端，位于圆弧凹陷11的开口部的两侧边缘之间。当圆弧齿条31沿远离固定端21的方向运动至行程末端时，圆弧伸缩件37 一并运动至圆弧凹陷11的开口部的两侧边缘之间。于运动惯性作用下，圆弧伸缩件37沿远离固定端21的方向伸出于圆弧滑动件36之外，使活动端 22接近并到达第一圆弧轨迹远离固定端21的一端末端，实现自动完整包络。特别地，当圆弧凹陷11的轴向保持水平且圆柱形物体位于圆弧凹陷11的下方时，圆弧伸缩件37还受到自重作用而加速甩出。示范性地，圆弧滑动件36具有收容槽，圆弧伸缩件37可滑动伸缩地保持于收容槽内。

前述的设计方式，压缩了圆弧齿条31的运动行程与弧长尺寸，降低了装置本体1收容圆弧齿条31的难度、压缩装置本体1的整体尺寸。同时，该设计方式利用了惯性力与自重进行运动驱动，减少了驱动能源消耗。

锁止机构设置于装置本体1上，用于将活动端22锁止于第一圆弧轨迹远离固定端21的一端，使活动端22保持固定于装置本体1上，柔性包络件2保持完全展开地实现对抓取对象的包络。示范性地，锁止机构与柔性包络件2一一对应地设置。示范性地，锁止机构与柔性包络件2的固定端 21分居圆弧凹陷11的中心轴的两侧。

示范性地，活动端22具有环扣结构。相应地，锁止机构包括锁止销 41与驱动单元42。锁止销41直线往复运动地穿过环扣结构或自环扣结构中抽出，驱动单元42用于驱动锁止销41直线往复运动。示范性地，环扣结构为带扣或绳扣，由柔性包络件2的具体形式决定。当锁止销41穿过环扣结构而套设于活动端22中时，活动端22即可保持固定于装置本体1上。驱动单元42的实现方式众多，包括电动推杆、电缸、伸缩缸等器件类型、丝杠-导轨等机构类型。

示范性地，柔性抓取装置还包括第一位置传感器51，用于感测活动端 22运动远离固定端21时的运动位置。其中，第一位置传感器51包括接近开关、行程开关等类型。当活动端22沿远离固定端21的方向运动至第一圆弧轨迹远离固定端21的一端末端时，第一位置传感器51感应并发出感测信号，控制单元(单片机或控制电脑)据之发出控制信号，使锁止机构于控制信号下将活动端22锁止于该末端位置，实现柔性包络件2对圆柱形物体的可靠包络。

示范性地，柔性抓取装置还包括第二位置传感器52，第二位置传感器52用于感测锁止销41的运动位置。其中，第二位置传感器52包括接近开关、行程开关等类型。当活动端22沿远离固定端21的方向运动至第一圆弧轨迹远离固定端21的一端末端时，第一位置传感器51感应并发出感测信号，控制单元(单片机或控制电脑)据之发出控制信号，使驱动单元42 停止驱动、锁止销41停止于当前位置。

示范性地，装置本体1包括具有支撑孔的支撑耳12，锁止销41一并穿过环扣结构与支撑耳12的支撑孔，于支撑耳12的支撑下保持稳定。示范性地，支撑耳12为复数个，并沿圆弧凹陷11的轴向分居活动端22的两侧。示范性地，第二位置传感器52设置于锁止销41穿过环扣结构的行程末端，直接感测锁止销41是否穿插到位。

示范性地，装置本体1上设置对接部7，用于实现与其他自动化设备或机械臂的结构连接。示范性地，装置本体1上设置导向轴6，导向轴6 沿圆弧凹陷11的轴向布置，对柔性包络件2做出导向与支撑。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实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精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.柔性抓取装置，其特征在于，包括：

装置本体，一侧形成圆弧凹陷；

柔性包络件，所述柔性包络件一端形成固定端、另一端形成活动端，所述固定端固定于所述装置本体上，所述活动端可沿第一圆弧轨迹自所述圆弧凹陷的一侧运动至另一侧，所述第一圆弧轨迹与所述圆弧凹陷的圆弧轮廓连接形成圆周；

牵引机构，设置于所述装置本体上，用于牵引所述活动端沿所述第一圆弧轨迹往复运动；

锁止机构，设置于所述装置本体上，用于将所述活动端锁止于所述第一圆弧轨迹远离所述固定端的一端。

2.根据权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述牵引机构包括圆弧齿条、主动齿轮及用于驱动所述主动齿轮旋转的驱动元件，所述圆弧齿条可沿第二圆弧轨迹往复运动地保持于所述装置本体上，所述第二圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述圆弧齿条连接及牵引所述活动端，所述圆弧齿条与所述主动齿轮保持啮合，所述主动齿轮可旋转地保持于所述装置本体上。

3.根据权利要求2所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述圆弧齿条成对设置，成对的圆弧齿条中的二者沿所述圆弧凹陷的轴向分居所述柔性包络件的两侧；所述主动齿轮与所述圆弧齿条数量相等并一一对应地设置，成对的主动齿轮由同一驱动元件驱动并安装于同一齿轮安装轴上。

4.根据权利要求2或3所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述牵引机构还包括复数个导向滑轮、圆弧滑动件，所述复数个导向滑轮沿所述圆弧凹陷的周向离散布置于所述装置本体上，所述圆弧滑动件可沿第三圆弧轨迹滑动地保持于所述复数个导向滑轮上，所述第三圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述圆弧齿条固定于所述圆弧滑动件的表面上。

5.根据权利要求4所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述圆弧滑动件上具有导向凸轨，所述导向滑轮的外周面上具有导向凹槽，所述导向凸轨可滑动地保持于所述导向凹槽内。

6.根据权利要求4所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述牵引机构还包括圆弧伸缩件，所述圆弧伸缩件可沿第四圆弧轨迹滑动伸缩地保持于所述圆弧滑动件上，所述第四圆弧轨迹与所述第一圆弧轨迹同轴分布，所述活动端设置于所述圆弧伸缩件上；所述第四圆弧轨迹位于所述第一圆弧轨迹远离所述固定端的一端与所述第二圆弧轨迹远离所述固定端的一端之间。

7.根据权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述活动端具有环扣结构，所述锁止机构包括锁止销与用于驱动所述锁止销直线往复运动的驱动单元，所述锁止销直线往复运动地穿过所述环扣结构或自所述环扣结构中抽出；所述环扣结构为带扣或绳扣。

8.根据权利要求7所述的柔性抓取装置，其特征在于，还包括位置传感器，用于感测所述锁止销的运动位置；所述装置本体包括具有支撑孔的支撑耳，所述锁止销一并穿过所述环扣结构与所述支撑耳的支撑孔；所述位置传感器设置于所述锁止销穿过所述环扣结构的行程末端。

9.根据权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述圆弧凹陷上配置复数个柔性包络件，所述复数个柔性包络件沿所述圆弧凹陷的轴向间距分布；所述牵引机构与所述柔性包络件一一对应地设置；所述锁止机构与所述柔性包络件一一对应地设置；所述柔性包络件为柔性带或柔性绳。

10.根据权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，所述圆弧凹陷的表面设置有弹性缓冲垫，所述弹性缓冲垫沿所述圆弧凹陷的周向延伸和/或，所述柔性抓取装置还包括位置传感器，用于感测所述活动端运动远离所述固定端时的运动位置。