CN110509268B - 基于负压原理的软体抓持机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于负压原理的软体抓持机器人装置，其包括三部分，分别是前置部分、中置部分与后置部分；其中前置部分与后置部分结构相同；所述中置部分与所述前置部分和所述后置部分的连接通过大弹性体完成。本发明将负压原理与仿多足生物的软体抓持机器人结合起来，本发明的结构新颖，其具有动作灵活，抓持牢固，柔顺性好，能够实现对复杂外形物体的抓持等优点。

Description

基于负压原理的软体抓持机器人装置

技术领域

本发明涉及抓持机器人领域，更为具体地，本发明涉及一种基于负压原理的软体抓持机器人装置。

背景技术

软体机器人是现代机器人领域中的重要一环，软体机器人以仿生学为核心的相关学科进行研究，涉及运动仿生，行为仿生，感知仿生，材料仿生等多个学科，机器人根据刚度可分为刚性机器人与软体机器人，软体机器人是区别于传统刚性机器人的新一代机器人系统，具有许多刚性机器人不具有的优势。软体抓持机器人是软体机器人中一个重要的领域，以其无限的自由度与极高的连续变形能力，极佳的环境适应性，低廉的价格，安全的工作状况等独特优势受到了国内外工业界的关注，现今软体抓持机器人从驱动方式上可分为：肌腱驱动，气液驱动，功能材料驱动和生物质能驱动等。气压驱动软体机器人是目前研究最广泛和最有可能率先得到应用的软体机器人形式，具有良好的相关技术基础、研究前景与应用价值，机器人、机械工程、材料科学、生物科学与智能控制等多个学科的交叉和深度合作将会极大地促进该研究的进展。

软体抓持机器人虽然起步较晚，但已迅速进入工业化应用，目前市面上的主流软体抓持机器人普遍负载力较小，严重限制了其应用对象，阻碍了其应用领域拓展，此外，目前软体抓持机器人普遍具有抓持不牢固，抓持适应性弱等缺点，所以，设计出一种抓持牢固，抓持适应性好的软体抓持机器人具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于负压原理的的软体抓持机器人装置，将负压原理与仿多足生物的软体抓持机器人结合起来，本发明的结构新颖，其具有动作灵活，抓持牢固，柔顺性好，能够实现对复杂外形物体的抓持等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于负压原理的软体抓持机器人装置，其包括三部分，分别是前置部分、中置部分与后置部分；其中前置部分与后置部分结构相同；所述中置部分与所述前置部分和所述后置部分的连接通过大弹性体完成。

优选地，所述前置部分包括端部连接件、小弹性体以及第二密封管；所述第二密封管具有封闭端和开口端，所述所述小弹性体置入所述第二密封管内；所述端部连接件具有三个连接头，其分别是端部连接件第一连接头、端部连接件第二连接头和端部连接件第三连接头，所述第二密封管两两成对固定至所述端部连接件，将各第二密封管的开口端与端部连接件的第二连接头、端部连接件的第三连接头分别连接，小弹性体装入第二密封管形成小负压软体驱动器；之后通过小卡箍将端部连接件与小负压软体驱动器相连，前置部分便安装完成。所述小负压软体驱动器为第一负压软体驱动器。

优选地，所述后置部分包括端部连接件、小弹性体、第二密封管和小卡箍。

优选地，所述端部连接件还设置有端部连接件通气孔和端部连接件第一连接头；所述端部连接件的第一连接头连接至第一密封管的开口端，通过大卡箍箍紧。所述端部连接件通气孔与外部气源连接；外部气源通过端部连接件内部气路分路分别与位于端部连接件的第二连接头与第三连接头上的通气口相通，从而控制小负压软体驱动器的运动。大弹性体放入第一密封管后形成大负压软体驱动器。端部连接件第一连接头仅与大负压软体驱动器相连。大负压软体驱动器为第二负压软体驱动器，其中第二负压软体驱动器的负压大于第一负压软体驱动器的负压。

优选地，所述中置部分包括主连接件，所述主连接件包括主连接件第一连接头、主连接件第二连接头、主连接件第三连接头、主连接件第四连接头、主连接件第一通气口、主连接件第二通气口、主连接件第三通气口以及主连接件法兰连接盘结构；所述大弹性体置入所述第一密封管内；所述第一密封管的两端部设置有开口，该两端开口分别与前置部分的端部连接件的第一连接头和后置部分的端部连接件的第一连接头进行连接。

优选地，所述第一密封管的两侧还设置开口结构，两侧的开口与中置部分的主连接件的第一连接头和第二连接头相连接且通过用大卡箍箍紧。

优选地，气源抽气时，各密封管内变为负压状态，各弹性体朝向被切割方向弯曲变形实现抓取动作；所述端部连接件通气口与外部气源连接，通过端部连接件内部气路分路分别与位于端部连接件的第二连接头与第三连接头上的通气口相通，从而控制与其连接的两个小负压软体驱动器。

优选地，所述中置部分包括主连接件、小弹性体以及第二密封管，将小弹性体连接至主连接件的第三连接头与主连接件的第四连接头；主连接件的第一通气口与主连接件的第二通气口与外部气源连接，且分别与主连接件两个内腔相连，外置气源分别与主连接件的第一连接头与主连接件的第二连接头相连，控制两个大弹性体的动作；主连接件的第三通气口与外部气源连接，通过内部气路分路与位于主连接件的第三连接头与第四连接头上的通气口相通，外置气源可通过第三连接头控制分别与第三连接头与第四连接头相连的小弹性体的动作；主连接件的法兰结构可与外部机构相连接，控制软体抓持机器人的整体移动。

优选地，所述大弹性体与所述小弹性体都为圆柱体被锯齿形切割后形状，锯齿形朝向决定的弹性体的变形方向，小弹性体的锯齿状方向为两个小负压软体驱动器所形成的夹角内部，大弹性体的锯齿状方向为背离主连接件的法兰连接盘结构轴线方向。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置，与现有技术相比具有以下优点：

1.安全性：本发明主体抓持装置由软体部分完成，机器人整体由柔性材料与少量轻质硬材料组成，对于被抓持物体与工作人员都较为安全。

2.简易性：本发明组成零件少，已获得，价格低廉，维修与安装都较为方便。

3.经济性：本发明尽量选用标准件，材料价格低廉，成本低。

4.适应性强：本发明变形程度高，抓持角度覆盖完全，可完成对各种形状物体的抓持，适应性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的整体结构仰视图；

图2为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置整体结构仰视图,图中未示出密封管；

图3为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的整体结构立体示意图，图中未示出密封管；

图4为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的整体结构弯曲示意图，图中未示出密封管；

图5为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的端部连接件的立体示意图；

图6A为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的主连接件的左视图；

图6B为如图6A中示出的根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的主连接件的A-A剖视图；

图7为根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的主连接件的立体示意图。

图中：1-小卡箍、2-大卡箍、3-第一密封管、4-主连接件、5-大弹性体、6-端部连接件、7-小弹性体、8-第二密封管、9-螺母、10-螺钉、61-端部连接件通气口、62-端部连接件第二连接头、63-端部连接件第三连接头、64-端部连接件第一连接头、41-主连接件第一连接头，42-主连接件第二连接头，43-主连接件第三连接头，44-主连接件第四连接头、45-主连接件第一通气口、46-主连接件第二通气口、47-主连接件第三通气孔、48-主连接件法兰连接盘结构。其中小卡箍为第一卡箍，大卡箍为第二卡箍。小弹性体为第一弹性体，大弹性体为第二弹性体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明包括前置部分，中置部分与后置部分。所述前置部分与后置部分结构相同，所述前置部分与中置部分通过大弹性体连接。前置部分为左右对称结构，前置部分包括端部连接件、小弹性体、第二密封管和卡箍。所述端部连接件包括通气口、第一连接头、第二连接头和第三连接头。通气口气管伸入端部连接件内部，分路连接位于第二连接头和第三连接头上的两个通气口，连接头上设有凸棱，第一连接头连接大负压软体驱动器，第二连接头与第三连接头分别连接两个小弹性体；所述的小弹性体为圆柱体被锯齿形切割后的结构，圆柱体轴线处设有通孔，与被切割的锯齿结构相交，确保每个锯齿结构之间都能均匀通气；所述的第二密封管为圆筒形薄膜结构，一端封闭另一端开口。不同的负压软体驱动器置于相对应的密封管内，并用卡箍将其与相对应的连接头箍紧，通过外部气源控制其运动。气源抽气时，密封管内变为负压状态，弹性体朝向被切割方向弯曲变形实现抓取动作。

优选地，中置部分包括主连接件，第一密封管，第二密封管，小弹性体和卡箍。所述主连接件设有第一通气口、第二通气口、第三通气口、第一连接头、第二连接头、第三连接头与第四连接头和一个法兰连接盘，连接头上设有凸棱，主连接件内部为双层腔体结构，第一连接头与第二连接头分别连接两个大弹性体，第三连接头与第四连接头分别连接两个小弹性体；所述的大弹性体结构与小弹性体类似，但直径相对较粗；所述的第一密封管为圆筒形薄膜结构，两端都为开口结构。

优选地，第一与第二密封管直径超出相对的弹性体直径10％～15％。

优选地，所述的主连接件为回转结构，第一连接头与第二连接头同轴且方向相反，其内部被隔开形成两个内腔，分别与两个大弹性体连接。第三连接头与第四连接头轴线组合平面与第一与第二连接头轴线垂直。法兰连接盘结构轴线与第三、第四连接头轴线共面，法兰连接盘结构带有3-4个法兰连接孔。第一与第二通气口分别联通至主连接件两个内腔内部，第一、第二通气口外部与气源相连，气源通过第一、第二通气口给主连接件两个内腔充放气，从而控制两个大弹性体的运动。第三通气口通过主连接件内部槽与位于第三、第四连接头上的通气口相连，第三通气口外部连接气源，气源通过第三通气口控制与第三、第四连接口相连的两个小弹性体。

优选地，所述的端部连接件为对称结构，第一连接头、第二连接头与通气口轴线共面且与第一连接头轴线垂直。外部气源与通气口连接，通过内部槽控制与第二、第三连接头相连接的两个小弹性体。

优选地，所述主连接件与端部连接件选用轻质硬材料，包括但不限于铝合金，钛合金，塑料，树脂或其类似物。

在图1至图7所示所示的根据本发明的基于负压原理的软体抓持机器人装置的整体结构仰视图中，其包括三部分，分别是前置部分、中置部分与后置部分。其中前置部分与后置部分结构相同。所述前置部分连接至所述中置部分的大弹性体5上。中置部分与前置部分和后置部分的连接通过大弹性体5完成。

所述前置部分包括端部连接件6、小弹性体7、第二密封管8和小卡箍1；优选地，所述端部连接件6的数量为一个；所述小弹性体7的数量为两个；所述第二密封管8的数量为两个；所述小卡箍的数量为两个。

具体地，前置部分中所述两个第二密封管8通过小卡箍1固定至所述端部连接件6，所述小卡箍通过螺母9和螺钉10紧固，所述端部连接件6固定至所述大弹性体5的两个端部；优选地，所述端部连接件具有三个连接头，其分别是端部连接件第一连接头、端部连接件第二连接头和端部连接件第三连接头，第二密封管8两两成对固定至端部连接件第二连接头62和端部连接件第三连接头63，优选地，各第二密封管8是一端封闭一端开口结构，即第二密封管具有封闭端和开口端，将小弹性体7置入第二密封管8内，将各第二密封管8的开口端与端部连接件第二连接头62、端部连接件第三连接头63分别连接，小弹性体装入第二密封管形成小负压软体驱动器；之后通过小卡箍1将端部连接件6与小负压软体驱动器箍紧，前置部分便安装完成。

所述小负压软体驱动器为第一负压软体驱动器。

所述后置部分包括端部连接件6、小弹性体7、第二密封管8和小卡箍1；优选地，所述端部连接件6的数量为一个；所述小弹性体7的数量为两个；所述第二密封管8的数量为两个；所述小卡箍的数量为两个。

具体地，后置部分中所述两个第二密封管8通过小卡箍1固定至所述端部连接件6，所述小卡箍通过螺母9和螺钉10紧固，所述端部连接件6固定至所述大弹性体5的两个端部；优选地，所述端部连接件具有三个连接头，其分别是端部连接件第一连接头、端部连接件第二连接头和端部连接件第三连接头，第二密封管8两两成对固定至端部连接件第二连接头62和端部连接件第三连接头63，优选地，各第二密封管8是一端封闭一端开口结构，即第二密封管具有封闭端和开口端，将小弹性体7置入第二密封管8内，将各第二密封管8的开口端与端部连接件第二连接头62、端部连接件第三连接头63分别连接，形成所述小弹性体为小负压软体驱动器；之后通过小卡箍1将端部连接件6与小负压软体驱动器箍紧，后置部分便安装完成。

优选地，所述端部连接件6还设置有端部连接件通气孔61和端部连接件第一连接头64。端部连接件第二连接头62与端部连接件第三连接头63内部相通，方便端部连接件通气孔61集中控制供气。所述端部连接件6的第一连接头连接至第一密封管3的开口端，端部连接件第一连接头仅与大负压软体驱动器相连。

大弹性体放入第一密封管后形成大负压软体驱动器。端部连接件第一连接头仅与大负压软体驱动器相连。大负压软体驱动器为第二负压软体驱动器，其中第二负压软体驱动器的负压大于第一负压软体驱动器的负压。

优选地，所述中置部分包括主连接件4，所述主连接件4包括主连接件第一连接头41，主连接件第二连接头42，主连接件第三连接头43，主连接件第四连接头44、主连接件第一通气口45、主连接件第二通气口46、主连接件第三通气孔47以及主连接件法兰连接盘结构48。

优选地，将大弹性体5置入第一密封管3内第一密封管的两端部设置有开口，该两端开口分别与前置部分的端部连接件的第一连接头和后置部分的端部连接件第一连接头64进行连接，并用大卡箍2箍紧。

第一密封管3的两侧还设置开口结构，两侧的开口与中置部分的主连接件第一连接头41和主连接件第二连接头42相连接且通过用大卡箍2箍紧，至此，本发明的气动软体抓持机器人便安装完成。

气源抽气时，密封管内变为负压状态，弹性体朝向被切割方向弯曲变形实现抓取动作。端部连接件通气孔61与外部气源连接，通过端部连接件6内部气路分路分别与位于端部连接件第二连接头62与端部连接件第三连接头63上的通气口相通，如图6A和图6B所示，从而控制与其连接的两个小负压软体驱动器。

中置部分包括一个主连接件4，两个小弹性体7，两个第二密封管8与两个小卡箍1，将两个小弹性体7以前种方式连接至主连接件第三连接头43与主连接件第四连接头44之上。主连接件第一通气口45与主连接件第二通气口46与外部气源连接，分别与主连接件两个内腔相连，外置气源可据此控制分别与主连接件第一连接头41与主连接件第二连接头42相连的两个大弹性体5的动作。主连接件第三通气孔47与外部气源连接，通过内部气路分路与位于主连接件第三连接头43与主连接件第四连接头44上的通气口相通，如图6A和图6B，外置气源可通过主连接件第三连接头43控制分别与主连接件第三连接头43与主连接件第四连接头44相连的两个小弹性体7的动作。主连接件法兰连接盘结构48可与外部机构相连接，控制软体抓持机器人的整体移动。

如图3所示，大弹性体5与小弹性体7都为圆柱体被锯齿形切割后形状，锯齿形朝向决定的弹性体的变形方向，小弹性体7的锯齿状方向为两个小负压软体驱动器7所形成的夹角内部，大弹性体5的锯齿状方向为背离主连接件法兰连接盘结构48轴线方向，变形之后结构如图4所示，软体抓持机器人采用弯曲抱紧的方式将物体抓紧。

需要理解的是在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，其包括三部分，分别是前置部分、中置部分与后置部分；其中前置部分与后置部分结构相同；所述中置部分与所述前置部分和所述后置部分的连接通过大弹性体完成；

所述前置部分包括端部连接件、小弹性体以及第二密封管；所述第二密封管具有封闭端和开口端，所述小弹性体置入所述第二密封管内；所述端部连接件具有三个连接头，其分别是端部连接件第一连接头、端部连接件第二连接头和端部连接件第三连接头，所述第二密封管两两成对固定至所述端部连接件，将各第二密封管的开口端与端部连接件的第二连接头、端部连接件的第三连接头分别连接，小弹性体装入第二密封管形成小负压软体驱动器；之后通过小卡箍将端部连接件与小负压软体驱动器相连，前置部分便安装完成；所述小负压软体驱动器为第一负压软体驱动器。

2.如权利要求1所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述后置部分包括端部连接件、小弹性体、第二密封管和小卡箍。

3.如权利要求2所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述端部连接件还设置有端部连接件通气孔和端部连接件第一连接头；所述端部连接件的第一连接头连接至第一密封管的开口端，通过大卡箍箍紧； 所述端部连接件通气孔与外部气源连接；外部气源通过端部连接件内部气路分路分别与位于端部连接件的第二连接头与第三连接头上的通气口相通，从而控制小负压软体驱动器的运动； 大弹性体放入第一密封管后形成大负压软体驱动器；端部连接件第一连接头仅与大负压软体驱动器相连；大负压软体驱动器为第二负压软体驱动器，其中第二负压软体驱动器的负压大于第一负压软体驱动器的负压。

4.如权利要求3所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述中置部分包括主连接件，所述主连接件包括主连接件第一连接头、主连接件第二连接头、主连接件第三连接头、主连接件第四连接头、主连接件第一通气口、主连接件第二通气口、主连接件第三通气口以及主连接件法兰连接盘结构；所述大弹性体置入所述第一密封管内；所述第一密封管的两端部设置有开口，该两端开口分别与前置部分的端部连接件的第一连接头和后置部分的端部连接件的第一连接头进行连接。

5.如权利要求4所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述第一密封管的两侧还设置开口结构，两侧的开口与中置部分的主连接件的第一连接头和第二连接头相连接且通过用大卡箍箍紧。

6.如权利要求5所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，气源抽气时，各密封管内变为负压状态，各弹性体朝向被切割方向弯曲变形实现抓取动作；所述端部连接件通气口与外部气源连接，通过端部连接件内部气路分路分别与位于端部连接件的第二连接头与第三连接头上的通气口相通，从而控制与其连接的两个小负压软体驱动器。

7.如权利要求6所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述中置部分包括主连接件、小弹性体以及第二密封管，将小弹性体连接至主连接件的第三连接头与主连接件的第四连接头；主连接件的第一通气口与主连接件的第二通气口与外部气源连接，且分别与主连接件两个内腔相连，外置气源分别与主连接件的第一连接头与主连接件的第二连接头相连，控制两个大弹性体的动作；主连接件的第三通气口与外部气源连接，通过内部气路分路与位于主连接件的第三连接头与第四连接头上的通气口相通，外置气源可通过第三连接头控制分别与第三连接头与第四连接头相连的小弹性体的动作；主连接件的法兰结构可与外部机构相连接，控制软体抓持机器人的整体移动。

8.如权利要求7所述的基于负压原理的软体抓持机器人装置，其特征在于，所述大弹性体与所述小弹性体都为圆柱体被锯齿形切割后形状，锯齿形朝向决定的弹性体的变形方向，小弹性体的锯齿状方向为两个小负压软体驱动器所形成的夹角内部，大弹性体的锯齿状方向为背离主连接件的法兰连接盘结构轴线方向。

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