CN110561469A - 一种内嵌骨架的软体气动手指 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌骨架的软体气动手指,包括气动软体手指及嵌入式骨架。软体气动手指包括本体,也可还包括附体,本体和附体采用柔性材料制成;本体的整体外形呈类弓字形,内部包含类弓字形的封闭气腔以及与外部气源相连接的通气口;嵌入式骨架由前多孔层、竖链板、铰链、横链板和后多孔层组成,形状与封闭气腔一致,采用轻质刚性材料;嵌入式骨架与软体气动手指在两端通过多孔层相连,嵌入式骨架波浪部分的角落处使用铰链连接,减少对软体气动手指弯曲运动的影响。本发明将刚性骨架内嵌至软体气动手指中,增加了软体气动手指的扭转刚度,提高了软体气动手指对物体的操纵和抓握能力。

Description

一种内嵌骨架的软体气动手指
技术领域
本发明属于工业自动化以及机器人技术领域,涉及一种软体气动手指,特别涉及一种内嵌骨架的软体气动手指。
背景技术
伴随着工业自动化水平的不断提高,机械臂在工业中的应用越来越广泛。目前机械臂末端执行器主要依靠刚性手爪或真空吸盘完成抓取操作,然而刚性手爪无法有效抓取脆弱物体且容易损伤抓取表面,真空吸盘对抓取物体的光滑程度有较高要求,两种末端执行器均存在一定的应用局限性。软体气动手指采用柔性材料制成,能够实现对柔软、脆弱物体的抓取而且保证物体的完整度,在食品分拣领域有着良好的应用前景。
目前现有技术中,如“一种柔性机械手”(CN107322620A)和“一种柔性仿人机械手指”(CN108638100A)等专利文献,“软体机械手研究综述”(张进华,机械工程学报,2017)等所公开的,大都通过合理选择材料的抗弯刚度来提供稳定的抓取,当前的软体气动手指能满足大部分工作需求。
但是当软体气动手指需要承受扭矩时,比如由意外碰撞或重力效应产生的扭矩,这种情况下软体气动手指很有可能发生不希望的偏转并失去抓取物体。因此,提高软体气动手指的扭转刚度有很必要。
发明内容
为了克服现有软体气动手指抗扭转性能较差等缺点,本发明的目的在于提供一种内嵌骨架的软体气动手指,以解决软体气动手指扭转刚度不足的问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种内嵌骨架的软体气动手指,包括软体气动手指和嵌入式骨架,所述软体气动手指包括本体,本体内有封闭气腔,封闭气腔端部有与外部驱动气源连通的通气口,所述嵌入式骨架位于封闭气腔中,沿封闭气腔走向分布。
作为本发明的更进一步改进,所述本体沿长度方向曲折,整体外形呈弓字形或类弓字形,所述封闭气腔与本体的外形相同或相似,呈弓字形或类弓字形,沿本体走向分布。
作为本发明的又进一步改进,所述嵌入式骨架包括前多孔层和后多孔层,在前多孔层和后多孔层之间连接有多段依次相接的由竖链板、铰链和横链板组成的嵌入式单元。所述前多孔层和后多孔层采用多孔材料制成,竖链板、铰链和横链板由轻质刚性材料制成,竖链板和横链板通过铰链交替间隔相连形成弓字形或类弓字形结构。
作为本发明的更进一步改进,所述前多孔层、后多孔层与软体气动手指的本体进行连接,竖链板、铰链及横链板与封闭气腔不直接相连。
作为本发明的更进一步改进,在承受扭转载荷时,所述本体与嵌入式骨架直接接触,通过竖链板和横链板的抗扭转性能较好,嵌入骨架后显著提高了软体气动手指的扭转刚度。
作为本发明的更进一步改进,所述本体的底面固接有附体,附体封闭本体底面侧的曲折开口。
作为本发明的进一步改进,所述本体和附体可采用同种软体材料制成,也可以使附体材料的弹性模量大于本体材料的弹性模量。
所述封闭气腔中设置前多孔层和后多孔层的部分处于靠近附体的位置。
作为本发明的更进一步改进,由多段所述嵌入式单元组成的主体部分不影响软体气动手指主体的弯曲;工作时,驱动气源通过通气口对封闭气腔充气,本体在附体限制下的发生膨胀和弯曲的耦合变形;所述铰链使嵌入式骨架能够根据主体的形状做出相应结构变形,降低嵌入式骨架对软体气动手指弯曲造成的影响;可以通过设置附体的材料属性来改变气动手指的弯曲刚度,也可以改变嵌入式骨架中竖链板和横链板的材料来调节扭转刚度。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过引入嵌入式骨架,本体与嵌入式骨架仅在两端通过多孔层相连,而且嵌入式骨架波浪的角落处采用铰链连接,在不影响软体气动手指弯曲性能的基础上,很大程度上提高了软体气动手指的扭转刚度。本发明的内嵌骨架的软体气动手指具有良好且可调节的弯曲刚度以及扭转刚度,可以可靠地实现抓、握、夹等复杂的操作,在食品分拣以及医疗康复领域有着广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明一种内嵌骨架的软体气动手指的结构示意图(主视)。
图2为本发明软体气动手指的示意图(主视)。
图3为本发明嵌入式骨架的示意图(主视)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,一种内嵌骨架的软体气动手指,包括软体气动手指和嵌入式骨架10,软体气动手指主要由本体1构成,也可进一步包括附体2,当包括附体2时,附体2和本体1的底面(即图中下方一面)固接在一起;嵌入式骨架10和本体1在两端相连,主体部分不与本体1直接接触。
如图2所示,本体1的整体外形可描述为沿长度方向曲折,即呈弓字形或类弓字形,其内部设置有同样呈弓字形或类弓字形的封闭气腔11,封闭气腔11的一个端部为与外部驱动气源连通的通气口111。
当存在附体2时,本体1和附体2均采用软体材料制成,工作时,外部气源通入压缩气体,本体1在附体2的限制下发生膨胀的弯曲,本体1和附体2也可以选择不同的材料,比如附体2材料的弹性模量大于本体1材料的弹性模量,用于调节手指的弯曲程度,具体根据工况调节,以更加适应被抓取工件的形状。
如图3所示,嵌入式骨架10可包括前多孔层3、竖链板4、铰链5、横链板6和后多孔层7。前多孔层3和后多孔层7可采用多孔材料制成,竖链板4、铰链5和横链板6则可由轻质刚性材料制成,竖链板4和横链板6通过铰链5交替间隔相连形成同样的弓字形或类弓字形结构。
嵌入式骨架10的前多孔层3、后多孔层7与软体气动手指的本体1进行连接,而竖链板4、铰链5及横链板6与封闭气腔11不直接相连,与腔壁之间有必要的活动间隙。多个由竖链板4、铰链5和横链板6组成的嵌入式单元构成骨架主体部分,其不影响软体气动手指主体的弯曲。工作时,驱动气源通过通气口111对本体1的封闭气腔11进行充气,本体1在附体2限制下的发生膨胀和弯曲的耦合变形;铰链5使嵌入式骨架10可以根据主体1的形状做出相应结构变形,降低了嵌入式骨架10对软体气动手指弯曲造成的影响。
如图1所示,驱动气源经通气口11向本体1中的气路通道即封闭气腔11充入压缩气体,从而实现软体手指向外弯曲变形,达到抓持或者拾取物体的目的。当软体手指仅依靠弯曲就能满足工况需求时,嵌入式骨架10无加持作用,不影响弯曲;当需要承受扭转载荷时,本体1与嵌入式骨架10直接接触,由于承受扭矩方向垂直于铰链轴线,该方向上竖链板4、横链板6的抗扭转性能较好,因此嵌入骨架后能显著提高软体气动手指的扭转刚度。也可以改变嵌入式骨架中竖链板4和横链板6的材料来调节扭转刚度。
本实施例的内嵌骨架的软体气动手指具有良好且可调节的弯曲刚度以及扭转刚度,可以可靠地实现抓、握、夹等复杂的操作,在食品分拣以及医疗康复领域有着广阔的应用前景。
上述实施例均以气体作为驱动介质,当然也可以采用液体作为驱动介质。以上实施例仅是对本发明的的技术方案和优选实施方式进行了详细描述,但本发明并不仅仅局限于上述的具体实施方式,上述的实施方式仅仅是示意性的,本领域的相关技术人员受本发明的启示,在不脱离本发明宗旨和权利要求保护范围的情况下,还可以做出很多形式,这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,包括软体气动手指和嵌入式骨架(10),所述软体气动手指包括本体(1),本体(1)内有封闭气腔(11),封闭气腔(11)端部有与外部驱动气源连通的通气口(111),所述嵌入式骨架(10)位于封闭气腔(11)中,沿封闭气腔(11)走向分布。
2.根据权利要求1所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述本体(1)沿长度方向曲折,整体外形呈弓字形或类弓字形,所述封闭气腔(11)与本体(1)的外形相同或相似,呈弓字形或类弓字形,沿本体(1)走向分布。
3.根据权利要求1或2所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述嵌入式骨架(10)包括前多孔层(3)和后多孔层(7),在前多孔层(3)和后多孔层(7)之间连接有多段依次相接的由竖链板(4)、铰链(5)和横链板(6)组成的嵌入式单元。
4.根据权利要求3所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述前多孔层(3)和后多孔层(7)采用多孔材料制成,竖链板(4)、铰链(5)和横链板(6)由轻质刚性材料制成,竖链板(4)和横链板(6)通过铰链(5)交替间隔相连形成弓字形或类弓字形结构。
5.根据权利要求3所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述前多孔层(3)、后多孔层(7)与软体气动手指的本体(1)进行连接,竖链板(4)、铰链(5)及横链板(6)与封闭气腔(11)不直接相连。
6.根据权利要求3所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,在承受扭转载荷时,所述本体(1)与嵌入式骨架(10)直接接触,通过竖链板(4)和横链板(6)的抗扭转性能提高软体气动手指的扭转刚度。
7.根据权利要求3所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述本体(1)的底面固接有附体(2),附体(2)封闭本体(1)底面侧的曲折开口。
8.根据权利要求7所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述本体(1)和附体(2)采用同种软体材料制成,或附体(2)材料的弹性模量大于本体(1)材料的弹性模量。
9.根据权利要求7所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,所述封闭气腔(11)中设置前多孔层(3)和后多孔层(7)的部分处于靠近附体(2)的位置。
10.根据权利要求7所述内嵌骨架的软体气动手指,其特征在于,由多段所述嵌入式单元组成的主体部分不影响软体气动手指主体(1)的弯曲;工作时,驱动气源通过通气口(111)对封闭气腔(11)充气,本体(1)在附体(2)限制下的发生膨胀和弯曲的耦合变形;所述铰链(5)使嵌入式骨架(10)能够根据主体(1)的形状做出相应结构变形,降低嵌入式骨架(10)对软体气动手指弯曲造成的影响;通过设置附体(2)的材料属性来改变气动手指的弯曲刚度,通过改变嵌入式骨架(10)中竖链板(4)和横链板(6)的材料来调节扭转刚度。
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