CN110625639A - 一种软体机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软体机械手包括一个软体手臂和至少两个的软体手指，软体手臂包括四个相互平行且紧邻设置的圆柱形的驱动杆以及分别连接于四个的驱动杆两端的第一连接座和第二连接座，四个的驱动杆的横截面位于一个田字内，驱动杆内均设有一个的轴向分布的驱动腔体，驱动杆的外表面设有螺旋结构的引导槽，引导槽内缠绕有纤维线，驱动杆外表面上设有宽度小于四分之一外圆周长的纤维布，纤维布沿轴向分布，纤维布位于所述软体手臂的内部间隙中，驱动腔体分别通过一个的导管与驱动机构连通。本发明的机械手臂可实现带动手指的上下左右弯曲和扭转，手指可实现內拢抓取和外翻释放，控制简单，制造成本低。本发明属于软体机械手技术领域。

Description

一种软体机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种软体机械手。

背景技术

物流终端往往需要机械手来抓取、运输和放置大量不规则形状、不同强度的物体。传统的机械手很多部分都是由刚性部件组成，虽然能够抓取不同形状的物体，但其柔顺性较差，对抓取接触区域产生的压强过大，容易损坏软性表面的物体，如蔬菜水果。特别地，为提高抓取范围、被抓物体的尺寸和抓取效率，要求机械手具有较大范围的翻动和转动且操纵过程易于控制。

近年来不断发展的软体手抓实现了对表面易损坏物体的柔顺抓取。如公开号为CN108297117A和CN109015724A的发明专利，均包含三个圆周分布的气动软体手指，实现了对软物体如果蔬的柔性抓取，但是单个驱动腔体的体积限制了手指的外翻大变形。此外，该类机械手尚不能实现手指的翻动和转动，故抓取和放置物体时无法调整位姿，可抓取范围受限。

与上述两种气动软体手指相比，公开号为CN108275464A的气动软体机械手增加了由刚性部件组成的底盘，通过电机丝杆和滑块实现了手指的轴向和径向的运动，因此增大了手指的运动范围。此外，国外Festo公司制备出的仿象鼻软体机械手，采用多个电机及金属拉链等实现手弯曲和扭动，实现手指抓取的灵活性。但是，这两种软体机械手的机构结构比较复杂，所需零部件较多，制造成本较高，不能满足制造装备的终端对软体机械手的大量需求。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种手臂在较大范围内的翻动和扭转，手指可实现大变形外翻、易于控制且制造成本低的软体机械手。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种软体机械手，包括一个软体手臂和至少两个的软体手指，所述软体手指连接于所述软体手臂的一端，所述软体手臂包括四个相互平行且紧邻设置的圆柱形的驱动杆以及分别连接于四个的所述驱动杆两端的第一连接座和第二连接座，四个的所述驱动杆的横截面位于一个田字内，所述驱动杆内均设有一个的轴向分布的驱动腔体，所述驱动杆的外表面设有螺旋结构的引导槽，所述引导槽内缠绕有纤维线，所述驱动杆外表面上设有宽度小于四分之一外圆周长的纤维布，所述纤维布沿轴向分布，所述纤维布位于所述软体手臂的内部间隙中，所述驱动腔体分别通过一个的导管与驱动机构连通。

进一步的，任意一个所述驱动杆的引导槽的螺旋方向与其相邻的两个驱动杆的引导槽的螺旋方向均相反。

进一步的，所述轴向分布的驱动腔体均为内壁具有螺旋结构的圆柱形腔体，所述螺旋结构的外径为12mm，内径为4mm，螺距为8mm。

进一步的，所述软体手指包括依次贴合连接的仿生弯曲层、中性层以及反向弯曲层，所述仿生弯曲层和所述中性层之间设有一个的轴向分布的第一腔体，所述反向弯曲层内设有一个的轴向分布的第二腔体，所述软体手指的外表面设有一层用于限制所述软体手指产生径向形变的缠线层，所述中性层的两个用于贴合的侧面上分别设有一层用于限制所述中性层产生轴向形变的中间限制层，所述仿生弯曲层的外表面间隔设置有至少一个的弯曲限制层，所述弯曲限制层位于所述缠线层的外侧，所述第一腔体和所述第二腔体分别通过一个的导管与驱动机构连通。

进一步的，所述软体手指的外表面设有对称螺旋结构的引导槽，所述纤维线通过所述引导槽缠绕于所述软体手指的外表面。

进一步的，所述弯曲限制层和所述中间限制层均由纤维布贴合制成，所述缠线层由纤维线缠绕制成。

进一步的，所述软体手指的一端连接于所述第一连接座上，连通于所述第一腔体的所述导管轴向贯穿所述软体手臂、且通过一个的四通接头连通于驱动机构，连通于所述第二腔体的所述导管轴向贯穿所述软体手臂、且通过一个的四通接头连通于驱动机构。

进一步的，所述仿生弯曲层、所述中性层、所述反向弯曲层、所述驱动杆、所述第一连接座以及所述第二连接座均由硅胶制成，且上述结构之间均通过硅胶进行粘结。

本发明的突出效果为：

(1)软体手臂由四个驱动杆组成，任意一个驱动杆的引导槽的螺旋方向与其相邻的两个驱动杆的引导槽的螺旋方向均相反，通过对四个驱动杆内的驱动腔体有规律的充流体，从而可以实现软体手臂上下左右多方向的翻转以及扭转，使得软体机械手能够抓取更大范围内的物体，螺旋缠绕的纤维线使得手臂在腔体充流体时表现出轴向扭转的运动，轴向分布的纤维布使得手臂在腔体充流体时表现出翻转的运动，使得软体机械手更具灵活性，软体手臂的结构简单、制备过程简易且生产成本较低。

(2)软体手指由仿生弯曲层、中性层以及反向弯曲层构成，仿生弯曲层使软体手指内拢时实现类人手指的变形，抓取前和释放物体时可产生大的外翻行为，提高可抓取物体的尺寸和形状，该软体手指的结构简单、制备方法容易，且制造成本较低。

(3)手臂及手指运动可采用流体驱动，使用六个独立的电磁阀分别连接于手臂的四个及手指的两个导管，每个阀体具有充压、卸压和保压三种工作状态，通过单片机传送指令来切换阀门的工作状态，实现手臂与手指特定组合运动，因此，控制系统相对简单。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构示意图。

图2为本发明实施例中驱动杆的立体结构示意图。

图3为本发明实施例中驱动杆的轴向剖视图。

图4为本发明实施例中驱动杆结构上螺旋绕线示意图。

图5为本发明实施例中软体手臂顶端的结构示意图。

图6为本发明实施例中软体手指的结构示意图。

图7为本发明实施例中软体手指的轴向剖视图。

图8为本发明实施例中软体手指结构上对称螺旋绕线示意图。

其中，1-软体手臂，11-驱动杆，111-驱动腔体，12-第一连接座，13-第二连接座，2-软体手指，21-仿生弯曲层，211-弯曲限制层，212-第一腔体，22-中性层，23-反向弯曲层，231-第二腔体，3-导管，3A-第一管道，3B-第二管道，3C-第三管道，3D-第四管道，4-引导槽，5-纤维布。

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。

实施例

如图1-8所示，本实施例的一种软体机械手包括一个的软体手臂1和三个软体手指2。本实施例中的软体手臂1包括四个相互平行且紧邻设置的圆柱形的驱动杆11以及分别连接于四个的驱动杆11两端的第一连接座12和第二连接座13，四个驱动杆11的横截面位于一个田字内，驱动杆11内均设有一个的轴向分布的驱动腔体111，如图4所示，驱动杆11的外表面设有螺旋结构的引导槽4，引导槽4内缠绕有纤维线，驱动杆11外表面设有宽度小于四分之一外圆周长的纤维布5，纤维布5沿轴向分布，且纤维布5位于软体手臂1的内部间隙中。任意一个驱动杆11的引导槽4的螺旋方向与其相邻的两个驱动杆11的引导槽4的螺旋方向均相反。驱动腔体111分别通过一个的导管3与驱动机构连通。如图5所示，软体手臂1中有四个的驱动杆11，驱动杆11中的导管3分别为第一管道3A、第二管道3B、第三管道3C以及第四管道3D，要实现软体手臂1不同方向的移动，需要对上述导管3进行有规律的组合充压，具体充压方式和对应的软体手臂1产生的动作如表1所示。

表1软体手臂动作和导管充压状态对应表

手臂动作	第一管道3A	第二管道3B	第三管道3C	第四管道3D
					上翻	卸压	卸压	充压	充压
下翻	充压	充压	卸压	卸压
					左翻	卸压	充压	卸压	充压
右翻	充压	卸压	充压	卸压
					左旋	卸压	充压	充压	卸压
右旋	充压	卸压	卸压	充压

软体手指2的一端连接于软体手臂1的底端，软体手指2包括依次贴合连接的仿生弯曲层21、中性层22以及反向弯曲层23，仿生弯曲层21用于实现软体手指2的常规抓取动作，反向弯曲层23用于实现软体手指2的外翻动作，中性层22既可以实现仿生弯曲层21和反向弯曲层23之间的连接，又能够起到限制用于连接的两侧发生轴向形变的作用。其中，仿生弯曲层21和中性层22之间设有一个的轴向分布的第一腔体212。反向弯曲层23内设有一个的轴向分布的第二腔体231，第一腔体212和第二腔体231体分别通过一个导管3与驱动机构连通。优选的，第一腔体212和第二腔体231均为半径为5mm的半圆柱形空腔，且与仿生弯曲层21和反向弯曲层23同轴分布。如图8所示，软体手指2的外表面设有对称螺旋结构的引导槽4，纤维线通过引导槽4缠绕于软体手指2的外表面从而形成用于限制软体手指2产生径向形变的缠线层。中性层22的两个的用于贴合的侧面上分别设有一层用于限制中性层22产生轴向形变的中间限制层(未图示)，仿生弯曲层21的外表面间隔设置有至少一个的弯曲限制层211，弯曲限制层211位于所述缠线层的外侧。弯曲限制层211和所述中间限制层均由纤维布贴合制成，所述缠线层由纤维线缠绕制成。优选的，本实施例中所述纤维布为凯夫拉纤维布，所述纤维线为凯夫拉纤维线。优选的，软体手指2的横截面为半圆形。

优选的，机械手本体包括三个的软体手指2，软体手指2的一端连接于第一连接座12上，连通于所述第一腔体212的导管3轴向贯穿软体手臂1、且通过一个的四通接头连通于驱动机构，连通于第二腔体231的导管3轴向贯穿于软体手臂1、且通过一个的四通接头连通于驱动机构，仿生弯曲层21的外表面间隔设置有两个的弯曲限制层211。仿生弯曲层21、中性层22、反向弯曲层23、驱动杆11、第一连接座12以及第二连接座13均由硅胶制成，且上述结构之间均通过硅胶进行粘结。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种软体机械手，包括一个软体手臂(1)和至少两个的软体手指(2)，所述软体手指(2)连接于所述软体手臂(1)的一端，其特征在于：

所述软体手臂(1)包括四个相互平行且紧邻设置的圆柱形的驱动杆(11)以及分别连接于四个的所述驱动杆(11)两端的第一连接座(12)和第二连接座(13)，四个的所述驱动杆(11)的横截面位于一个田字内，所述驱动杆(11)内均设有一个的轴向分布的驱动腔体(111)，所述驱动杆(11)的外表面设有螺旋结构的引导槽(4)，所述引导槽(4)内缠绕有纤维线，所述驱动杆(11)外表面上设有宽度小于四分之一外圆周长的纤维布(5)，所述纤维布(5)沿轴向分布，所述纤维布(5)位于所述软体手臂(1)的内部间隙中，所述驱动腔体(111)分别通过一个的导管(3)与驱动机构连通。

2.根据权利要求1所述的一种软体机械手，其特征在于：任意一个所述驱动杆(11)的引导槽(4)的螺旋方向与其相邻的两个驱动杆(11)的引导槽(4)的螺旋方向均相反。

3.根据权利要求1所述的一种软体机械手，其特征在于：所述轴向分布的驱动腔体(111)均为内壁具有螺旋结构的圆柱形腔体，所述螺旋结构的外径为12mm，内径为4mm，螺距为8mm。

4.根据权利要求1所述的一种软体机械手，其特征在于：所述软体手指(2)包括依次贴合连接的仿生弯曲层(21)、中性层(22)以及反向弯曲层(23)，所述仿生弯曲层(21)和所述中性层(22)之间设有一个的轴向分布的第一腔体(212)，所述反向弯曲层(23)内设有一个的轴向分布的第二腔体(231)，所述软体手指(2)的外表面设有一层用于限制所述软体手指(2)产生径向形变的缠线层，所述中性层(22)的两个用于贴合的侧面上分别设有一层用于限制所述中性层(22)产生轴向形变的中间限制层，所述仿生弯曲层(21)的外表面间隔设置有至少一个的弯曲限制层(211)，所述弯曲限制层(211)位于所述缠线层的外侧，所述第一腔体(212)和所述第二腔体(231)分别通过一个的导管(3)与驱动机构连通。

5.根据权利要求4所述的一种软体机械手，其特征在于：所述软体手指(2)的外表面设有对称螺旋结构的引导槽(4)，所述纤维线通过所述引导槽(4)缠绕于所述软体手指(2)的外表面。

6.根据权利要求4所述的一种软体机械手，其特征在于：所述弯曲限制层(211)和所述中间限制层均由纤维布贴合制成，所述缠线层由纤维线缠绕制成。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种软体机械手，其特征在于：所述软体手指(2)的一端连接于所述第一连接座(12)上，连通于所述第一腔体(212)的所述导管(3)轴向贯穿所述软体手臂(1)、且通过一个的四通接头连通于驱动机构，连通于所述第二腔体(231)的所述导管(3)轴向贯穿所述软体手臂(1)、且通过一个的四通接头连通于驱动机构。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的一种软体机械手，其特征在于：所述仿生弯曲层(21)、所述中性层(22)、所述反向弯曲层(23)、所述驱动杆(11)、所述第一连接座(12)以及所述第二连接座(13)均由硅胶制成，且上述结构之间均通过硅胶进行粘结。