CN110788881B - 真空吸附式锁定关节的气动软体抓手 - Google Patents

Abstract

一种真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，包括：固位结构、柔性吸盘脊柱和多组成对的软体手指，其中：软体手指设置于固位结构上，柔性吸盘脊柱设置于每对软体手指之间以控制软体手指的相对位置。本发明结构简单易集成，加工简单，成本低；在软手指内增加柔性吸盘脊柱即可实现变刚度全柔性抓手，既保留了软体抓手的柔性以及灵活性的特点，又提高了手指的承载力以及稳定性，在抓取过程中通过自锁维持抓取状态不需额外的能源提供，从而降低工作能耗。

Description

真空吸附式锁定关节的气动软体抓手

技术领域

本发明涉及的是一种机器人及工业自动化领域的技术，具体是一种真空吸附式锁定关节的气动软体抓手。

背景技术

随着硅橡胶和智能材料的发展，软材料已成为制作机器人的热点研究领域。以硅橡胶等材料为基体的软体机器人有着极高的顺应性和柔软性。在工作中的安全性远超过传统的刚性机器人，由于其能够很好与环境发生交互，软体机器人更适合操作形状复杂或者脆弱的物体。通过充气使其发生弯曲变形，从而实现抓取动作。由于软体手具有良好的柔顺性和适应性，极大降低了控制复杂度，适用于抓取易碎、脆弱和形状多变的物品。现有的柔性机器人相交刚性机器人还存在承载力较低，工作可靠性较低、控制系统复杂等缺点。而现有的可以提升柔性驱动器刚度的方法包括变刚度驱动器都不可避免地引入刚性器件，影响柔性驱动器的柔性和适应性的优点。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，通过在柔性手指中增加吸盘实现自锁功能的柔性柔性吸盘脊柱来组建变刚度全柔性抓手，由此降低软手指的控制系统的复杂程度，同时提高抓手的承载力、可靠性和能量利用率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：固位结构、柔性吸盘脊柱和多组成对的软体手指，其中：软体手指设置于固位结构上，柔性吸盘脊柱设置于每对软体手指之间以控制软体手指的相对位置。

所述的固位结构包括：固定板和调节板，其中：调节板通过螺栓活动设置于固定板的滑槽内，调节板与软体手指固定连接。

所述的柔性吸盘脊柱包括：对称依次设置于固定骨节两侧的通气管、吸盘和旋转骨节，其中：固定骨节固定设置于调节板上，吸盘与通气管连接并固定于固定骨节的通孔内，通气管的另一端与气泵连接以为吸盘提供真空环境或压缩气体。

所述的软体手指为网格驱动器。

所述的每对软体手指通过连接杆连接，该连接杆穿过旋转骨节。

技术效果

与现有技术相比，本发明整体所解决的技术效果是：在不使用刚性结构的情况下实现了驱动器的变刚度功能，与现有全柔性气动驱动器相比，刚度性能提升明显；由此产生的意料之外的技术效果包括：柔性吸盘脊柱可以与各种驱动器共同组成变刚度驱动器，性能得到大幅度提升。

结构简单易集成，加工简单，成本低；在软手指内增加柔性吸盘脊柱即可实现变刚度全柔性抓手，既保留了软体抓手的柔性以及灵活性的特点，又提高了手指的承载力以及稳定性，在抓取过程中通过自锁维持抓取状态不需额外的能源提供，从而降低工作能耗。

附图说明

图1为本实施例的三维结构示意图；

图2为本实施例的爆炸图；

图3为固定板的示意图；

图4为调节板的示意图；

图中：a为调节板的正面示意图；b为调节板的背面示意图；

图5为柔性吸盘脊柱的示意图；

图中：a为柔性吸盘脊柱的组合示意图；b为柔性吸盘脊柱的拆分示意图；c为柔性吸盘脊柱的爆炸图；

图6为本实施例工作时的结构示意图；

图中：a为本实施例工作时的正面示意图；b为本实施例工作时的侧面示意图；

图中：固定板1、调节板2、螺栓3、螺母4、柔性吸盘脊柱5、软体手指6、连接杆7、固位结构8、滑槽101、安装孔102、矩形槽201、孔202、细长槽203、螺栓孔204、固定骨节501、旋转骨节502、吸盘503、通气管504、旋转轴505、圆孔601。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例包括：固位结构8、柔性吸盘脊柱5和两组成对的软体手指6，其中：软体手指6设置于固位结构8上，柔性吸盘脊柱5设置于每对软体手指6之间以控制软体手指6的相对位置。

所述的固位结构8包括：固定板1、两块调节板2和连接杆7，其中：调节板2通过螺栓3和螺母4配合活动设置于固定板1的滑槽101内，每块调节板2与一对并列的软体手指6的根部固定连接，连接杆7贯穿柔性吸盘脊柱5和软体手指6末端的圆孔601。

如图3所示，所述的固定板1的两侧设有滑槽101以改变调节板2与固定板1的相对位置，其中央留有便于安装的安装孔102。

如图4所示，所述的调节板2设有两个矩形槽201以与软体手指6连接，该矩形槽201内设有用于放置软体手指6的气管的孔202，在矩形槽201之间设有用于与柔性吸盘脊柱5的固定骨节501连接的细长槽203，该调节板2的两端设有与固定板1连接的螺栓孔204。

如图5所示，所述的柔性吸盘脊柱5包括：对称依次设置于固定骨节501两侧的通气管504、吸盘503和旋转骨节502，其中：固定骨节501固定设置于调节板2上，吸盘503与通气管504连接并固定于固定骨节501的通孔内，吸盘503与旋转骨节502相接触，旋转骨节502与固定骨节501通过旋转轴505相铰接以实现相对旋转，通气管504的另一端与气泵连接以为吸盘503提供真空环境或压缩气体，当吸盘503内为真空环境时，吸盘503吸住旋转骨节502从而阻碍旋转骨节502相对转动，提高柔性吸盘脊柱5的刚度，将固定骨节501以及旋转骨节502的相对位置锁死从而实现自锁功能，当吸盘503内为压缩气体时，吸盘503与旋转骨节502脱离，旋转骨节502恢复自由转动，柔性吸盘脊柱5的刚度降低，从而实现解锁。

所述的固定骨节501与旋转骨节502均为塑料薄片结构，属于柔性材料，受到沿薄片法向力作用是刚度较差，但是当受到沿薄板方向的力时刚度较大。

所述的软体手指6为网格驱动器，由模具与硅胶浇注成型，其气室在压缩气体作用下膨胀，在真空作用下收缩，软体手指6整体能够双向弯曲。软体手指6通过通气管504供气，将两个软体手指6根部并列固定在调节板2上，再将两个调节板2安装在固定板1上，即可构成包含四根软体手指的抓手结构。

上述装置通过以下方式工作：在工作过程中，柔性吸盘脊柱5上的作用力方向垂直于固定骨节501与旋转骨节502的厚度方向，柔性吸盘脊柱5具有相对于软体手指6较高的刚度，旋转骨节502能够相对于固定骨节501自由旋转。当使用气泵为软体手指6输入一定的压缩气体或者将软体手指6的内部气压降至大气压强以下时，软体手指6的气室会膨胀或收缩，使软体手指6发生向内或者向外的弯曲变形，如图6所示；软体手指6的弯曲变形会驱动与之相连的连接杆7，从而导致与连接杆7相连的旋转骨节502发生相对于固定骨节501的转动，当软体手指6弯曲至目标角度时，由气泵通过通气管504实现吸盘503内的负压环境，由于旋转骨节502相对于固定骨节501可以实现浮动，吸盘503可以吸附在旋转骨节502的表面上，由吸附力产生巨大的摩擦力从而阻碍旋转骨节502相对于固定骨节501的转动，实现柔性吸盘脊柱5的自锁，同时由于连接杆7的连接作用，软体手指6此时即使恢复切断供气也会被柔性吸盘脊柱5固定在弯曲状态，维持软体手指6的弯曲状态，提高抓手整体刚度。工作时受到的载荷大都作用于柔性吸盘脊柱5上，所以相对软体手指6的单独作用，柔性吸盘脊柱5可以承载更大的重量；当抓手需要恢复原始状态时，通过通气管504向吸盘503内通入压缩气体，使吸盘503与旋转骨节502脱离接触，降低机构刚度，柔性吸盘脊柱5因软体手指6通过自身弹性恢复至原始状态而实现解锁。

本装置通过柔性吸盘脊柱，利用柔性塑料板在薄板方向刚度较大的特点，使其在驱动器弯曲工作时可以帮助驱动器提高刚度，同时利用柔性吸盘在真空驱动下产生较大的吸力锁死柔性吸盘脊柱的姿态，大幅度提高驱动器的刚度。由于驱动器、吸盘、以及柔性塑料板均为柔性部件，实现了全柔性的变刚度驱动器，驱动器性能提升明显，同时该锁定式柔性吸盘脊柱可以与多种驱动器共同实现变刚度功能，易于模块化、工业化。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，其特征在于，包括：固位结构、柔性吸盘脊柱和多组成对的软体手指，其中：软体手指设置于固位结构上，柔性吸盘脊柱设置于每对软体手指之间以控制软体手指的相对位置；

所述的柔性吸盘脊柱包括：对称依次设置于固定骨节两侧的通气管、吸盘和旋转骨节，其中：固定骨节固定设置于调节板上，吸盘与通气管连接并固定于固定骨节的通孔内，吸盘与旋转骨节相接触，旋转骨节与固定骨节通过旋转轴相铰接以实现相对旋转，通气管的另一端与气泵连接以为吸盘提供真空环境或压缩气体从而实现锁定或解锁；

所述的固位结构包括：固定板和调节板，其中：调节板通过螺栓活动设置于固定板的滑槽内，调节板与软体手指固定连接。

2.根据权利要求1所述的真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，其特征是，所述的软体手指为网格驱动器。

3.根据权利要求1所述的真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，其特征是，所述的每对软体手指通过连接杆连接，该连接杆穿过旋转骨节。

4.根据权利要求1所述的真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，其特征是，所述的固定骨节与旋转骨节均为塑料薄片结构。

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