CN110815286A - 柔性伸缩器件及机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明的柔性伸缩器件及机械臂，其中所述柔性伸缩器件包括柔性管部、导气部以及开设有空气通道的端头部，通过所述导气部向所述柔性管部通气或者从所述柔性管部抽气，所述柔性管部能够响应于通气或者抽气而伸缩，所述端头部通过所述空气通道内的气压变化而抓取或者释放目标物。本发明整体结构简单，体积小，具有对目标物取放速度快，抓取距离远的功能，同时该柔性伸缩器件的使用范围广。

Description

柔性伸缩器件及机械臂

技术领域

本发明属于机械传动相关技术领域，特别是涉及一种柔性伸缩器件及机械臂。

背景技术

随着经济的发展与技术的进步，利用机器人替代人力实现生产的智能化，是生产效率提高的重要原因。为了实现有效的抓取，目前的机械手臂都是刚性的，运动速度普遍较慢，且机械臂的抓取距离受到臂长的限制。并且由于目前的机械手的刚性特点，其结构整体尺寸较大，运动速度及距离相对固定的，结构的机动性较差。

针对于以上存在的技术问题，目前提出了中国大陆专利所提供的一种弹射式快速抓取机器人(授权公告号：CN104842359B)，该弹射抓取机器人通过压缩弹簧的形变产生弹力实现机器人抓取机构的弹射，并通过收缩机构实现机器人抓取机构的收回，还可通过调整发射机构的弹射方向实现多方位抓取或越障抓取。

上述方案的弹射式快速抓取机器人在一定程度上实现快速抓取，远距离抓取等功能，然而上述方案工作时的动能由压缩弹簧的形变提供，抓手的弹射速度受到弹簧压缩性能的限制，收回时依靠滚轮的转动，整体结构体积大，重量大，使用场景受到限制。而且该发明中机器人抓取采用粘附抓取机构实现，该结构可以实现抓取功能，但抓取后的物体释放需要手动释放，操作非常的不便利。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中存在的技术问题，提供一种柔性伸缩器件及机械臂。

具体地，一种柔性伸缩器件，包括柔性管部、导气部以及开设有空气通道的端头部；所述导气部连接于所述柔性管部的一端，所述端头部连接于所述柔性管部另一端，所述导气部能够向所述柔性管部通气或者从所述柔性管部抽气，所述柔性管部能够响应于通气或者抽气而伸缩，所述柔性管部通过所述空气通道与外界连通，所述端头部通过所述空气通道内的气压变化而抓取或者释放目标物。

作为本发明的优选方案，所述端头部包括开闭控制件以及柔性抓取件，所述柔性抓取件开设有空气通道，所述开闭控制件设置于所述柔性抓取件靠近所述柔性管部的一侧，所述开闭控制件能够随所述柔性管部内的气压变化而开启或关闭，以控制所述空气通道与所述柔性管部的通断。

作为本发明的优选方案，所述开闭控制件包括多个开闭片，多个所述开闭片之间连接有弹性件，所述弹性件能够驱动多个所述开闭片合拢，以断开所述空气通道与所述柔性管部之间相连通的通路。

作为本发明的优选方案，每个所述开闭片朝向所述导气部的一侧设有拨片，所述导气部向所述柔性管部所通的气体能够作用于所述拨片，以使多个所述开闭片相离运动。

作为本发明的优选方案，所述拨片设为圆弧状结构，多个所述拨片同心设置。

作为本发明的优选方案，所述拨片凸设于所述开闭片朝向所述导气部的一侧表面，且凸伸方向相对于所述导气管的中轴渐近倾斜设置。

作为本发明的优选方案，所述开闭片的数量为两个；及/或，所述弹性件的数量为两个。

作为本发明的优选方案，所述柔性管部上设有多个对应于所述开闭片的延伸凸部，所述开闭片固定连接于对应的所述延伸凸部，且所述柔性抓取件固定连接于所述延伸凸部之间。

作为本发明的优选方案，所述柔性抓取件抵靠在多个所述开闭片上，其中所述柔性抓取件上远离所述开闭片的一侧端面设为凹凸面。

作为本发明的优选方案，所述导气部包括导气管和真空管，所述导气管套设于所述真空管的外壁并伸入至所述柔性管部内，所述导气管能够向所述柔性管部通气，所述真空管能够从所述柔性管部抽气。

作为本发明的优选方案，所述导气管的数量为多根，相邻所述导气管之间设有间隙；及/或，所述真空管的管壁上开设有与所述间隙连通的通槽。

本发明还请求保护一种机械臂，包括柔性伸缩器件，及与所述柔性伸缩器件连接并连通的高压泵和真空泵，所述柔性伸缩器件为上述任一所述的柔性伸缩器件。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明所提供的柔性伸缩器件及机械臂，柔性管部、导气部及端头部合理的结构设置，使得该柔性伸缩器件能够利用柔性管部的伸缩、柔性管部及端头部内空气通道的气压变化，实现用端头部对目标物的抓取及释放，进而达到该柔性伸缩器件对目标物取放速度快，抓取距离远的功能；同时该柔性伸缩器件整体结构简单，体积小，利用柔性管部实现伸缩，使用范围广。

附图说明

图1为本发明一实施方式所提供的柔性伸缩器件的结构示意图。

图2为图1中的P部放大图。

图3为图1的柔性伸缩器件中开闭控制件上多个开闭片合拢时的结构示意图。

图4为图1的柔性伸缩器件中开闭控制件上多个开闭片另一实施例合拢时的结构示意图。

图5为图1的柔性伸缩器件中开闭控制件上多个开闭片另一实施例合拢时的结构示意图。

图6为图1的柔性伸缩器件中导气部的结构示意图。

图7为图1的柔性伸缩器件中真空管的结构示意图。

其中，10、柔性管部；11、延伸凸部；20、导气部；21、导气管；211、间隙；22、真空管；221、通槽；30、开闭控制件；31、开闭片；301、通孔；32、弹性件；33、拨片；40、柔性抓取件；41、空气通道；101、高压泵；102、真空泵。

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。

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。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1-图7，本发明一实施方式所提供的柔性伸缩器件，包括柔性管部10、导气部20及端头部，所述端头部开设有空气通道41，所述导气部20连接于所述柔性管部10的一端，所述端头部连接于所述柔性管部10另一端，所述导气部20能够向所述柔性管部10通气或者从所述柔性管部10抽气，所述柔性管部10能够响应于通气或者抽气而伸缩；所述柔性管部10通过所述空气通道41与外界连通，所述端头部通过所述空气通道41内的气压变化而抓取或者释放目标物。其中，所述柔性管部10设为波纹管。

在本实施方式中，所述端头部包括开闭控制件30以及柔性抓取件40，所述柔性抓取件40开设有空气通道41，所述开闭控制件30设置于所述柔性抓取件40靠近所述柔性管部10的一侧，且所述开闭控制件30能够随所述柔性管部10内的气压变化而开启或关闭，以控制所述空气通道41与所述柔性管部10的通断,所述柔性抓取件40通过所述空气通道41内的气压变化而抓取或者释放目标物。

具体地，所述开闭控制件30随所述柔性管部10的通气而开启，以使所述空气通道41与所述柔性管部10连通；所述柔性抓取件40作用于目标物后能够随所述柔性管部10的抽气而形变，以使所述开闭控制件30在所述柔性抓取件40的形变作用下保持所述空气通道41与所述柔性管部10连通，使得柔性抓取件40能够利用所述柔性管部10内外气压差实现对目标物的抓取，且能够随同所述柔性管部10的缩回而将抓取到的目标物取回。需要说明的是，本实施方式的柔性抓取件40作用于目标物后，所述柔性抓取件40与所述目标物接触密封。

本实施方式的开闭控制件30设为多个开闭片31，多个所述开闭片31之间连接有弹性件32，所述弹性件32能够驱动多个所述开闭片31合拢，以断开所述空气通道41与所述柔性管部10之间相连通的通路。也就是说，本实施方式的开闭控制件30在未受到外力的作用之下，所述弹性件32能够驱动多个所述开闭片31合拢，并切断所述空气通道41与所述柔性管部10相连通的通路，亦即当所述柔性管10通气并作用在多个所述开闭片31上时，作用在所述开闭片31上的气体能够产生拉伸所述弹性件32的作用力，且发生形变的所述柔性抓取件40能够限制所述弹性件32驱动多个所述开闭片31进行合拢。

具体地，每个所述开闭片31朝向所述导气部20的一侧分别设有拨片33，所述导气部20向所述柔性管部10所通的气体能够作用于所述拨片33，以使多个所述开闭片31相离运动。也就是说，当所述导气部20往所述柔性管部10内导入高压气体时，导入至所述柔性管部10内的高压气体一方面能够直接作用在所述开闭片31上，利用所述柔性管部10的伸缩性驱动所述开闭片31及柔性抓取件40朝目标物的方向快速射出；另一方面作用于所述开闭片31上气体部分会发生转向，并作用在所述拨片33上，并实现所述拨片33带动对应的所述开闭片31移动，以此实现对多个所述开闭片31的张开的驱动。

其中，所述拨片33设为圆弧状结构，多个所述拨片33同心设置。优选地，所述拨片33凸设于所述开闭片31朝向所述导气部20的一侧表面，且凸伸方向相对于所述导气管20的中轴渐近倾斜设置，以便于作用在所述拨片33上的高压气体对能够通过所述拨片33带动对应的开闭片31朝远离所述柔性管部10中心线的方向移动。需要说明的是，所述拨片33的结构不局限于图示所示，本领域技术人员可以根据使用的需求将所述拨片33设为具有一定曲面的结构，甚至平面的板状结构，在此就不展开阐述。

在本实施方式中，所述开闭片31的数量设为两个，及/或，所述弹性件32的数量也为两个，两个所述弹性件32设置在两个所述开闭片31相向面之间的位置，具体分居在两个所述开闭片31的两相对侧，以此提高所述弹性件32对所述开闭片31驱动作用的稳定性。其中所述弹性件32优选为弹簧。当然了需要说明的是，所述开闭片31及所述弹性件32的数量不局限于设为两个，本领域技术人员可以根据使用的需求，将所述开闭片31的数量设为三个、四个，甚至更多个，只要满足多个所述开闭片31合拢时能够形成对所述柔性管部10上开口封堵的端面即可，且所述弹性件32的数量可以根据使用的需求具体设置。

其中，两个所述弹性件32的两端分别与对应的所述开闭片31连接固定，以防止所述弹性件32脱离对应的所述开闭片31，所述弹性件32可根据使用的需求设置在两个所述开闭片31位于两个所述延伸凸部11之间的部分上，且两个所述开闭片31上分别开设有用于容纳所述弹性件32的弹簧槽，又或者可将两个所述弹性件32设置在两个所述开闭片31位于两个所述延伸凸部11外侧的部分上，在此就不展开阐述。

在本实施方式中，所述柔性管部10上设有多个对应于所述开闭片31的延伸凸部11，多个所述延伸凸部11贯穿对应的所述开闭片31，且所述柔性抓取件40设置在所述延伸凸部11伸出所述开闭片31的部分上。使得多个所述开闭片31能够带动对应的所述延伸凸部11进行张开及合拢，进而实现所述开闭片31对所述柔性抓取件40上空气通道41与所述柔性管部10之间的通断控制。

具体地，本实施方式的开闭片31上分别开设有通孔301，所述延伸凸部11贯穿对应的所述开闭片31上的通孔301，以此实现所述柔性管部10上延伸凸部11与所述开闭片31之间的装配连接。其中所述延伸凸部11与对应的所述开闭片31上通孔301的孔壁之间以紧配合的方式进行连接固定，以此实现所述开闭片31与所述延伸凸部11之间的连接固定。

其中，所述柔性抓取件40的外周壁贴合于多个所述延伸凸部11的内壁设置，本实施方式的柔性管部10上延伸凸部11具体设为圆弧状结构，相应的，所述柔性抓取件40的横截面设为圆形，以便将所述柔性抓取件40粘接在多个所述延伸凸部11伸出对应的开闭片31的部分内。当然了需要说明的是，每个所述延伸凸部11不局限于设为圆弧状结构，本领域技术人员可根据使用的需求，将每个所述延伸凸部11设为直条状结构，或者其它不规则的形状。

由上可知，所述柔性抓取件40作用于目标物后能够随所述柔性管部10的抽气而形变，形变的所述柔性抓取件40具体能够通过对所述延伸凸部11挤涨后的变形，来限制所述开闭片31在所述弹性件32的驱动下进行自动合拢，且形变的所述柔性抓取件40能够实现所述柔性抓取件40与多个所述延伸凸部11之间的紧配合，使得所述柔性管部10抽真空时在快速收缩的同时，所述柔性抓取件40能够通过所述柔性抓取件40与所述延伸凸部11之间的挤涨跟随所述柔性管部10快速缩回。其中，所述柔性抓取件40具体可为弹性橡胶套，所述空气通道41贯穿所述弹性橡胶套。

本实施方式的柔性抓取件40抵靠在多个所述开闭片31上，其中所述柔性抓取件40上远离所述开闭片31的一侧端面设为凹凸面，以此提高所述柔性抓取件40与目标物相互接触时的贴合度，以此确保作用于目标物上的柔性抓取件与目标物贴合密封，进而确保该柔性伸缩器件工作时对目标物的抓取效果。

进一步地，所述柔性抓取件40相对于多个所述延伸凸部11部分向外伸出，使得所述柔性抓取件40跟随所述柔性管部10运动时，所述柔性抓取件40率先与目标物接触，以进一步提高所述柔性抓取件40与目标物相互接触时的贴合度。

本实施方式的导气部20用于往所述柔性管部10内导入高压气体，以用导入至所述柔性管部10内的气体直接作用于所述开闭片31上，实现对所述柔性管部10快速伸长的驱动，以使所述端头部快速射出；另外，所述导气部20还可以从所述柔性管部10内抽气，以通过将所述柔性管部10抽真空的方式，实现对所述柔性管部10快速收缩的驱动，进而实现该柔性伸缩器件工作时能够实现对柔性管部10伸缩运动的驱动。需要说明的是，所述导气部20还能够对处于收缩状态的柔性管部10起到支撑的作用，防止收缩状态的柔性管部10在重力的作用力而下垂。

可以理解，所述导气部20导入至所述柔性管部10内不同量的高压气体，能够对应于所述柔性管部10不同的伸长量，故此，本实施方式的柔性伸缩器件工作时，能够根据该柔性伸缩器件上柔性抓取件40与目标物之间的不同距离，来分别控制该导气部20导入至所述柔性管部10内不同量的高压气体，以此确保所述柔性管部10能够带动所述柔性抓取件40作用在目标物上。

在本实施方式中，所述导气部20包括导气管21和真空管22，所述导气管21套设于所述真空管22的外壁并伸入至所述柔性管部10内，以用所述真空管22对所述导气管21起到支撑的作用；且所述导气管21能够向所述柔性管部10通气，以此实现对所述柔性管部10快速伸长的驱动；所述真空管22能够从所述柔性管部10抽气，以此实现对所述柔性管部10快速收缩的驱动。当然了需要说明的是，所述导气部20伸入至所述柔性管部10内的长度等于所述柔性管部10响应于所述导气部20抽气而缩回后的长度，以此确保所述导气部20再次通气能够直接作用在所述端头部上。

本实施方式中导气管21的数量为多根，相邻所述导气管21之间设有间隙211；及/或，所述真空管22的管壁上开设有与所述间隙211连通的通槽221，使得本实施方式的柔性伸缩器件通过所述真空管22对所述柔性管部10进行抽气，还能够通过所述真空管22上的通槽221进行抽气，以此提高对所述柔性管部10抽真空的效率，从而实现所述柔性管部10快速收缩。

进一步地，所述导气管21的数量为两根，两根所述导气管21套设于所述真空管22的外壁上并伸入至所述柔性管部10内，以此提高对所述柔性管部10导入高压气体的效率。

作为本发明的优选方案，本实施方式的柔性管部10外壁还可以设置有传感器，用以当所述柔性管部10伸缩时对所述端头部的弹射速度及所述柔性管部10的伸长长度进行检测，以此起到信号反馈的作用。其中所述传感器设置在所述柔性管部10未发生形变的部分，以防止柔性管部10的伸缩对所述传感器造成影响。

由上可知，本实施方式的柔性伸缩器件在起始状态时，两个所述开闭片31在所述弹性件32的作用下合拢，并实现对所述柔性管部10的开口密封，用导气部20对所述柔性管部10抽真空，以使所述柔性管部10紧密的叠合在一起，此时所述开闭片31靠近所述导气部20的出气口设置。当所述柔性伸缩器件工作时，所述导气部20导入高压气体至所述柔性管部10内，并作用在所述开闭片31上，一方面能够通过所述拨片33将两个所述开闭片31张开，以使所述柔性抓取件40的空气通道41与所述柔性管部10连通；另一方面能够利用所述柔性管部10的伸缩性将开闭片31及柔性抓取件40朝目标物快速射出。当所述柔性抓取件40到达目标物后贴靠在物件上，此时用导气部20对所述柔性管部10进行快速抽气，利用所述柔性管部10的内外气压差将目标物吸住，随着所述柔性管部10内真空度的增加，所述柔性管部10快速收缩，以将目标物抓回，在此过程中，所述柔性抓取件40在吸力的作用下发生形变，而形变的柔性抓取件40能够阻止所述开闭片31在所述弹性件32的驱动下复位，使得所述开闭片31无法闭合；而当将目标物抓回至起始位置时，所述导气部20停止对所述柔性管部10抽气，并释放对所述柔性管部10的抽真空，使得所述柔性管部10与外置大气压连通，所述柔性抓取件40脱离对目标物的吸合，并实现对目标物的释放，此时所述柔性抓取件40不再形变，并解除不再对所述开闭片31合拢的限位，使得多个所述开闭片31在弹性件32的作用下再次合拢，进而实现该柔性伸缩器件工作对目标物一次完整的取放作用。

本发明请求保护的机械臂，包括应用上述柔性伸缩器件，及用于给所述柔性伸缩器件提供动力的高压泵101和真空泵102，使得该柔性伸缩器件上的柔性管部10能够在所述高压泵101及所述真空泵102的配合驱动下，实现快速伸缩，其中伸长的柔性管部10能够利用柔性管部10内外的气压差，用柔性抓取件40将目标物吸住，并随同柔性管部10的收缩而带回，然后再自动释放。需要说明的是，本实施方式的柔性伸缩器件工作时具体用导气部20往所述柔性管部10内导入高压气体，而从所述柔性管部10内抽气也可采用导气部20实现，具体可在导气部20伸出所述柔性管部10的一端上连接一具有腔室的腔体，所述高压泵101和所述真空泵102分别与所述腔体连接并连通。

作为本发明的优选方案，本实施方式导气部20包括导气管21和真空管22，所述导气管21与所述高压泵101连接并连通，所述真空管22与所述真空泵102连接并连通。所述高压泵101能够通过所述导气管21向所述柔性管部10通气，以此实现对所述柔性管部10快速伸长的驱动；所述真空泵102则能够通过所述真空管22从所述柔性管部10抽气，以此实现对所述柔性管部10快速收缩的驱动。

综上，本发明所提供的柔性伸缩器件及机械臂,柔性管部、导气部及端头部合理的结构设置，使得该柔性伸缩器件能够利用柔性管部的伸缩，柔性管部及端头部内空气通道的气压变化，实现用端头部对目标物的抓取及释放，进而达到该柔性伸缩器件对目标物取放速度快，抓取距离远的功能；同时该柔性伸缩器件整体结构简单，体积小，利用柔性管部实现伸缩，使用范围广。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种柔性伸缩器件，其特征在于：包括柔性管部、导气部以及开设有空气通道的端头部；所述导气部连接于所述柔性管部的一端，所述端头部连接于所述柔性管部另一端，所述导气部能够向所述柔性管部通气或者从所述柔性管部抽气，所述柔性管部能够响应于通气或者抽气而伸缩，所述柔性管部通过所述空气通道与外界连通，所述端头部通过所述空气通道内的气压变化而抓取或者释放目标物。

2.根据权利要求1所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述端头部包括开闭控制件以及柔性抓取件，所述柔性抓取件开设有空气通道，所述开闭控制件设置于所述柔性抓取件靠近所述柔性管部的一侧，所述开闭控制件能够随所述柔性管部内的气压变化而开启或关闭，以控制所述空气通道与所述柔性管部的通断。

3.根据权利要求2所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述开闭控制件包括多个开闭片，多个所述开闭片之间连接有弹性件，所述弹性件能够驱动多个所述开闭片合拢，以断开所述空气通道与所述柔性管部之间相连通的通路。

4.根据权利要求3所述的柔性伸缩器件，其特征在于：每个所述开闭片朝向所述导气部的一侧设有拨片，所述导气部向所述柔性管部所通的气体能够作用于所述拨片，以使多个所述开闭片相离运动。

5.根据权利要求4所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述拨片设为圆弧状结构，多个所述拨片同心设置。

6.根据权利要求4或5所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述拨片凸设于所述开闭片朝向所述导气部的一侧表面，且凸伸方向相对于所述导气管的中轴线渐近倾斜设置。

7.根据权利要求3所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述开闭片的数量为两个；及/或，所述弹性件的数量为两个。

8.根据权利要求3所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述柔性管部上设有多个对应于所述开闭片的延伸凸部，所述开闭片固定连接于对应的所述延伸凸部，且所述柔性抓取件固定连接于所述延伸凸部之间。

9.根据权利要求3所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述柔性抓取件抵靠在多个所述开闭片上，其中所述柔性抓取件上远离所述开闭片的一侧端面设为凹凸面。

10.根据权利要求1所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述导气部包括导气管和真空管，所述导气管套设于所述真空管的外壁并伸入至所述柔性管部内，所述导气管能够向所述柔性管部通气，所述真空管能够从所述柔性管部抽气。

11.根据权利要求10所述的柔性伸缩器件，其特征在于：所述导气管的数量为多根，相邻所述导气管之间设有间隙；及/或，所述真空管的管壁上开设有与所述间隙连通的通槽。

12.一种机械臂，其特征在于：包括柔性伸缩器件，及与所述柔性伸缩器件连接并连通的高压泵和真空泵，所述柔性伸缩器件为权利要求1-11中任一所述的柔性伸缩器件。

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