CN111148608A - 用于机器人末端执行器的结构 - Google Patents

Abstract

描述了用于机械臂末端工具比如机器人抓持器的各种增稳装置。增稳装置设置在臂末端工具的手掌区中并且用作止挡件，臂末端工具的致动器可推动柔性或光滑的目标物体抵靠止挡件。取决于应用，增稳装置可采取各种各样的形状。基于增稳装置的形状和对目标物体的机器人抓持器的动作，目标物体可以以更稳定的形态移动或转动，从而允许致动器施加更少的力同时仍然对物体维持牢固的抓取。

Description

用于机器人末端执行器的结构

相关申请

本申请要求提交于2017年5月1日的题为“用于机器人末端执行器的结构”的美国临时专利申请序列号62/492,627的优先权、提交于2018年3月16日的题为“龙骨及其使用方法”的美国临时专利申请序列号62/643,859的优先权以及提交于2018年3月19日的题为“新龙骨及其使用方法”的美国临时专利申请序列号62/644,690的优先权。上述申请的内容通过引用纳入本文中。

背景技术

本发明基本涉及机器人领域，尤其涉及适于在抓取尤其是柔性物体(比如袋装物品)方面协助机器人末端执行器的新型结构。

常见地，机器人末端执行器可包括抓取目标的多根机械手指。通常，在多个手指之间抓取目标，然后从一个地方移到另一个地方。当提起柔性物体(比如在袋中或松散包装中的物体)时，物体可能在提起、加速或减速物体时滑脱出手指的抓取。当袋或包装充满能够在其容器内移位的产品时，该问题可能是复杂的；在物体移动期间，产品的移位会使力不均匀地施加至袋或包装，使得更难牢固地抓取目标。

结果，手指必须相当紧地抓取物体以免目标滑出或移位。这会损坏袋或包装中含有的产品，并且不可能保证物体不会继续滑出或移位。

附图说明

图1A-1D描绘了适于与本文描述的示例性实施例一起使用的软机器人致动器的示例。

图2A-2D描绘了用于机械臂末端工具的增稳结构的示例。

图3A-3B描绘了采用示例性增稳结构以抓取目标柔性物体。

图4A-4J描绘了抓取过程的各个阶段，示出增稳结构、目标物体和致动器的交互。

图5是描绘出用于抓取目标柔性物体的示例性方法的流程图。

图6描绘了在抓取形态中的目标物体。

图7A-7F描绘了用于增稳结构的各种替代形态。

图8A-8B描绘了增稳结构，其具有用于抓取的两个脊和用于将增稳结构固定至机器人末端执行器的固定装置。

图9A-9C描绘了相对于机器人致动器的远端的用于增稳结构的替代形态。

图10A-10D描绘了用于抓取柔性物体的替代抓取过程。

具体实施方式

现在将参阅附图更详细地描述本发明，其中示出本发明的实施例。但是本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应理解为受到本文阐述的实施例限制。相反，提供的这些实施例使得本文更加透彻和完整，并且将本发明的范围完全地传达给本领域技术人员。在附图中，相同的附图标记始终指代相同的元件。

软机器人抓持器的背景技术

传统的机器人致动器可能是价格昂贵的且不能在某些环境操作，其中待处理物体的重量、尺寸和形状的不确定性和多样性已经导致无法采用如过去那样工作的自动化解决方案。本申请描述了自适应、便宜、轻质、可定制的并且易于使用的新型软机器人致动器的应用。

软机器人致动器可由以构造成在压力下展开、拉伸、扭转、弯曲、延伸和/或收缩的手风琴式结构布置的例如为橡胶的弹性材料、涂层织物或塑料薄壁或其它适用的相对软的材料形成。作为手风琴式结构的替代或附加，可以利用采用弹性材料的软致动器的其它类型和形态。例如它们可通过将一片或多片弹性材料成型或结合为期望的形状来制造。替代地或附加地，不同的多片弹性材料可被热结合或缝接。软机器人致动器可包括中空内部，其可用例如为空气、水或盐水的流体填充以使该致动器加压、膨胀和/或致动。在致动时，致动器的形状或轮廓会改变。在手风琴式致动器的情况下(下文进行更详细地描述)，致动可以使致动器卷曲或拉直成预定的目标形状。处于完全未致动形状和完全致动形状之间的一个或多个中间目标形状可通过使致动器局部地膨胀来实现。替代地或附加地，可利用真空来致动致动器以使膨胀流体流出致动器，从而改变致动器弯曲、扭转和/或延伸的程度。

致动也可允许致动器在物体上(比如被抓取或被推动的物体上)施加力。但是，与传统的硬机器人致动器不同，软致动器在被致动时保持自适应性，以使软致动器可以部分地或完全地适形于要被抓取的物体的形状。它们还可以在与物体碰撞时偏转，这在从一堆或料箱中取出物体时尤其重要，因为致动器很可能与一堆物体中的不是抓取目标的相邻物体或料箱的边碰撞。此外，因为材料可易于变形，所以所施加的力的大小可以可控的方式在整个更大表面区域分布。通过这种方式，软机器人致动器可抓持物体而不损坏它们。

更进一步，软致动器是自适应的，并且因此单个夹具可以抓持多种物体。因为软致动器的外表面是相对脆弱的，它们可用作例如用作容易擦伤或损坏的物品(例如，番茄)的重定向器，而硬夹具可能限于操纵更坚固的物品(例如，黄铜阀)。

此外，软致动器通常不会在待抓持的表面上留下痕迹。通常，当容易留下痕迹的表面(例如饰面)被硬夹具抓持时，可施加防护涂层或膜以免该部分留下痕迹；这增加了制造成本。利用软致动器，该步骤可以省略并且可以在没有特殊涂层或膜的情况下保护该部分。

而且，软机器人致动器允许用于传统的硬机器人致动器难以实现的各种类型的运动或运动的组合(包括弯曲、扭转、延伸和收缩)。

图1A-图1D描绘了示例性软机器人致动器。具体地说，图1A描绘了软机器人致动器的部分侧视图。图1B描绘了图1A中部分的俯视图。图1C描绘了包括可被使用者操纵的泵的软机器人致动器的部分侧视图。图1D描绘了图1C所描绘的部分的替代实施例。

致动器可为如图1A所描绘的软机器人致动器100，其可利用例如为空气、水、或盐水的膨胀流体而膨胀。膨胀流体可经由膨胀装置120通过流体连接器118来提供。

致动器100可处于未膨胀状态，其中在致动器100内存在基本与周围环境压力相同的有限量的膨胀流体。致动器100也可处于完全膨胀的状态，其中在致动器100内存在预定量的膨胀流体(预定量可响应于待由致动器100施加的预定的最大力或由膨胀流体施加到致动器100上的预定的最大压力)。致动器100也可处于完全真空的状态，其中所有的流体从致动器100中流出，或处于部分真空的状态，其中部分流体存在于致动器100中，但是处于小于周围环境压力的压力下。此外，致动器100可处于部分膨胀的状态，其中致动器100包含的流体量少于在完全膨胀状态下存在的膨胀流体的预定量，但是比没有膨胀流体(或非常有限量的膨胀流体)更多。

在膨胀状态，致动器100可表现出如图1A所示围绕中心轴线卷曲的趋势。为便于讨论，本文定义了几个方向。如图1B所示，轴向穿过致动器100围绕其卷曲的中心轴线。径向在垂直于轴向的方向上在由膨胀的致动器100形成的部分圆的半径方向上延伸。周向沿着膨胀的致动器100的外周延伸。

在膨胀状态，致动器100可沿着致动器100的内周边缘在径向上施加力。例如致动器100的远侧末端的内侧向内朝着中心轴线施力，这可被利用以允许致动器100抓取物体(可能与一个以上的附加致动器100相结合)。由于致动器100所使用的材料以及总体结构，软机器人致动器100可在膨胀时保持相对地适形。

致动器100可由允许相对软或适形结构的一种以上弹性材料制成。取决于应用，弹性材料可以从一组食品药品监督管理局(FDA)批准的食品安全的、生物相容的或医疗安全的材料中选择。致动器100可采用符合药品生产质量管理规范(“GMP”)的设备来加工。

致动器100可包括基本平坦的基座102(但各种改型或附加物可被增加到基座102以改进致动器的抓持和/或弯曲性能)。基座102可形成抓取目标物体的抓持表面。

致动器100可包括一个以上的手风琴式延伸部104。该手风琴式延伸部104允许致动器100在膨胀时弯曲或挠曲，从而有助于限定致动器100在处于膨胀状态时的形状。手风琴式延伸部104包括一系列的脊106和凹槽108。可改变手风琴式延伸部104的尺寸与脊106和凹槽108的布置以得到不同的形状或延伸轮廓。

虽然图1A-图1D中的示例性致动器在展开时呈“C”形或椭圆形，但是本领域普通技术人员将会认识到本发明不仅限于此。通过改变致动器100主体的形状或手风琴式延伸部104的尺寸、位置或形态，可获得不同的尺寸、形状和形态。而且，改变提供给致动器100的膨胀流体的量允许致动器100在未膨胀状态和膨胀状态之间呈一个以上的中间尺寸或形状。因此，单独的致动器100通过改变膨胀量在尺寸和形状方面是可缩放的，并且通过用具有不同尺寸、形状或形态的另一个致动器100来代替一个致动器100可在尺寸和形状方面进一步缩放致动器。

致动器100从近端112向远端110延伸。近端112与接口114相连。接口114允许致动器100与致动器的其它部分可拆卸地联接。接口114可由比如为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚醚醚酮、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(“ABS”)或缩醛均聚物的医疗安全材料制成。接口114可与致动器100和软管118中的一个或两个可拆卸地联接。接口114可具有用于与致动器100连接的端口。不同的接口114可具有不同的尺寸、数量或形态的致动器端口，以适应较大或较小的致动器、不同数量的致动器或不同形态的致动器。

从膨胀装置120穿过例如为软管118的流体连接器被供应的膨胀流体可以使致动器100膨胀。接口114可包括阀116或可被附接至阀116，以允许流体进入致动器100而防止流体从致动器中流出(除非阀是打开的)。软管118也可以或替代地附接至位于膨胀装置120处的膨胀器阀124，以调节在膨胀装置120位置处的膨胀流体的供应。

软管118还可包括致动器连接接口122，其用于在一端可拆卸地连接接口114并且在另一端可拆卸地连接膨胀装置120。通过将致动器连接接口122的两部分分离，不同的膨胀装置120可与不同的接口114和/或致动器100连接。

膨胀流体可以例如是空气或盐水。在空气的情形下，膨胀装置120可包括手动操作的球状体或波纹管以便供应环境空气。在盐水的情形下，膨胀装置120可包括注射器或其它合适的流体递送系统。替代地或附加地，膨胀装置120可包括压缩机或泵，以便供应膨胀流体。

膨胀装置120可包括用于供应膨胀流体的流体供给部126。例如，流体供给部126可以是用于储存压缩空气、液化或压缩二氧化碳、液化或压缩氮气或盐水的储存器，或可为用于向软管118供应环境空气的通风口。

膨胀装置120还包括用于从流体供给部126穿过软管118将膨胀流体供应到致动器100的流体递送装置128，例如泵或压缩机。流体递送装置128能够向致动器100供应流体或从致动器100中抽出流体。流体递送装置128可以由电力驱动。为供应电力，膨胀装置120可包括比如为电池或电源插座接口的电源130。

电源130也可向控制装置132供电。控制装置132可允许使用者例如通过一个以上的致动按钮134(或替代装置比如开关)来控制致动器的膨胀或瘪缩。控制装置132可包括用于向流体递送装置128发送控制信号的控制器136，以使流体递送装置128向致动器100供应膨胀流体或从致动器100中抽出膨胀流体。

用于机器人末端执行器的示例性结构

示例性实施例涉及适于与采用一个以上机器人致动器的机器人末端执行器或臂末端工具(EOATs)一起使用的结构。在(多个)致动器试图抓取相对柔性的物体比如袋装物品时，示例性结构改善了抓取稳定性。

值得注意，在以下示例中，增稳结构被描述为与如上列出的软机器人致动器结合使用。但是，虽然在与增稳结构一起使用时软机器人致动器可提供如上文所述及在下文更详细地讨论的优点，但是应当理解，本发明不限于与软机器人致动器一起使用。

示例性实施例提供居中的止挡件，在抓取期间，(多个)致动器可以抵着止挡件紧握袋或其它产品。通过使用所述的结构，低压的膨胀流体可用在致动器中(导致对目标物体的柔和保持)，同时仍对目标物体维持有效的抓取。

图2A描绘了这样的增稳结构的示例。该结构可以部署在机器人末端执行器的基座202上，比如用于机械臂的抓取器，臂末端工具(EOAT)，或者能够抓取目标物体的其它机器人装置。例如，图2A的示例性抓取器包括两个软致动器100。基座202可以是机器人主体或臂的一部分，机器人主体或臂被构造成容纳末端执行器(例如，通过使用紧固件或其它固定装置)，或者末端执行器可以与机器人主体或臂是一体的。

如图2A所示，示例性结构可以设置在邻近一个以上的致动器100的手掌区204的中间位置。每个末端执行器上的手掌区204可以是不同的，取决于(多个)致动器100的形态或其它抓取器具以及末端执行器上呈现的其它结构。例如，在图2A的两个致动器示例中，手掌区204可以从一个致动器100的基座延伸越过末端执行器到达另一个致动器100的基座(在图2A中从左至右的方向)。手掌区204还可以在其它方向延伸，比如沿着末端执行器的长度。尤其在多个致动器100沿着末端执行器的一侧对齐的情况下(参见，例如图3A-3B)，手掌区204可以包括在末端执行器的长度和宽度方向上的多个致动器之间的区域。在其它实施例中，末端执行器可以仅采用单个致动器100，在这种情况下，手掌区204可包括在致动器处于未膨胀状态时沿着垂直于致动器100的基座的径向方向延伸的区，并且可包括在致动器处于膨胀状态时在致动器100的远端下方的区域。取决于操作原理(例如，如在图4A-4J和10A-10D示出的示例中)，手掌区204可以延伸超过致动器的(多个)远侧末端下方的区域，以使增稳结构可以设置在使(多个)远侧末端将目标物体推入增稳结构(而不是在增稳结构的下方卷曲)的位置。

增稳结构可以主要设置在手掌区204，尽管增稳结构的部分可以延伸超过手掌区204并且增稳结构不需要覆盖整个手掌区。相反，增稳结构的主体210应该被设计尺寸、构造和定位成作为止挡件，(多个)致动器100在抓取期间根据以下描述的方法推动目标柔性物体抵靠止挡件。

增稳结构，本文也可称为龙骨，可以是致动器可以在其周围卷曲的刚性或半刚性结构。在一些实施例中，增稳结构可以由橡胶或橡胶涂层塑料形成。在一些实施例中，增稳结构可以是软机器人致动器100。

在一些实施例中，增稳结构可以设有不同的表面纹理或材料。在一些示例中，增稳结构可以设计成具有第一纹理和形状，并且可以被构造成附着一层以上的覆盖层或其它可附接的结构以适应不同的纹理或形状。例如，增稳结构可以设计有具有混合曲线的光滑塑料饰面(其尤其可适合进行食品处理操作或其它情形，在其中清洁末端执行器是重要的考虑)，并且可以设有一个以上盖以提供不同的纹理、形状、柔性水平等。

增稳结构可包括具有目标区206的主体210，致动器100的抓取末端被构造成接近或接触目标区(例如，在多个致动器各自的远端处的区域)。增稳结构可以经由手掌区204中设置的增稳结构基座208附着至末端执行器的基座202和/或抓持器的基座。

目标区206可以通过增稳结构的轮廓来限定。在图2A的示例中，增稳结构的主体210可包括临近基座208的第一区域212，第一区域具有相对宽的凸形轮廓。第一区域212过渡到第二区域214，第二区域是凸形的并且具有相对窄的轮廓。第二区域214过渡到包括倒圆外侧的第三区域216。在操作中，致动器100可在增稳结构的主体210的周围卷曲待抓取的目标物体的末端，迫使目标物体上的中间区进入凸形第二区域214。第一区域212用于提供末端可围绕其卷曲的更大的表面区，同时第三区域216使目标物体围绕它本身弯曲。因此，第三区域216的尺寸和形状可基于目标物体的性质来选择(例如，被选择成为了稳定性目的允许一定程度的弯曲，但不允许会造成目标物体损坏的更大程度的弯曲)。

取决于末端执行器设计用于与其接合的目标物体的形状和/或纹理，可以采用不同的轮廓。因此，形状可以基于产品成分来选择，并且增稳结构可以被构造成经由基座208可拆卸地联接至歧管组件，以使不同结构可以调换以为产品的不同类型、尺寸、重量、形状等重构末端执行器。

不同结构形状的示例示出在图2B-2D中。图2B描绘了增稳结构218，其将具有相对恒定厚度的倒圆脊作为主体210，倒圆脊从基座208的中心区域突起。图2C描绘了具有键孔形状的增稳结构220，其中第一区域212是凹形的，过渡到第二区域214，其在过渡点222处是凸形的(基于待抓取的物体的性质来选择，从而提供脊，目标物体的侧面或端部可以围绕脊卷曲)。第三区域216形成增稳结构210的主体210的顶部。图2D描绘了具有多个金字塔形隆起226的增稳结构224，其允许目标物体的部分填充隆起226之间的空隙，从而允许对目标物体更强的抓取。

增稳结构的轮廓可以基于许多因素来选择和优化，比如(但不限于)系统中的柔量。例如，如果机器人的手腕顺着运行轴移动，该运动对应于物体在拾取操作期间最初被提起的方向，那么增稳结构主体210的形状可以选择为与这种柔性一起起作用以用优化的方式接合产品。

此外，如果增稳结构本身或增稳结构的基座208存在柔性，那么可以围绕这种柔性来优化主体形状210。这可以允许系统在与抓取产品相关的末端执行器处提供期望的接触力水平。用于这种实施例的应用包括将一定数量的粒状产品朝向袋的端部推出以将移位的产品“硬化”或“压紧”到袋上的抓取区。结果，机器人在袋上的抓取可以进一步改善。

图3A-3B描绘了多个致动器机器人末端执行器的示例。在该示例中，八个致动器100沿着末端执行器基座排列。手掌区形成在多个致动器100之间的末端执行器基座的区域中。增稳结构的基座208基本占据了整个手掌区，并且增稳结构的主体210包括具有相对宽轮廓的第一区域和附接至第一区域且包括相对恒定宽度的脊的第二区域。

如图3B所示，末端执行器能够在y方向(沿着致动器100的转动轴)，在与y方向相同的平面内垂直于y方向的x方向上移动被抓取的物体302，并且还可以在r方向上转动。在一些实施例中，末端执行器还能够在Z方向上移动(例如朝着图3B页面的上下)。

本文描述的示例性增稳结构提供多个益处，包括：

·在抓持阶段期间，增大致动器对目标物体的抓取稳定性；

·增大经历X-、Y-、R-轴加速的致动器对目标物体的抓取稳定性；

·相比于高压而没有使用结构的情况下，用相同或改善的抓取稳定性和质量能够使低膨胀流体压力能用于抓取袋装的或柔性的目标物体；和

·提供具有止挡件的致动器，目标物体可以被压缩抵靠止挡件。

图4A-4J描绘了抓取过程并且示出本文描述的某些实施例的操作原理。图4A、4C、4E、4G和4I描绘了在过程中不同阶段的整个末端执行器和抓取的物体302，同时图4B、4D、4F、4H和4J描绘了省略某些结构的相同阶段以使目标物体302的效果可以更容易观察到。

在使用中，可以在末端执行器可接近的目标区提供柔性目标物体302比如袋装产品(图4A-4B)。可选地，致动器100可以经历反向膨胀(图4A)以将致动器100的远侧末端移动远离目标物体302，从而允许更宽的抓取(并且允许末端执行器移动到位，减少致动器100过早地接触到目标物体302，从而以不期望的方式移动目标物体302的机会)。

末端执行器可以靠近目标物体302定位并且可以与目标物体进行初始接触(图4C-4D)。优选地，末端执行器可以在目标物体302的轴上相对居中。可选地，在该阶段，致动器可经历中性膨胀以移到中性位置(图4C)。优选地，致动器100的远侧末端110可以在该阶段定位以处于目标物体302的边缘404的外侧和/或下方。

与目标物体302的初始接触可以使目标物体302围绕增稳结构的主体210轻微变形，使得在目标物体的中心区域形成槽402(图4D)。取决于增稳结构的形状和形态，在与增稳结构接触时，其它类型的操纵也可或者替代地发生。

有利地，这种变形/操纵可允许目标物体一定程度上再成形，在抓取物体302之前，致动器100保持打开。这例如可导致增稳结构将袋装产品的中间团块压入凹槽(或脊之间，例如如图8A-8B所示)，这迫使袋中的松散的可移动产品重新分配以更有利的抓取。这可以发生在当增稳结构与目标物体302进行初始接触和当致动器100膨胀并开始对目标物体302进行抓取之间的较短的时间段内。结果，重新分配和抓取可以几乎总是同时地发生，这允许在相对快速且有效的过程中进行相对强的抓取。相比之下，在没有这样的增稳结构的情况下，末端执行器可被迫试图以原样抓取目标物体302(即，当其是呈现给末端执行器的形状时)，这可导致高度可变的抓取质量。

然后致动器100可膨胀，这将围绕增稳结构推挤目标物体的边缘404(图4E-4H)。末端执行器然后可以被提高、转动、平移等，同时致动器抓取目标物体(图4I-4J)。

在没有使用增稳结构的传统末端执行器中，致动器100将需要在没有帮助的情况下抓取目标，这可使目标物体在相对高的加速度或减速度移动期间滑脱出致动器的抓取。图4A-4J示出的增稳结构用作承担一些来自目标物体加速的负载，这提供了抵抗加速对目标物体的影响的改进的能力。抓取目标物体的末端执行器的更详细的视图示出在图6中。

还可以利用上述实施例的变型(例如，采用更多或更少的致动器、不同形态的致动器、不同尺寸或形状的末端执行器等)。

图5描述了展开和使用具有增稳结构的末端执行器的步骤。

在框502处，可提供机器人末端执行器。机器人末端执行器可以是适于抓取或以其它方式操纵目标物体的任何装置。机器人末端执行器可包括机械臂、机器人抓取器或手、机器人触手、臂末端工具(EOAT)等。机器人末端执行器可与增稳结构分开或可与增稳结构一体。机器人末端执行器可处于固定的位置或可以是移动的。

在框504处，可以选择增稳装置用于部署在机器人末端执行器上。增稳装置可具有增稳装置特有的尺寸、形状、纹理、形态等，并且可以基于其采用的环境选择特定的增稳装置。在其它特征中，增稳装置可基于以下内容选择：末端执行器上的致动器的数量、尺寸或形态，目标物体的外部表面的尺寸、形状、纹理等；基于目标物体的内部物料的预期可压缩性和/或移动或移位的程度；一旦抓取目标物体的移动方向、目标物体的重量等。

在框506处，如果增稳装置和末端执行器不是一体的，那么增稳装置可以可选地附接至机器人末端执行器的手掌区。可以使用紧固件(比如通过机器人末端执行器的基座和增稳装置的基座的螺栓)来附接增稳装置并且可以使用螺母(比如如图8A-8B示出的那些)来固定增稳装置。替代地或附加地，可以使用夹具、螺钉、销、磁性附件、吸力、系带、配合槽、凸片或狭槽或任何其它合适的紧固件来附着增稳装置。

在框508处，可以选择用于机器人末端执行器的软致动器的膨胀极限(替代地，如果使用硬致动器，则可限定最大延伸极限)。可基于致动器应膨胀到的目标压力、待施加至目标物体的力的目标量、致动器期望的延伸距离或挠曲程度等来限定极限。

代替特定值，可以提供可接受的膨胀范围。根据一些实施例，膨胀极限可优选在9-13磅/平方英寸(PSI)。在另一实施例中，极限可以是范围值以使范围的下限对应膨胀/延伸的量，这勉强足够通过期望的移动顺序来保持目标物体(例如，根据经验或通过模拟确定的值对目标物体维持抓取超过预定的时间百分比)；上限可对应膨胀/延伸的最大量以使进一步的膨胀/延伸将对产品造成损坏。在一些实施例中，膨胀极限可选择成对应致动器的展开程度，以使在致动器展开到相同程度时，目标物体以期望形态固定至增稳装置(例如，以期望的量围绕增稳装置弯曲、以一定程度变形或操纵等)。

在框510处，目标物体可以移动至目标部位。目标物体例如可以移动到机器人末端执行器下方的位置。在一些实施例中，目标物体可以沿着传送带移动到位。在一些实施例中，目标物体可以被提供至预定位置的目标部位(例如，以使目标物体的长轴在预定方向定向)，或者可以通过末端执行器或另一装置来操纵以便在目标物体一旦移动到目标部位时被移动到预定位置。

在框512处，增稳结构可以移动靠近目标物体。在一些实施例中，这可以包含接触目标物体，而在其它实施例中，增稳结构可以在目标物体的预定间距内移动。增稳结构的移动(以及其附接至的末端执行器)可通过各种传感器(比如接近传感器、照相机、触摸传感器等)来导向。在一些实施例中，在该框中末端执行器可以定位成在目标物体302的轴上方相对居中。目标物体的轴可以代表抓取轴，致动器可以沿着抓取轴排列(例如，当抓取物体时沿着增稳结构的长轴)。

在框514处，致动器可以膨胀以使目标物体围绕增稳装置变形。通过向致动器供应流体可以使致动器膨胀(例如，通过将膨胀流体供应至致动器的内部空穴的管或其它递送机构)。随着致动器膨胀，它们可与目标物体的(例如)端部接触，使目标物体围绕增稳装置卷曲。在其它实施例中，目标物体的部分可被直接推入增稳装置中。在任一情况下，目标物体可以开始围绕增稳装置变形。在一些实施例中，致动器的动作可以使目标物体内的物料分布在增稳装置的脊之间。

在框516处，目标物体可继续采取增稳装置的形状，直到在框518处，系统识别已经达到膨胀极限(或对于硬致动器而言，膨胀量或延伸程度在框508处在识别的范围内)。

因此已经将目标物体固定在末端执行器的抓持中，在框520处，末端执行器可以平移和/或转动以将目标物体移动至期望目的地或形态。

上述技术可以与前述增稳装置一起使用。但是，如上所述，增稳装置的其它形态可用于各种目的。图7A-7D描绘了用于增稳装置的替代形态。

然而，图3A-3D描绘的增稳装置采用一个以上的沿着单个轴提供的延伸区或脊，图7A-7D的增稳装置包括沿着多个轴提供的延伸区或脊。举例来说，图7A描绘了增稳装置，包括沿着增稳装置的基座208的长轴延伸的第一脊702和垂直于第一脊的第二脊704。这可以限定四个开口或象限，致动器可以在膨胀或延伸时在其中展开。致动器可以围绕增稳装置布置以实现这样的抓持。

图7B描绘了双十字图案的相似的示例。在该示例中，第一脊702沿着基座208的长度延伸，但是在两个部位与多条垂直的脊704-1、704-2相交(在其它实施例中，可提供附加的垂直脊或沿着长轴的脊)。可以选择交会点以限定第一距离d1(在第一脊702的端部和第一垂直脊704-1之间)、第二距离d2(在第一垂直脊704-1和第二垂直脊704-2之间)以及第三距离d3(在第二垂直脊704-2和第一脊702的相对端之间)。可以选择这些距离d1、d2、d3以便限定一组间隙706-1、706-2、706-3、706-4、706-5、706-6，目标物体的物料可以被推入、压缩入或以其它方式固定在其内。可以选择各个脊的高度h以基于待操纵的物料来提供充足的空间。可以以围绕增稳装置的形态展开致动器100，以便促进物料进入间隙706-i。

这些形态允许目标物体的内容物，比如待分成多块的一袋物料(例如，化学干粉、大米、谷物等)，致动器在瞬时操作期间可能“砖化”成半刚性结构。

致动器100的形态可以基于通过致动器100促进物料进入其中的间隙和/或将物料保持在其上的脊的部位来确定。例如，比较与图7C的双十字增稳装置708结合使用的致动器的形态与图7D的I梁增稳装置710的形态。图7E-7F描绘了另一替代物，其中增稳装置712的脊采取围绕镂空中央部分的环的形式。

转至图8A-8B，描绘了用于将增稳装置紧固至末端执行器的示例性紧固机构802。紧固机构802可以在增稳装置的两个脊210之间呈脊状部署。取决于应用，紧固机构802的尺寸和形状可设计成使得在通过多个致动器抓取目标物体时对目标物体没有干扰或者使得提供目标物体可以压靠在其上的附加表面。

紧固机构802可包括一个以上的螺纹孔804以用于容纳穿过增稳装置的基座208和/或穿过末端执行器的基座的螺栓。螺栓可以被拧入螺纹孔804，从而保持紧固机构802抵靠基座208。

也可采用紧固机构802的其它形状或形态。

在图4A-4I的以上示例中，通过致动器的远端，目标物体围绕增稳装置被卷曲，并且推动目标物体的边缘进入增稳装置主体的侧面内。图9A-9C描绘了替代形态，其中目标物体的本体部分被固定在致动器的远端和增稳装置的主体的前端之间。

在该示例中，末端执行器的基座902可经由基架904被固定至机器人系统的其余部分，基架可包括用于向致动器100提供膨胀流体的通道。基座902可包括从基座902的主体以高度h和宽度w延伸的凸缘906。在致动器100处于膨胀或展开状态时，目标区域910可以设置在邻近致动器100的远端110的凸缘的端部处。目标区域910的宽度906和形状可限定使目标物体通过致动器100被压靠在其上的区域。高度h限定致动器100远端110(当处于膨胀状态时)和凸缘的端部之间的空间908的大小。取决于待抓取的目标物体的属性，该空间908的大小可改变。

该形态在相对于每个致动器100的特定部位处提供砧状件，以允许每个致动器100将包括容器(例如袋)的目标物体和容器内的一些内容物抵靠砧状件压缩以对目标物体建立改进的抓持。

如图9B所示，当平行式抓持器上的致动器100的间距(由相应的相向致动器100的基座或毂之间的宽度w限定)相当接近(例如，小于140毫米或更优选地80-120毫米)时，可以采用具有中间肋龙骨的增稳装置。当致动器间距在用于更大尺寸的袋的平行抓持器上被加宽时(例如，140毫米的宽度或更宽)，则可以使用双肋增稳装置，因为它为每列手指提供相似的结构以紧握产品，就像单个中间肋在更小的手指间距形态中做的那样。像原始的增稳装置概念一样，这些增稳装置可以帮助将目标物体锁定就位，同时软机器人致动器在目标物体下卷曲，并且促进目标物体向上进入增稳装置，从而既可以在高速处理的运动中稳定目标物体，又可以改进对产品的抓取质量(减少在软机器人手指接触产品袋的位置周围移位的内容物的流动，这导致产品积聚在软机器人致动器的抓取部位下方)。

图10A-10D描绘了这种操作原理。在这些示例中，平行的致动器100间隔宽度w₁，宽度w₁小于待抓取的目标物体302的宽度w₂(例如，其中w₂垂直目标物体的长轴)。在该示例中，增稳装置主体210被降低以便正好(例如，没有直接接触)在目标物体302的上方(图10A)。当被展开时，致动器100的远端110可以围绕目标物体302的下侧卷曲，迫使目标物体的端部404向上围绕增稳装置的主体210(图10B-10C)。当达到膨胀极限(图10C)时，目标物体302围绕增稳装置的主体210弯曲直到其被锁定，目标物体302的内容物卡靠至增稳装置，并且将内容物的容器拉紧。在一些实施例中，膨胀极限可以基于容器的弯曲极限来限定，表示在容器裂开或破裂之前容许的最大弯曲程度。

从这些示例中可以看到，目标物体302将要被紧握到其上的增稳装置主体210的目标区域可以在主体的前端210处，如图9A-9C，和/或可以沿着增稳装置主体210的侧面，如图10A-10D。

术语通用注释

一些实施例可使用表述“一个实施例”或“实施例”以及它们的派生词来描述。这些术语意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。在说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全部指的是相同的实施例。而且，除非另有说明，否则以上描述的特征可以被认为可以以任意组合在一起使用。因此，可以将单独讨论的任何特征彼此结合使用，除非在特征彼此不相容时应当注意。

总体参照本文中使用的符号和术语，可以根据在计算机或计算机网络上执行的程序来呈现本文的详细说明。这些程序性描述和表示被本领域技术人员用来将其工作的实质最有效地传达给本领域其他技术人员。

此处的程序通常被认为是导致所需结果的自洽操作序列。这些操作是需要对物理量进行物理操纵的操作。通常，尽管不是必须的，但这些量采取能够被存储、传输、组合、比较以及其它方式操纵的电、磁或光信号的形式。主要出于通用的原因，有时将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等被证明是方便的。但是，应注意，所有这些和类似术语均应与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。

此外，所执行的操纵通常是用比如添加或比较之类的术语来指代，这些术语通常与人类操作员所执行的脑力操作有关。在本文描述的形成一个以上实施例的一部分的任何操作中，操作员的这种能力在大多数情况下都不是必需的或不期望的。相反，这些操作是机器操作。用于执行各种实施例的操作的有用机器包括通用数字计算机或类似设备。

可使用表述“联接”和“连接”以及它们的派生词来描述一些实施例。这些术语不一定作为彼此的同义词。例如可使用术语“连接”和/或“联接”来描述的一些实施例表示两个以上的元件彼此直接物理接触或电接触。但是术语“联接”还可以意味着两个以上元件没有彼此接触，但仍然彼此配合或交互。

各种实施例还涉及用于执行这些操作的设备或系统。该设备可以被特殊地构造用于所需目的，或者可以包括由计算机中存储的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。本文介绍的过程与特定的计算机或其它设备并不是固有地相关。各种通用机器可以与根据本文的教导编写的程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备以执行所需的方法步骤是方便的。从给出的描述中将出现各种这些机器所需的结构。

强调的是，提供本发明的摘要是为了使读者能够快速确定本技术公开内容的本质。提交本文档时应理解，不会将其用于解释或限制权利要求书的范围或含义。另外，在前面的详细描述中，可以看出，为了简化本发明，在单个实施例中将各种特征组合在一起。该发明方法不应被解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征。相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，下面的权利要求由此被结合到具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”分别用作相应术语“包括”和“其中”的普通英语等效词。此外，术语“第一”，“第二”，“第三”等仅用作标签，并不旨在对其物体施加数字要求。

上面已描述的内容包括所公开的体系结构的示例。当然，不可能描述部件和/或方法的每种可能的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到许多其它的组合和排列是可能的。因此，新型体系结构旨在涵盖所有这样的改变、修改和变化，它们落入所附权利要求书的精神和范围内。

结论

以上所述的技术的任一种或全部可以通过存储在非暂时性计算机可读介质上的合适的逻辑来实施。当一个以上处理器执行时，逻辑可使处理器执行以上识别的技术。逻辑可以以硬件形式完全或部分的实施。逻辑可以作为控制器的一部分被包含，控制器控制在抓持器布置中采用一个以上致动器的软机器人致动器和/或软机器人系统的致动、退动、移动、位置等。

Claims (18)

1.一种用于机器人末端执行器的增稳装置，该机器人末端执行器包括能够通过沿着转动中心轴线卷曲在未展开状态和展开状态之间移动的一个以上的机器人致动器，当一个以上的致动器处于展开状态时，使一个以上的机器人致动器的远端靠近末端执行器基座的手掌区，所述增稳装置包括：

增稳装置基座，其尺寸和形状被设计成与所述机器人末端执行器的手掌区配合；和

延伸远离所述基座一定高度的至少一个脊，所述脊平行于一个以上的所述机器人致动器的转动中心轴线延伸一定长度，其中所述至少一个脊限定出如此定位的目标区，当一个以上的所述机器人致动器处于展开状态时，目标物体的至少一部分设置在所述目标区内并且固定就位在一个以上的所述致动器的所述远端和所述至少一个脊之间。

2.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述致动器的远侧末端围绕所述增稳装置的所述脊推动所述目标的相应端。

3.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述致动器的远侧末端将所述目标物体的至少一部分推入所述脊。

4.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述至少一个脊是第一脊并且还包括平行于所述第一脊延伸的第二脊。

5.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述至少一个脊是第一脊并且还包括垂直于所述第一脊延伸的第二脊。

6.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述至少一个脊是第一脊，并且还包括多个垂直延伸的第二脊，多个第二脊定位成使得在多个所述第二脊之间形成间隙，一个以上的所述机器人致动器被构造成将所述目标物体推入所述间隙中以将包含在所述目标物体中的物料分配入所述间隙。

7.根据权利要求1所述的增稳装置，其中一个以上的所述机器人致动器包括第一机器人致动器和第二机器人致动器，所述第一机器人致动器在所述第一机器人致动器的径向内侧具有第一致动器基座，所述第二机器人致动器在所述第二机器人致动器的径向内侧具有第二致动器基座，所述第一机器人致动器和所述第二致动器基座如此部署在所述机器人末端执行器上，在所述第一机器人致动器和所述第二机器人致动器处于未展开状态时，所述第一致动器基座和所述第二致动器基座彼此平行并且呈面对的形态，并且其中所述手掌区包括在所述第一机器人致动器和所述第二机器人致动器之间的在所述末端执行器基座上的空间。

8.根据权利要求1所述的增稳装置，其中一个以上的所述机器人致动器包括三个以上的机器人致动器，并且其中所述手掌区包括在三个以上的所述机器人致动器之间的在所述末端执行器基座上的空间，所述致动器在展开时延伸入所述空间。

9.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述目标区在所述增稳装置对向于所述增稳装置基座的高度端部的区域中位于所述脊的末端处。

10.根据权利要求1所述的增稳装置，其中所述目标区在所述脊的一侧。

11.一种方法，包括：

将权利要求1所述的增稳装置附接至所述机器人末端执行器；和

致动一个以上的所述机器人致动器以抓取所述机器人致动器和所述脊之间的所述目标物体。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括提供软机器人致动器作为一个以上的所述机器人致动器。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括使所述软机器人致动器膨胀至9-13磅/平方英寸(PSI)的压力。

14.根据权利要求11的所述方法，还包括定位所述机器人末端执行器以使所述增稳装置的所述脊的长轴线与所述目标物体的长轴线对齐。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括在将所述增稳装置移动就位之前反向致动一个以上的所述机器人致动器。

16.根据权利要求11所述的方法，还包括在致动所述致动器之前，将所述增稳装置移动至接触所述目标物体。

17.根据权利要求11所述的方法，还包括在致动所述致动器之前移动所述增稳装置，以使所述增稳装置与所述目标物体间隔开但在预定的距离范围内。

18.根据权利要求11所述的方法，还包括在平移或转动所述机器人末端执行器时抓取所述目标物体，所述平移或转动将所述目标物体推入至所述增稳装置的所述脊中。

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