CN111185930A - 刚度增强型软体抓手 - Google Patents

Abstract

一种刚度增强型软体抓手，包括刚性构件、软体手指、上底座和下底座；上底座与下底座固定连接，若干软体手指沿上底座的圆周等间距分布，每个软体手指均沿自身长度方向设有供气体通入的气腔。软体手指的外侧壁上沿自身长度方向均等间距设置有若干矩形凸起，矩形凸起的内腔与软体手指的气腔连通；软体手指的内侧壁上沿自身长度方向均设有限制层，限制层嵌装在软体手指内；每个矩形凸起上均安装有一个刚性构件。将外部气源与气腔连通，通过气泵通入压力气体，借助限制层与气腔之间的“差动效应”使软体手指产生弯曲运动，从而实现软体手指的抓取动作。本发明改善了软体抓手的抓取性能，解决现有抓手指尖力小、刚度低和气球效应大的技术问题。

Description

刚度增强型软体抓手

技术领域

本发明涉及软体机器人技术领域，更具体地说，是一种由气压驱动的刚度增强型软体抓手。

背景技术

软体抓手作为软体机器人的一个重要分支，近年来逐渐受到研究者们的青睐。软体抓手主要由软材料制作而成，是一种具有较强适应能力、高度可变形的连续型抓手。这类抓手最常见的驱动方式为气压驱动，通过向抓手手指的内部气腔中充气，借助气压的变化，从而实现抓手的连续变形或运动。由于气体的可压缩性和软材料固有的顺应性，使其能够通过受力变形的方式与物体相容，增加抓手与物体的接触点，降低了接触力，从而实现对易损物体的抓取。软体抓手克服了传统机械抓手适应性有限、结构复杂、控制难度大，以及人机交互不安全的缺点，表现出了较强的适应性、灵活性以及敏感性。

目前为止，研究者们已提出了多种形式的软体气动驱动器，包括纤维增强型、多腔体型、粒状干扰型等。由于软体材料和气压驱动固有的特性，使得软体气动抓手在实际应用中面临着一系列的挑战，如指尖力小、驱动速度慢、驱动器可承受的气压小等。这些问题均可能导致物体抓取失败或者可抓持的物体质量上限低，所以有必要对现有软体抓手进行研究和优化，以充分发挥其潜能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种刚度增强型软体抓手，解决现有抓手指尖力小、刚度低和气球效应大的技术问题。

本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的刚度增强型软体抓手，包括刚性构件、软体手指、上底座和下底座，所述上底座位于下底座的上方，所述软体手指位于上底座的上方，所述刚性构件位于软体手指的外侧壁上；所述上底座与下底座固定连接，所述软体手指有多个，且沿上底座的圆周等间距均匀分布，每个所述软体手指均沿自身长度方向设有供气体通入的气腔，底端设有与气腔相通的进气口，所述软体手指的底部固定安装在上底座上开设的安装孔内，所述进气口与下底座上设置的进气接头连通；每个所述软体手指的外侧壁上沿自身长度方向均等间距设置有若干矩形凸起，所述矩形凸起的内腔与软体手指的气腔连通；每个所述软体手指的内侧壁上沿自身长度方向均设有限制层，所述限制层嵌装在软体手指内，由两层弹性层和位于两层弹性层之间的纸质层组成；所述刚性构件有若干个，且均为长方体结构，各刚性构件的内部均设有一侧敞口且与矩形凸起过盈配合的矩形内腔，每个所述矩形凸起上均安装有一个刚性构件。

本发明所述的刚度增强型软体抓手，其中，所述软体手指由超弹性硅胶材料制成。

本发明所述的刚度增强型软体抓手，其中，所述刚性构件、上底座和下底座均采用PLA材料制成。

本发明所述的刚度增强型软体抓手，其中，所述上底座和下底座均由三个圆周分布的长方体围制而成，下底座的顶面上设有凸台，上底座的底面上设有供凸台插入的凹槽。

本发明所述的刚度增强型软体抓手，其中，所述软体手指的数量为三个，且分别位于上、下底座的边沿处。

采用以上结构后，与现有技术相比，本发明刚度增强型软体抓手具有以下优点：本发明包括刚性构件、软体手指、上底座和下底座，且软体手指的外侧壁上均沿自身长度方向等间距设置有若干矩形凸起，每个矩形凸起上均安装有一个刚性构件，矩形凸起的内腔与软体手指的气腔连通，软体手指的内侧壁上沿自身长度方向均设有限制层，限制层嵌装在软体手指内，由两层弹性层和位于两层弹性层之间的纸质层组成，因此，在本发明抓取物品时，各软体手指的整体刚度得以明显增大，可承受的气压上限也随之增大；在弯曲角度相同时，本发明软体手指的指尖力明显大于现有软体手指的指尖力，有效增加了对物品的抓持能力；此外，罩在矩形凸起外部的刚性构件避免了多腔体型软体手指易出现的气球效应，一定程度上改善了软体抓手的抓取性能。

附图说明

图1是本发明刚度增强型软体抓手的立体结构图；

图2是图1中刚性构件、软体手指与上、下底座连接在一起时的纵向局部剖视放大结构图；

图3是图1中软体手指的立体放大结构图；

图4是图1中刚性构件的立体放大结构图；

图5是图1中上底座的仰视立体放大结构图；

图6是图1中下底座的立体放大结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明刚度增强型软体抓手作进一步详细说明：

如图1所示，在本具体实施方式中，本发明刚度增强型软体抓手，包括刚性构件11、软体手指12、上底座13和下底座14，上底座13位于下底座14的上方，软体手指12位于上底座13的上方，刚性构件11位于软体手指12的外侧壁上。

结合图2、图5和图6，上底座13和下底座14均由三个圆周分布的长方体围制而成，下底座14的顶面上设有凸台141，上底座13的底面上设有供凸台141插入的凹槽132，当凸台141插入凹槽132内后，通过螺钉将两者固定，从而实现上底座13与下底座14的固定连接。

参见图1，软体手指12的数量为三个，且分别位于上、下底座的边沿处，三个软体手指12沿上底座13的圆周等间距均匀分布。

结合图2和图3，每个软体手指12均沿自身长度方向设有供气体通入的气腔124，软体手指12的底端设有与气腔124相通的进气口126。软体手指12的底部设有截面呈矩形的插接部122，该插接部122插设在上底座13上开设的安装孔131内，插接部122的底部边沿处设有搭设在安装孔131底部边沿的凸沿123，从而防止软体手指12从上底座13上自行脱出。

进气口126与下底座14上设置的进气接头142连通，下底座14的顶面上设有用于顶压在凸沿123上的凸部143，确保密封性及软体手指12的可靠安装。

软体手指12由超弹性硅胶材料制成，每个软体手指12的外侧壁上沿自身长度方向均等间距设置有若干矩形凸起121。矩形凸起121与软体手指12为一整体，且内腔与软体手指12的气腔124连通。每个软体手指12的内侧壁上沿自身长度方向均设有限制层15，限制层15嵌装在软体手指12内。限制层15由两层弹性层151和位于两层弹性层151之间的纸质层152组成，纸质层152的延展性差，能够防止软体手指12在作业时，沿自身长度方向伸长。

结合图4，刚性构件11有若干个，且均为长方体结构。各刚性构件11的内部均设有一侧敞口且与矩形凸起121过盈配合的矩形内腔111。每个所述矩形凸起121上均安装有一个刚性构件11，增大矩形凸起121承受的气压力。

刚性构件11、上底座13和下底座14均采用PLA材料(也称聚乳酸材料)制成，具有质量轻、强度大的特点。

本发明在使用时，具有柔顺性好、操作方便、刚度大、输出力大的特点。

本发明的工作原理如下：工作时，将外部气源与进气接头142连接，通过气泵通入压力气体，借助限制层15与气腔124之间的“差动效应”使软体手指12产生弯曲运动，从而实现三个软体手指12的抓取动作。更详细地说是，在抓取物品时，首先向外抽取气腔124内的气体，使三个软体手指12的上部同时向外运动，即张开，待贴近预抓取物品时，向气腔124内通入压力气体，三个软体手指12开始产生膨胀变形，随后上部同时向内运动，实现对物品的抓取，移动至指定位置后，再次向外抽取气腔124内的气体，使抓取的物品脱落。重复上述过程，完成对所有物品的取放。

本发明通过上述合理的结构设计，使得软体手指12的刚度明显增大，承受的气压上限也随之增大，在弯曲角度相同时，本发明软体手指12的指尖力明显大于现有软体手指12的指尖力，增加了对物体的抓持能力。此外，本发明提高了抓手的执行力，在不对物体造成损害的同时，增加了抓取质量的上限。

综上，本发明设计的刚度增强型软体抓手具有如下优点：1、在不影响操作灵活性的同时，增大了软体手指12的刚度；2、可承受的气压上限增大，在弯曲角度相同时，该软体手指的指尖力明显大于普通软体手指的指尖力，增加了对物体的抓持能力；3、结构简单、操作性好、可靠性高、成本低。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种刚度增强型软体抓手，其特征在于：包括刚性构件(11)、软体手指(12)、上底座(13)和下底座(14)，所述上底座(13)位于下底座(14)的上方，所述软体手指(12)位于上底座(13)的上方，所述刚性构件(11)位于软体手指(12)的外侧壁上；

所述上底座(13)与下底座(14)固定连接，所述软体手指(12)有多个，且沿上底座(13)的圆周等间距均匀分布，每个所述软体手指(12)均沿自身长度方向设有供气体通入的气腔(124)，底端设有与气腔(124)相通的进气口(126)，所述软体手指(12)的底部固定安装在上底座(13)上开设的安装孔(131)内，所述进气口(126)与下底座(14)上设置的进气接头(142)连通；

每个所述软体手指(12)的外侧壁上沿自身长度方向均等间距设置有若干矩形凸起(121)，所述矩形凸起(121)的内腔与软体手指(12)的气腔(124)连通；每个所述软体手指(12)的内侧壁上沿自身长度方向均设有限制层(15)，所述限制层(15)嵌装在软体手指(12)内，由两层弹性层(151)和位于两层弹性层(151)之间的纸质层(152)组成；

所述刚性构件(11)有若干个，且均为长方体结构，各刚性构件(11)的内部均设有一侧敞口且与矩形凸起(121)过盈配合的矩形内腔(111)，每个所述矩形凸起(121)上均安装有一个刚性构件(11)。

2.根据权利要求1所述的刚度增强型软体抓手，其特征在于：所述软体手指(12)由超弹性硅胶材料制成。

3.根据权利要求1所述的刚度增强型软体抓手，其特征在于：所述刚性构件(11)、上底座(13)和下底座(14)均采用PLA材料制成。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的刚度增强型软体抓手，其特征在于：所述上底座(13)和下底座(14)均由三个圆周分布的长方体围制而成，下底座(14)的顶面上设有凸台(141)，上底座(13)的底面上设有供凸台(141)插入的凹槽(132)。

5.根据权利要求4所述的刚度增强型软体抓手，其特征在于：所述软体手指(12)的数量为三个，且分别位于上、下底座的边沿处。

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