CN111267136A - 环形夹持机构以及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形夹持机构，包括环内具有夹持通道的夹持环；以及设置于所述夹持环上且具有伸缩空间的囊状构件，其中，所述伸缩空间位于所述夹持通道与所述夹持环的内壁之间，所述囊状构件通过所述伸缩空间改变所述夹持通道的大小，实现对目标物的夹持。在前述基础上，本发明还提供了一种机械手。本发明的环形夹持机构与机械手能够适应于外观形状不规整的目标物，又具有较好的柔性，能够避免对目标物造成损害，还能够提供较大的抓取力，实现对重量较大的目标物的运输作业。

Description

环形夹持机构以及机械手

技术领域

本发明涉及夹持器件领域。更具体地说，本发明涉及环形夹持机构以及机械手。

背景技术

在物料运输中，经常需要应用机械手携带目标物料，进行自动化作业。虽然目前已经发展出了各式各样的机械手，但是对于某些对保护程度要求较高的器件而言，仍然缺乏合适的夹持与抓取设备。概其常见缺陷有：或是不易抓取目标物，或是易对目标物表面造成磨损，又或是缺乏抓取力，无法夹持大重量之目标物等等。究前述缺陷之原因，不胜枚举，无法一一道尽，总之，对于前述器件而言，寻找一种合适的机械手装置，实在是迫不容缓。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

如上所述，为突破前述种种技术困境，发明人对机械手结构进行了详细的研究与探索。在研究中，发明人发现，在解决上述问题时，机械手中最重要的部分实际上是夹持机构。

在现有机械手中，金属夹持机构由于刚度太大，易对目标物表面造成损害，且常见的通用型金属夹持机构，也很难对形状不规整的物体实施抓取工作；在此之外的柔性吸盘类夹持机构，同样对待吸取的目标物表面存在众多的苛刻要求，该类夹持机构需要与目标物表面完全密封接触，才能根据真空原理进行抓取工作，再者，这类柔性夹持机构，往往也很难提供较大的抓取力。

在上文所述的基础上，发明人发现：目前在机械手夹持领域，还未有一种夹持机构；其既能够适应于外观形状不规整的目标物；又具有较好的柔性，能够避免对目标物造成损害；还能够提供较大的抓取力，实现对重量较大的目标物的运输作业。

循此路径，发明人在找寻各种合适的设计材料时，最终得以发现，刚性的环状结构结合柔性的囊状构件可以很好的解决前述问题。其主要原理在于，囊状构件因内部具备的伸缩空间可以改变自身的形状，匹配目标物，而刚性环状机构则能够提升夹持机构整体的抓取力。

更具体的设计思路是，将囊状构件设置为与刚性环结构匹配的环形囊状构件，并进一步将囊状构件的伸缩空间设置于刚性环内部，位于刚性化内壁与囊状构件的环内通道之间，这样该环内通道就起到一个夹持作用。

在实施抓取工作时，将该环内通道套设于目标物上，通过改变伸缩空间的大小，使得环内通道与目标物完全贴合，实现运输作业；同时在这种结构中，由于伸缩空间是位于刚性环内壁与环内通道之间，在增大伸缩空间时，刚性环必然给予伸缩空间一个刚性的反弹作用力，并传递至环内通道，从而提升了环内通道与目标物表面的摩擦力，实现更好的夹持效果。

需要强调的是，夹持环并非一定要选取刚性结构，用某些柔性结构代替也同样可以起到非常好的夹持效果，只是相对于刚性环而言，其中的夹持通道具备的夹持力要小一点。

综上，本发明至少提供了一种环形夹持机构以及机械手，能够适应于外观形状不规整的目标物，又具有较好的柔性，能够避免对目标物造成损害，还能够提供较大的抓取力，实现对重量较大的目标物的运输作业。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种环形夹持机构。

在一些实施例中，所述环形夹持机构包括：

环内设置有夹持通道的夹持环；以及

设置于所述夹持环上且具有伸缩空间的囊状构件，其中，所述伸缩空间位于所述夹持通道与所述夹持环的内环壁之间，所述囊状构件通过所述伸缩空间调节所述夹持通道的大小，实现对待运输目标物的夹持。

上述实施例中，“所述夹持环”可以是封闭式的，也可以是具有开口的半环；“所述夹持环”可以由硬质材料制备，例如塑料、金属等物质，也可以由柔性物质制备，例如橡胶尼龙混合物等。“所述夹持通道”与“所述夹持环”中内环通道的贯通方向相同。“所述囊状构件”的囊壁由柔性物质制备，可以是棉料、丝料、动物皮料(例如猪皮、牛皮等)、橡胶、硅胶等。

在一些实施例中，所述囊状构件的形状设置为与所述夹持环匹配的环形，所述囊状构件的环内通道与所述夹持环的内环通道连通设置。

上述实施例中，所述夹持通道实际上就是囊状构件的环内通道，或者说，夹持环的内环通道包括了囊状构件的伸缩空间与环内通道两部分。在一个更形象化的例子中，所述囊状构件的结构类似于一个环形管道，在这个例子中，环形管道的内部流通空间即所述伸缩空间，环形管道的内环通道即所述夹持通道(同时也是囊状构件的环内通道)；另外，囊状构件的环内通道与夹持环的内环通道连通，事实上是为了保证前述两个通道的贯通方向相同，从而便于设置夹持通道。

在一些实施例中，所述夹持环设置于所述囊状构件内部，所述囊状构件在远离所述夹持通道的外侧部设置开口，在所述开口处，所述外侧部与所述夹持环的外环壁抵触密封连接。

上述实施例中，“所述外侧部”指的是远离囊状构件的环中心的侧壁，该部分侧壁与所述夹持通道呈非接触状态。

在一些实施例中，所述夹持环在所述开口处朝环外延伸形成凸起部，所述凸起部伸出所述开口。

在一些实施例中，所述凸起部上设置连通所述伸缩空间与外部空间的进气通道。

在一些实施例中，所述的环形夹持机构，还包括紧固环，其中，在所述外侧部与所述夹持环的外环壁的密封连接处，所述紧固环套设在所述外侧部上。

上述实施例中，“所述紧固环”可以由柔性材料制备，也可以由硬质材料制成，其中，柔性材料可以参考前述囊状构件的制备材料进行设计，硬质材料可以参考前述夹持环的制备材料进行设计。

在一些实施例中，在所述密封连接处，所述夹持环上设置有防滑槽，所述防滑槽通过所述紧固环将所述外侧部压设于其槽中。

可以理解的是，所述外侧部上还可以设置与所述防滑槽匹配的防滑块或者防滑纹路，以提升防滑效果与密封效果。

在一些实施例中，所述囊状构件的壁体由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体硫化构成。

在一些实施例中，所述凸起部上设置有连接孔。

本发明的第二方面

在第一方面的基础上，第二方面提供了一种机械手，包括：第一方面所述的环形夹持机构以及与所述环形夹持机构连接的机械臂。

本发明的实施例的技术效果至少包括：

在一些实施例中，本发明的环形夹持机构以及机械手能够适应于外观形状不规整的目标物，又具有较好的柔性，能够避免对目标物造成损害，还能够提供较大的抓取力，实现对重量较大的目标物的运输作业。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中环形夹持机构的一个结构示意图；

图2为本发明的一些实施例中环形夹持机构的又一个结构示意图；

图3为本发明的一些实施例中环形夹持机构在囊状构件未充气状态下剖切后的一个内部结构示意图；

图4为本发明的一些实施例中环形夹持机构在囊状构件充气状态下剖切后的一个内部结构示意图；

图5为本发明的一些实施例中夹持环的一个结构示意图；

图6为本图5中M部分的局部结构放大示意图；

图7为本发明的一些实施例中囊状构件上第一层帘布与第二层帘布中帘子线的排布示意图；

图8为本发明的一些实施例中机械手的其中一个工作状态示意图；

图9为本发明的一些实施例中机械手的另一个工作状态示意图；

图10为本发明的一些实施例中机械手的又一个工作状态示意图；

图11为本发明的一些实施例中机械手的再一个工作状态示意图；

附图标记：环形夹持机构100，夹持环120，凸起部121，进气通道122，防滑槽123，连接孔124，内环壁125，外环壁126，内环通道127，夹持通道140，囊状构件160，伸缩空间161，开口162，外侧部163，环内通道164，防滑块165，紧固环180，机械臂200，机械手1000，目标物2000。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图对本发明的具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

第一实施例

如图1-8所示，第一实施例提供了一种环形夹持机构。

参见图1、2、8、9，所述环形夹持机构100包括：

环内设置有夹持通道140的夹持环120；以及

设置于所述夹持环120上且具有伸缩空间161的囊状构件160，其中，所述伸缩空间161位于所述夹持通道140与所述夹持环120的内环壁125之间，所述囊状构件160通过所述伸缩空间161调节所述夹持通道140的大小，实现对待运输目标物的夹持。

在实际工作时，先抽出囊状构件160中的气体，将目标物2000套设于所述夹持通道140中(具体可参见图8所示，图8中的环形夹持机构100与目标物300均为剖切后的内部视图，其中，囊状构件160处于未膨胀状态，目标物2000也未与夹持通道140抵触相接)，然后向所述伸缩空间161中充气以缩小所述夹持通道140，直至所述囊状构件160与目标物2000抵触(具体可参见图9所示，图9中的环形夹持机构100与目标物300也同样均为剖切后的内部视图，但其中囊状构件160处于膨胀状态，目标物2000已经与夹持通道140抵触相接)，此时，所述伸缩空间161同时受到目标物与所述夹持环120内壁的挤压作用，使得目标物2000被所述夹持通道140夹紧。

在某些实施例中，也可以通过向所述伸缩空间161中填充液体来调节夹持通道140的大小。

如前文所阐述的，在夹持环的内环壁125、伸缩空间161内压缩气体或液体与囊状构件160的挤压作用下，所述环形夹持机构100不仅能够适应于外观形状不规整的目标物；同时还具有较好的柔性，能够避免对目标物造成损害；此外还能够提供较大的抓取力，实现对重量较大的目标物的运输作业。

进一步地，为了提升夹持效果，本实施例中，所述夹持环120优选为封闭环式结构。容易理解的是，封闭式的夹持环120可以使得目标物2000的四周均受到夹持力作用，从而提升夹持效果。

结合图1-2，以及图3-4所示，本实施例为了便于设计与组装所述环形夹持机构100，所述囊状构件160的形状设置为与所述夹持环120匹配的环形，所述囊状构件160的环内通道164与所述夹持环120的内环通道127连通设置。

更具体地，所述环内通道164与所述内环通道127同轴设置，且所述环内通道164设置于所述内环通道127中，需要强调的是，在本实施例中，所述环内通道164与所述夹持通道140相同，为同一通道。

在本实施例的前述方案中，还能带来一个技术效果是：可以大幅提升所述环形夹持机构100在结构上的紧凑度。

又如图3-4所示，所述夹持环120设置于所述囊状构件160内部，所述囊状构件160在远离所述夹持通道140的外侧部163设置开口162，在所述开口162处，所述外侧部163与所述夹持环120的外环壁126抵触密封连接。

在本实施例的此项方案中，所述夹持环120与所述囊状构件160之间为可拆卸连接方式，便于实现所述囊状构件160的更换。

再如图3-4所示，为了便于安装所述囊状构件160，所述夹持环120在所述开口162处朝环外延伸形成凸起部121，所述凸起部121伸出所述开口162。

在如上所述的设计方案中，安装所述囊状构件160时，所述凸起部121至少能够起到一个定位的标识性作用。实际作业中，将所述囊状构件160在所述开口162处两侧的外侧部163分别固定于所述夹持环120在所述凸起121两侧的对应位置即可。

更进一步地，所述凸起部121上设置连通所述伸缩空间161与外部空间的进气通道122，用于为所述伸缩空间进行充放气。容易理解的是，在某些其他实施例中，所述进气通道122也可以设置于其他部位，但是进气通道122设在凸起部121上，便于设计，同时也便于充放气作业。

进一步地，所述夹持环120优选为环形执行器。

继续参见图1-4所示，为了提升所述囊状构件160与所述夹持环120之间的密封效果，所述的环形夹持机构100还包括紧固环180，其中，在所述外侧部163与所述夹持环120的外壁的密封连接处，所述紧固环180套设在所述外侧部163上。

在上述基础上，为了再进一步地提升密封效果，如图3-6所示，在所述密封连接处，所述夹持环120上设置有防滑槽123，所述防滑槽123通过所述紧固环180将所述外侧部163压设于其槽中。

进一步地，如图6所示，所述防滑槽123的深度d为高度h的一半，本方案在降低了加工成本的同时，保障了扣压的密封性。

需要说明的是，本实施例中，设置了多个防滑槽123。相应地，所述外侧部163上还设置了与所述防滑槽123匹配的防滑块165，所述防滑块165能够插入所述防滑槽123中，如图1所示。

除以上所述外，本实施例还对所述囊状构件160的制备材料进行了优化设计，所述囊状构件160的囊壁由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体硫化构成。

其中，内层橡胶、外层橡胶可以由氯丁橡胶构成。在某些实施例中，也可以由其他弹性材料制备而成，例如硅胶、含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶等等。所述帘布胶可以为含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶。

本实施例中，所述囊状构件160的囊壁由多层结构混合构成，能够大幅提升囊状构件160的韧性与伸缩性。

进一步地，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线均呈子午线式排列，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线之间的夹角为0度。1I帧，帘子线呈子午线式的排列时(子午线式的排列结构如图7所示的N)，能够增大所述囊状构件160的膨胀直径，更好地调节所述夹持通道140。

最后，由于所述环形夹持机构100通常作为机械手的一部分发挥作用，因此其还需要与其他装置或结构连接，因此在所述夹持环120上设置有连接孔124，所述连接孔124优选为螺纹孔。

进一步地，所述连接孔124设置在所述凸起部121上，不仅便于设计，同时还能便于所述环形夹持机构100与其他设备连接。

第二实施例

如图7-10所示，第二实施例提供了一种机械手1000，包括：机械臂200、以及第一实施例中所述的环形夹持机构100，其中，所述机械臂200与所述环形夹持机构100通过所述连接孔124连接。

本实施例中的机械手尤其适用于抓取具有细长部分结构、整体重量较大、易碎的不规则形状的目标物，例如一些喇叭状器件，具体可以是电视机的显像管。

本实施例的机械手1000的工作原理上文已述，具体可以参见第一实施例中的说明。关于所述机械手1000的工作原理示意图，具体可以参见图7-10所示，其中，图8、10为囊状构件未充气状态下机械手对目标物2000的抓取示意图，图9、11为囊状构件充气状态下机械手对目标物2000的抓取示意图。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.环形夹持机构，其特征在于，包括：

环内设置有夹持通道的夹持环；以及

设置于所述夹持环上且具有伸缩空间的囊状构件，其中，所述伸缩空间位于所述夹持通道与所述夹持环的内环壁之间，所述囊状构件通过所述伸缩空间调节所述夹持通道的大小，实现对待运输目标物的夹持。

2.根据权利要求1所述的环形夹持机构，其特征在于，所述囊状构件的形状设置为与所述夹持环匹配的环形，所述囊状构件的环内通道与所述夹持环的内环通道连通设置。

3.根据权利要求2所述的环形夹持机构，其特征在于，所述夹持环设置于所述囊状构件内部，所述囊状构件在远离所述夹持通道的外侧部设置开口，在所述开口处，所述外侧部与所述夹持环的外环壁抵触密封连接。

4.根据权利要求3所述的环形夹持机构，其特征在于，所述夹持环在所述开口处朝环外延伸形成凸起部，所述凸起部伸出所述开口。

5.根据权利要求4所述的环形夹持机构，其特征在于，所述凸起部上设置连通所述伸缩空间与外部空间的进气通道。

6.根据权利要求3所述的环形夹持机构，其特征在于，还包括紧固环，其中，在所述外侧部与所述夹持环的外壁的密封连接处，所述紧固环套设在所述外侧部上。

7.根据权利要求6所述的环形夹持机构，其特征在于，在所述密封连接处，所述夹持环上设置有防滑槽，所述防滑槽通过所述紧固环将所述外侧部压设于其槽中。

8.根据权利要求1所述的环形夹持机构，其特征在于，所述囊状构件的壁体由内层橡胶、第一层帘布、帘布胶、第二层帘布和外层橡胶一体硫化构成。

9.根据权利要求4-8任一所述的环形夹持机构，其特征在于，所述凸起部上设置有连接孔。

10.一种机械手，其特征在于，包括：权利要求1-9任一所述的环形夹持机构以及与所述环形夹持机构连接的机械臂。

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