CN111674913B - 一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，属于机器人自主抓取装置技术领域，包括：抓持部，抓持部由软性材料制成，抓持部由多个具有腔道的柱体围合成抓持腔，多个柱体的同一侧端部均具有与腔道连通的通孔，通孔用于给腔道充气或抽气，抓持腔通过腔道内气压的变化使抓持腔的口径增大或缩小。该装置通过给腔道内进行充气或抽气，能够改变抓持腔的口径大小，使得抓持腔可以包覆大小不同的物体，进而实现对大小不同的物体抓取，此外，由于柱体为软性材料制成，在抓取不同形状的物体，抓持腔可以依据抓取物的不同形状发生相应的形变，使抓持腔能够与不同形状物体的部分外壁挤压贴合，进而实现对不同形状的物体实现抓取。

Description

一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置

技术领域

本发明涉及机器人自主抓取装置技术领域，更具体的说是涉及一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置。

背景技术

目前，现有的抓取装置包括刚性的仿人多指灵巧手或者多指夹爪，以及用软材料制作的软体手，这些抓取装置大多采用弯曲包覆抓取的机理，这种抓取方式不但要考虑抓取装置和被抓物体之间的相对位置关系，针对不同形状的物体，还要考虑采用多少根手指合适，并且当手指接触物体后，会在抓取点产生反向弯矩，所以手指不能完全贴附物体，导致抓取不稳定。

对于软体手和多指抓持手，软体手虽然具有一定的柔顺性，可以部分贴附物体，由于软体手采用软材料，大大限制了抓取负载能力；多指抓持手，针对不同形状和不同大小的物体，需要考虑手指和物体的相对位置及手指的数量，同时，多指抓持手具有不能完全包覆物体的缺点。

因此，如何提供一种在不跟换样机的前提下抓取不同形状和不同大小的物体，提高抓取装置对被抓物体的适应性，不仅可以实现包覆抓取，同时也能够实现外壁膨胀抓持，进而可以实现可对多种形状和大小的物体高效抓持的装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，不仅可以适用于对不同形状和不同大小的物体进行抓取，能够避免抓取装置对易碎物抓取时的破坏，能够实现高效抓取，同时提高了抓取物体的稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，包括：

抓持部，所述抓持部由软性材料制成，所述抓持部由多个具有腔道的柱体围合成抓持腔，多个所述柱体的同一侧端部均具有与所述腔道连通的通孔，所述通孔用于给所述腔道充气或抽气，所述抓持腔通过所述腔道内气压的变化使所述抓持腔的口径增大或缩小。

采用上述技术方案的有益效果是：通过具有腔道的柱体围合成抓持腔，其中，柱体为软性材料，通过给腔道内进行充气或抽气，能够改变抓持腔的口径大小，使得抓持腔可以包覆大小不同的物体，利用抓持腔内壁与待抓取物体之间产生的摩擦力，进而实现对大小不同的物体抓取，此外，由于柱体为软性材料制成，在抓取不同形状的物体，抓持腔可以依据抓取物的不同形状发生相应的形变，使抓持腔能够与不同形状物体的部分外壁挤压贴合，进而实现对不同形状的物体实现抓取；当柱体的腔道内气压和柱体的耐压相等时，抓持部为直壁状态，当柱体内腔道的压强大于柱体的耐压时，抓持腔的口径增大，当柱体内腔道的压强小于柱体的耐压时，抓持腔的口径缩小，因此，通过该抓持部抓取物体能够实现对不同形状和不同大小的物体进行抓取，同时，能够避免抓取装置对易碎物抓取时的破坏，也能够实现对物体的高效抓取，同时抓取物体过程中具有较高的稳定性。

进一步地，所述抓持部靠近所述通孔的一端设有内凸缘和外凸缘，所述内凸缘和所述外凸缘与所述柱体一体成型。

更进一步地，还包括内支撑座、外支撑座和底座；

所述内支撑座位于所述抓持腔内，所述内支撑座与所述内凸缘卡接；

所述外支撑座套设于所述抓持腔的外壁，所述外支撑座与所述外凸缘卡接；

所述底座具有与所述通孔适配的环形凸台，所述环形凸台卡接于所述通孔内，所述环形凸台上具有凹槽，所述底座上还具有气孔，所述气孔通过所述凹槽与所述通孔连通；

所述底座与所述内支撑座和所述外支撑座固定连接。

采用上述技术方案的有益效果是：通过内支撑座、外支撑座和底座将抓持部具有通孔的一端固定，能够避免在改变柱体腔道内的气压时，防止抓持部具有通孔的这一端发生形变，当腔道内的气压发生变化时，能够快速实现抓持部远离通孔一端的抓持腔口径发生变化，进而实现对物体的快速抓取。

进一步地，所述通孔的内壁与所述腔道的内壁处于同一侧壁。

进一步地，所述内支撑座的外壁包括外直壁和外曲壁，所述外直壁与所述内凸缘的内壁适配，所述外曲壁与所述抓持腔的内壁适配。

进一步地，所述外支撑座的内壁包括内直壁和内曲壁，所述内直壁与所述外凸缘的外壁适配，所述内曲壁与所述抓持腔的外壁适配。

进一步地，所述抓持腔的内壁设有用于增加抓取摩擦力的仿生壁虎刚毛。

采用上述技术方案的有益效果是：通过在抓持腔的内壁上设有仿生壁虎刚毛，使得抓持腔的侧向摩擦力显著提高，从而提高抓持腔的抓持负载能力。

进一步地，所述软性材料为硅胶，硅胶具有良好的膨胀性能和收缩性能。

进一步地，所述柱体的外轮廓截面为圆形、棱形或椭圆形。

进一步地，所述抓持部的外壁构成抓持囊，所述抓持囊通过所述腔道内气压的变化使所述外抓持壁先收缩再膨胀，用于对中空物体的抓取。通过抓持囊的设置，可以实现对中空物体的抓取，具体的，通过先将柱体的腔道内的空气抽取使抓持部收缩，将收缩后的抓持部伸入中空物体中，然后再给柱体的腔道充气，使抓持囊与中空物体的内壁涨紧，使抓持囊与中空物体的内壁产生摩擦力，进而实现对中空物体的抓取。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的抓持部的整体结构示意图；

图3附图为本发明提供的A-A的剖面结构示意图；

图4附图为本发明提供的B-B的剖面结构示意图；

图5附图为本发明提供的底座的一种整体结构示意图；

图6附图为本发明提供的底座的另一种视角下的整体结构示意图；

图7附图为本发明提供的C-C的剖面结构示意图；

图8附图为本发明提供的外支撑座的结构示意图；

图9附图为本发明提供的内支撑座的结构示意图；

图10附图为本发明提供的仿生壁虎刚毛的放大结构示意图；

图11附图为本发明提供的可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置在抓持腔收缩状态下的一种结构示意图；

图12附图为本发明提供的可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置在抓持腔膨胀状态下的一种结构示意图。

其中，1为抓持部；12为柱体；121为腔道；13为内凸缘；14为外凸缘；2为内支撑座；21为外直壁；22为外曲壁；3为外支撑座；31为内直壁；32为内曲壁；4为底座；41为环形凸台；42为凹槽；43为气孔；5为仿生壁虎刚毛。

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。

参见附图1和2，本发明实施例公开了一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，包括：

抓持部1，抓持部1由软性材料制成，软性材料为硅胶，抓持部1由多个具有腔道121的柱体12围合而成，柱体12在非工作状态下为试管结构的硅胶柱，多个柱体12通过侧壁连接围合成环形结构的抓持部1，围合成的抓持部1为中空结构，中空结构作为抓持腔，多个柱体12的同一侧端部均具有与腔道121连通的通孔(图中未标出)，通孔用于给腔道121充气或抽气，通孔的内壁与腔道121的内壁处于同一侧壁，即通孔与腔道121的内径相等，抓持腔通过腔道121内气压的变化使抓持腔的口径增大或缩小，具体的，先对腔道121进行充气，使抓持腔的口径增大将物体包覆，然后对腔道121进行抽气使抓持腔的内壁收缩并与待抓持物贴紧，利用抓持腔的内壁与待抓持物之间产生的摩擦力，进而实现抓持腔对物体的包覆抓取。在本实施例中，抓持腔的内壁设有用于增加抓取摩擦力的仿生壁虎刚毛5，进而增加抓持腔内壁与待抓取物外壁产生的摩擦力，提升抓持腔负载能力，仿生壁虎刚毛5的具体结构可参见附图10。

抓持部1的外壁构成抓持囊(图中未标出)，抓持囊通过腔道121内气压的变化使外抓持壁先收缩再膨胀，具体的，先对腔道121进行抽气，使抓持囊收缩，将收缩后的抓持囊伸入中空物体的中空腔内，然后对将收缩后的抓持部1伸入中空物体中，然后对腔道121进行充气，使抓持囊膨胀且与中空物体的内壁涨紧，利用抓持囊与中空物体内壁产生的摩擦力，进而实现抓持囊对中空物体的抓取。在本实施例中，抓持囊上通过设有用于增加抓取摩擦力的仿生壁虎刚毛5，进而增加抓持囊与中空物体内壁产生的摩擦力，提升抓持囊的负载能力。

在本实施例中，抓持部1在非工作状态下时，腔道121内的气压等于外界气压，柱体12为直壁结构，不发生形变；当通过通孔给腔道121抽气时，腔道121内的气压小于柱体12的耐压时，柱体12向中心收缩，抓持腔的口径减小，具体可参见附图11；当通过通孔给腔道121充气时，腔道121内的气压大于柱体12的耐压时，柱体12向远离中心方向膨胀，抓持腔的口径增大，具体可参见附图12。

参见附图2-4，抓持部1靠近通孔的一端设有内凸缘13和外凸缘14，内凸缘13和外凸缘14与柱体12一体成型，在本实施例中，内凸缘13和外凸缘14的高度相等。

参见附图5-9，一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置还包括内支撑座2、外支撑座3和底座4；

内支撑座2位于抓持腔内，内支撑座2为凸台状结构，凸台状结构与内凸缘13适配卡接，凸台的外壁包括外直壁21和外曲壁22，外直壁21与内凸缘13的内壁适配，外曲壁22与抓持腔的内壁适配，即外曲壁22与每个柱体12的外表面紧密贴合；

外支撑座3套设于抓持腔的外壁，外支撑座3与外凸缘14卡接；外支撑座3的内壁包括内直壁31和内曲壁32，内直壁31与外凸缘14的外壁适配，内曲壁31与抓持腔的外壁适配，即内曲壁31与每个柱体12的内表面紧密贴合；

底座4具有与通孔适配的环形凸台41，环形凸台41卡接于全部柱体12的通孔内，环形凸台41上具有环形的凹槽42，凹槽42与柱体12的腔道121连通，底座4上还具有气孔43，气孔43与凹槽42连通，气孔43为中空的圆柱体结构，圆柱体与底座4远离抓持部1的一侧固定连接，在另一些实施例中，中空的圆柱体结构与底座4一体成型，气孔43通过凹槽42与通孔连通；

底座4与内支撑座2和外支撑座3固定连接，具体的，内支撑座2与底座4通过螺栓固定连接，外支撑座3与底座4也通过螺栓固定连接，内支撑座2与外支撑座3分别通过固定连接底座4，使得内支撑座2与外支撑座3的相对位置保持一定。

具体地，柱体12的外轮廓截面为圆形、棱形或椭圆形中的一种，在本实施例中柱体12优选为圆柱形柱体，在非工作状态下的沿径向截面的外轮为圆形。

本发明的工作原理：

1、给定物体，先通过气孔充气，使抓持腔的口径变大，然后将物体包覆，再通过气孔抽气，使抓持腔的内壁贴附物体，利用抓持腔的内壁与物体之间产生的摩擦力，进而实现抓持腔对物体的包覆抓取进；

2、给定中空物体，先通过气孔抽气，使抓持腔收缩，并将抓持部伸入物体的内腔中，然后再通过气孔充气，使抓持腔膨胀，进而使抓持腔的外壁与物体的内壁涨紧贴附，利用抓持囊与中空物体内壁产生的摩擦力，进而实现抓持囊对中空物体的抓取。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，包括：

抓持部(1)，所述抓持部(1)由软性材料制成，所述抓持部(1)由多个具有腔道(121)的柱体(12)围合成抓持腔，多个所述柱体(12)的同一侧端部均具有与所述腔道(121)连通的通孔，所述通孔用于给所述腔道(121)充气或抽气，所述抓持腔通过所述腔道(121)内气压的变化使所述抓持腔的口径增大或缩小；

所述抓持部(1)靠近所述通孔的一端设有内凸缘(13)和外凸缘(14)，所述内凸缘(13)和所述外凸缘(14)与所述柱体(12)一体成型；

还包括内支撑座(2)、外支撑座(3)和底座(4)；

所述内支撑座(2)位于所述抓持腔内，所述内支撑座(2)与所述内凸缘(13)卡接；

所述外支撑座(3)套设于所述抓持腔的外壁，所述外支撑座(3)与所述外凸缘(14)卡接；

所述底座(4)具有与所述通孔适配的环形凸台(41)，所述环形凸台(41)卡接于所述通孔内，所述环形凸台(41)上具有凹槽(42)，所述底座(4)上还具有气孔(43)，所述气孔(43)通过所述凹槽(42)与所述通孔连通；

所述底座(4)与所述内支撑座(2)和所述外支撑座(3)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述通孔的内壁与所述腔道(121)的内壁处于同一侧壁。

3.根据权利要求1所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述内支撑座(2)的外壁包括外直壁(21)和外曲壁(22)，所述外直壁(21)与所述内凸缘(13)的内壁适配，所述外曲壁(22)与所述抓持腔的内壁适配。

4.根据权利要求1所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述外支撑座(3)的内壁包括内直壁(31)和内曲壁(32)，所述内直壁(31)与所述外凸缘(14)的外壁适配，所述内曲壁(32)与所述抓持腔的外壁适配。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述抓持腔的内壁设有用于增加抓取摩擦力的仿生壁虎刚毛(5)。

6.根据权利要求1所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述软性材料为硅胶。

7.根据权利要求1所述的一种可对多种形状和大小的物体包覆抓取的装置，其特征在于，所述柱体(12)的外轮廓截面为圆形、棱形或椭圆形。

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