CN111791243A - 一种面向非结构化场景的机器人抓附机构及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人抓附机构技术领域，公开了一种面向非结构化场景的机器人抓附机构及机器人。该抓附机构包括柔性组件和刚性钩爪。柔性组件与接触面以柔性包络的方式抓附，刚性钩爪结构与接触面以机械锁合的方式抓附。本发明突破了传统机器人抓附机构单一的面‑面接触或点‑点接触的方式，可以适用复杂多变的非结构化表面以及不同材质表面。
Description
技术领域
本发明涉及机器人抓附机构技术领域，具体地，涉及一种面向非结构化场景的机器人抓附机构。
背景技术
机器人抓附机构可以装配在机械臂或者移动机器人上，用于抓取、夹持、攀附，在医疗、物流、安防等领域应用广泛。
目前，常见的抓附机构为有三种。第一种是传统刚性结构，一般用于抓取外部坚硬、形状规则的物体，无法抓取易碎、易变形或者形状不规则的物体。第二种是新兴的柔性结构，一般用于抓取不规则表面的物体，例如水果、玻璃瓶、纸杯。第三种是仿生钩爪结构，一般用于安装在移动机器人上，用于在粗糙表面的攀附。
但是，这些抓附机构适应对象单一，应用存在较大局限性的问题，如何实现非结构化的场景的抓附，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向非结构化场景的机器人抓附机构，该抓附机构能够适用于多变的非结构化表面，刚柔耦合的机构能够适用不同材质的表面。
为了实现上述目的，在一方面，本发明提供了一种面向非结构化场景的机器人抓附机构，在抓附时，至少两个所述抓附机构相互配合使用，所述抓附机构包括刚性钩爪和柔性组件，刚性钩爪和柔性组件均包括一个自由端和一个非自由端，且刚性钩爪和柔性组件的所述非自由端相互耦合成一体结构，在所述抓附机构抓取物体时，柔性组件传递变形力给刚性钩爪从而实现抓附动作。
优选地，所述柔性组件包括弹性板和设置在弹性板上的按阵列排布的若干个弹性块。
优选地，所述若干个弹性块的长度与宽度均相同，其高度从柔性组件的非自由端到自由端依次增加。
优选地，所述若干个弹性块的弹性模量均相同。
优选地，所述刚性钩爪的厚度从其非自由端到自由端依次递减。
优选地，所述刚性钩爪的自由端为弧形。
优选地，在抓附时，所述抓附机构的抓附面与所述非结构化的物体表面以面接触和/或点接触的方式抓附。
优选地，在抓附时，所述柔性组件与所述物体表面以柔性包络的方式抓附。
优选地，在抓附时，所述刚性钩爪与所述物体表面以机械锁合的方式抓附。
在另一方面，本发明公开了一种机器人，该机器人包括上述的抓附机构。
通过上述技术方案，突破了传统机器人抓附机构单一的面-面接触或点-点接触的方式，可以适用复杂多变的非结构化表面；刚柔耦合机构能够适用不同材质表面。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
1、刚性钩爪 2、柔性组件
21、弹性板 22、弹性块
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一实施方式的抓附机构的立体图；
图2是根据本发明的一实施方式的抓附机构的正视图；
图3示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过柔性包络的方式抓附物体轴测图；
图4示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过柔性包络的方式抓附物体正视图；
图5示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过机械锁合的方式抓附物体轴测图；
图6示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过机械锁合的方式抓附物体正视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
图1是根据本发明的一实施方式的抓附机构的立体图；图2是根据本发明的一实施方式的抓附机构的正视图；如图1、图2所示，本发明提供了一种面向非结构化场景的机器人抓附机构，在抓附时，至少两个所述抓附机构相互配合使用，所述抓附机构包括刚性钩爪1和柔性组件2，刚性钩爪1和柔性组件2均包括一个自由端和一个非自由端，且刚性钩爪1和柔性组件2的所述非自由端相互耦合成一体结构，在所述抓附机构抓取物体时，柔性组件2传递变形力给刚性钩爪1从而实现抓附动作。这样通过刚性钩爪1和柔性组件2进行刚柔耦合成一体结构的抓附机构，可以适用复杂多变的非结构化表面以及不同材质表面，相比传统的抓附机构其实用性更强。
所述柔性组件2包括弹性板21和设置在弹性板21上的按阵列排布的若干个弹性块22。在图2和图1中可以看到，弹性板21位于柔性组件2的下方，而弹性块22则按照一定的规律覆盖在弹性板21的顶部，这样在抓附物体时，弹性板21的底表面与目标物体相贴合，由于弹性块21为柔性的，因此在与物体贴合时能够非常好的适应物体的形状而进行适应性的改变，从而实现在非结构性场景下的抓附。为了进一步的提高抓附能力，可以在弹性板21的底部适当的增加一些凹凸特征，例如防滑纹、凸点等等，这样就可以增加弹性板21与物体之间的摩擦力，从而降低物体脱落的几率。
由图2可知，所述若干个弹性块22的长度、宽度以及弹性模量均相同，且若干个弹性块22的高度从柔性组件2的非自由端到自由端依次增加，在图中示出的为从左至右依次递增，这样能够使得在柔性组件2的前端具有更好的柔性与变形，以便能够更好的适应被抓附物体表面特征的变化。
所述刚性钩爪1的厚度从其非自由端到自由端依次递减，所述刚性钩爪1的自由端为弧形，也就是说钩爪的厚度从前端到末端的厚度递减。这样能够更好的适应被抓附的物体的形状、结构，从点、面结合的方式更好的实现对非结构化物体的抓附。刚性钩爪1通过刚性材料制成。
在抓附时，所述抓附机构的抓附面与所述非结构化的物体表面以面接触和/或点接触的方式抓附。在本实施例中其抓附面就是弹性板21的底表面和刚性钩爪1的底表面，也就是说，抓附机构的抓附面可以与物体表面以面-面接触、点-点接触以及点-面接触的接触形式对物体进行抓附。
图3示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过柔性包络的方式抓附物体轴测图；图4示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过柔性包络的方式抓附物体正视图。如图3-4所示，在抓附时，所述柔性组件2与所述物体表面以柔性包络的方式抓附。图中被抓附物体的典型特点是尺寸较小，外表面相对连续，且外表面具有一定的曲面变化特征，在具体实施时，抓附机构的柔性组件2部分通过变形可以很好的适应被抓附物体表面形状的变化，通过柔性组件2的变形，采用柔性包络的方式将物体抓附。
图5示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过机械锁合的方式抓附物体轴测图；图6示出了本发明的一实施方式的抓附机构通过机械锁合的方式抓附物体正视图。在抓附时，所述刚性钩爪1与所述物体表面以机械锁合的方式抓附。具体的，如图5-6所示，被抓附物体的典型特点是尺寸较大，外表面不连续且柔性组件部分无法采用柔性包络的方式实现抓附，此种物体在具体实施抓附时，通过柔性组件2的弯曲变形，改变刚性钩爪1的方向与间距，使得刚性钩爪1能够通过自适应的方式嵌入到被抓物体的内表面，通过柔性组件2变形传递的力，让刚性钩爪1与接触面实现机械锁合，实现物体抓附。
此外，实施例中还公开了一种机器人，该机器人拥有上述的抓附机构，因此机器人在工作时，突破了传统机器人抓附机构单一的面-面接触或点-点接触的方式，可以对拥有复杂多变的非结构化表面的物体进行很好的抓附。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，在抓附时，至少两个所述抓附机构相互配合使用，所述抓附机构包括刚性钩爪(1)和柔性组件(2)，刚性钩爪(1)和柔性组件(2)均包括一个自由端和一个非自由端，且刚性钩爪(1)和柔性组件(2)的所述非自由端相互耦合成一体结构，在所述抓附机构抓取物体时，柔性组件(2)传递变形力给刚性钩爪(1)从而实现抓附动作。
2.根据权利要求1所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，所述柔性组件(2)包括弹性板(21)和设置在弹性板(21)上的按阵列排布的若干个弹性块(22)。
3.根据权利要求2所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，所述若干个弹性块(22)的长度与宽度均相同，其高度从柔性组件(2)的非自由端到自由端依次增加。
4.根据权利要求3所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，所述若干个弹性块(22)的弹性模量均相同。
5.根据权利要求1所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，所述刚性钩爪(1)的厚度从其非自由端到自由端依次递减。
6.根据权利要求1所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，所述刚性钩爪(1)的自由端为弧形。
7.根据权利要求1所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，在抓附时，所述抓附机构的抓附面与所述非结构化的物体表面以面接触和/或点接触的方式抓附。
8.根据权利要求7所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，在抓附时，所述柔性组件(2)与所述物体表面以柔性包络的方式抓附。
9.根据权利要求1所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构，其特征在于，在抓附时，所述刚性钩爪(1)与所述物体表面以机械锁合的方式抓附。
10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的面向非结构化场景的机器人抓附机构。
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