CN111972367B - 可折展的仿生嘴和捕获设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可折展的仿生嘴和捕获设备，所述可折展的仿生嘴包括基座、两第一组件及两第二组件，两所述第一组件分别位于所述基座在第一方向上相对的两端，每一第一组件部分与基座通过第一转动副连接；两第二组件分别位于基座在第二方向上相对的两端，每一第二组件部分与基座通过第二转动副连接，所述第二转动副与第一转动副的轴线垂直设置；所述第一组件与第一转动副相邻的两侧边分别与两第二组件的另一部分转动连接，当两第一组件朝向基座的一表面方向转动靠近时，两个第二组件朝向基座相对的另一表面方向相抵接，且两第二组件围合形成闭合空间。本发明技术方案的可折展的仿生嘴可实现包裹式抓取物件，捕获效果好。
Description
技术领域
本发明涉及抓取技术领域，特别涉及一种可折展的仿生嘴和捕获设备。
背景技术
地球上水域面积广阔，超过70％的表面积被海水覆盖，近年来，水下环境探索，尤其是对海洋生物的探索引起了越来越多的关注。由于陆地上可开采和利用资源的日益减少，拥有巨大开发空间的海洋资源逐渐被人们所重视。人类对海洋的开发和利用渐渐深入，为满足海洋资源开发和海洋探索的要求，仿生鱼将成为研究热点。仿生鱼具有高机动性、低噪声的优点，但传统的仿生机器鱼通常没有执行机构，其应用范围很窄。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种可折展的仿生嘴，旨在得到一种仿鱼或者鸟等生物的仿生嘴。可折展的仿生嘴通过其中两个折纸单元沿转动连接副转动来控制仿生嘴的开合，控制简单，闭合后可形成一个封闭空间，可用来捕获海洋生物或其它目标物。
为实现上述目的，本发明公开的可折展的仿生嘴包括：
基座；
两第一组件，两所述第一组件分别位于所述基座在第一方向上相对的两端，每一所述第一组件部分与所述基座通过第一转动副连接；及
两第二组件，两所述第二组件分别位于所述基座在第二方向上相对的两端，每一所述第二组件部分与所述基座通过第二转动副连接，所述第二转动副与所述第一转动副的轴线垂直设置；
所述第一组件与所述第一转动副相邻的两侧边分别与两所述第二组件的另一部分转动连接，当两所述第一组件朝向所述基座的一表面方向转动靠近时，两个所述第二组件朝向所述基座相对的另一表面方向相抵接，且两所述第二组件围合形成闭合空间。
可选的实施例中，所述基座呈四方形状，所述基座于所述第二转动副所在的侧边与所述第一转动副所在的侧边相邻设置。
可选的实施例中，所述第一组件包括第一主体件和两个第一分体件，所述第一主体件与所述基座通过所述第一转动副连接，两所述第一分体件分别转动连接于所述第一主体件在第二方向上的两侧；
所述第二组件包括第二主体件和两第二分体件，所述第二主体件与所述基座通过所述第二转动副连接，两所述第二分体件分别转动连接于所述第一主体件在第一方向上的两侧；
相邻的所述第一分体件与所述第二分体件对应转动连接。
可选的实施例中，每一所述第一分体件包括转动连接的第一连接部和第一封闭部，每一所述第二分体件包括转动连接的第二连接部和第二封闭部，所述第一连接部与所述第一主体部转动连接，所述第二连接部与所述第二主体件转动连接，所述第一连接部与第二连接部转动连接，所述第一封闭部与第二封闭部转动连接。
可选的实施例中，所述第一连接部与所述第二连接部转动连接的轴线与所述第二转动副的轴线在一条直线上。
可选的实施例中，所述第一主体件、第一连接部和第一封闭部均为三角形状；
所述第二主体件、第二连接部和第二封闭部均为三角形状。
可选的实施例中，所述第一主体件和所述第一分体件具有共同的第一端点部，所述第一端点部位于所述第一主体部远离所述基座的位置；和/或，
所述第二主体件和第二分体件具有共同的第二端点部，所述第二端点部位于所述第二主体件远离所述基座的位置。
可选的实施例中，所述第一转动副为合页或铰链；和/或，所述第二转动副为合页或铰链。
可选的实施例中，所述基座、两第一组件以及两第二组件为一体成型结构。
本发明还提出一种捕获设备，所述捕获设备包括如上所述的可折展的仿生嘴。
本发明技术方案的可折展的仿生嘴包括基座、两第一组件和两第二组件，基座为两第一组件和两第二组件提供固定基础，两第一组件与基座通过第一转动副转动连接，两第二组件与基座通过第二转动副连接，第一转动副与第二转动副垂直设置，且当两第一组件朝向基座的一表面方向转动靠近时，两第二组件能够反向朝基座的另一表面转动直至抵接，从而形成抓取的捕获动作，且两第二组件围合形成闭合空间，可以对捕获的物件进行包裹式的抓取，捕获更加稳定，且能够针对不规则物件或光滑球状物件进行捕获，增大捕获范围。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明可折展的仿生嘴第一实施例第一状态的结构示意图；
图2为图1所示可折展的仿生嘴另一视角的结构示意图；
图3为图1所示可折展的仿生嘴又一视角的结构示意图；
图4为图1所示可折展的仿生嘴第二状态的结构示意图；
图5为图1所示可折展的仿生嘴第三状态的结构示意图；
图6为图5所示可折展的仿生嘴又一视角的结构示意图；
图7为本发明可折展的仿生嘴的爆炸平面图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种可折展的仿生嘴，该可折展的仿生嘴可作为仿生鱼的执行机构，在海洋探索中进行海洋生物捕获、海底目标打捞、海洋垃圾清理等任务，大大的拓展了仿生鱼的应用场景。当然，可折展的仿生嘴也可单独作为夹持器或抓斗使用，进行夹持或抓取物体，捕获效果好。
请参照图1和图2以及图6，在本发明的一实施例中，所述可折展的仿生嘴包括：
基座；
两第一组件，两所述第一组件分别位于所述基座在第一方向上相对的两端，每一所述第一组件部分与所述基座通过第一转动副连接；及
两第二组件，两所述第二组件分别位于所述基座在第二方向上相对的两端，每一所述第二组件部分与所述基座通过第二转动副连接，所述第二转动副与所述第一转动副的轴线垂直设置；
所述第一组件与所述第一转动副相邻的两侧边分别与两所述第二组件的另一部分转动连接，当两所述第一组件朝向所述基座的一表面方向转动靠近时，两个所述第二组件朝向所述基座相对的另一表面方向相抵接，且两所述第二组件围合形成闭合空间。
本实施例中，基座用于提供稳固基础，方便对两第一组件施力，从而使得两第二组件相互靠近抵接，形成的闭合空间能够像嘴一样包覆物件，进而实现捕获动作。基座的形状可以是板状、片状、块状等，在此不作限定。基座可以连接支架用于固定，也可以开设孔洞将捕获的物件进行后续传输。
具体地，两个第一组件分别位于基座在第一方向上相对的两端，两第二组件分别位于基座在第二方向上的两端，即基座至少包括两个方向上相对的两端，其形状可以是四方形或是多边形等。此处，第一组件的一端与基座通过第一转动副转动连接，第一转动副的结构可以有以下几种方式，一是第一组件与基座各自设置有转动部，通过两转动部直接对接形成第一转动副；二是第一转动副为独立结构，例如铰链或合页等结构，将该第一转动副分别连接于第一组件和基座，从而实现两者的转动连接；三是第一组件与基座为一体成型结构，第一转动副为第一组件与基座的中部，通过自身变形实现第一组件与基座之间的转动。当然，第一转动副还可以是其他可发生转动的结构，例如将第一组件与基座分别贴设于布匹等柔性材料上，从而实现两者的转动。
第二组件的一端与基座通过第二转动副连接，该第二转动副的结构可以参照上述第一转动副的结构，在此不做赘述。第一组件未连接基座的部分与第二组件未连接基座的部分之间相对应转动连接，此处的转动连接也可以参照第一转动副的结构。该结构中，可以将基座的表面平行于水平面放置，两个第一组件远离基座的两端朝向基座的一表面方向转动靠近，即两第一组件远离基座的两端朝向基座的上方转动靠近，此时，第一组件未连接基座的部分与第二组件未连接基座的部分之间的转动方向朝向基座的下方，则带动两第二组件远离基座的两端朝向基座的下方转动抵接，实现捕获动作。
本发明技术方案的可折展的仿生嘴包括基座、两第一组件和两第二组件，基座为两第一组件和两第二组件提供固定基础，两第一组件与基座通过第一转动副转动连接，两第二组件与基座通过第二转动副连接，第一转动副与第二转动副垂直设置，且当两第一组件朝向基座的一表面方向转动靠近时，两第二组件能够反向朝基座的另一表面转动直至抵接，从而形成抓取的捕获动作。且可折展的仿生嘴驱动方式简单，开合角度大，两第二组件围合形成闭合空间，可以对捕获的物件进行包裹式的抓取，且可一次捕获多个目标，提高捕获效果，能够针对不同形状的物件进行捕获，增大捕获范围。
请结合参照图3和图4，可选的实施例中，所述基座呈四方形状，所述基座于所述第二转动副所在的侧边与所述第一转动副所在的侧边相邻设置。
本实施例中，基座呈四方形，具体可以呈长方形板状设置，此处，第一方向为宽度方向，即两第一组件设于基座宽度方向上的两端，第二方向为长度方向，两第二组件位于长度方向上的两端，如此，基座于第一转动副所在的侧边与第二转动副所在的侧边相邻设置，可以使得第一组件与第二组件之间的距离较近，方便第一组件未连接基座的部分与第二组件未连接基座的部分转动连接，使得可折展的仿生嘴结构紧凑，更加容易实施包裹式抓取，提高抓取稳定性。
请结合图3至图5，可选的实施例中，所述第一组件包括第一主体件和两个第一分体件，所述第一主体件与所述基座通过所述第一转动副连接，两所述第一分体件分别转动连接于所述第一主体件在第二方向上的两侧；
所述第二组件包括第二主体件和两第二分体件，所述第二主体件与所述基座通过所述第二转动副连接，两所述第二分体件分别转动连接于所述第一主体件在第一方向上的两侧；
相邻的所述第一分体件与所述第二分体件对应转动连接。
本实施例中，第一组件包括第一主体件，第一主体件与基座通过第一转动副连接，两个第一分体件分别转动连接于第一主体件在第二方向上的两侧，从而可以通过对该第一主体件进行驱动，使其远离基座的两端逐渐靠近，从而带动与之相邻的两个第一分体件也发生转动，进而带动与之相连的第二分体件朝向基座的下方转动，两第二分体件转动连接于第二主体件在第一方向上的两侧，两第二分体件朝向基座的下方转动时，就会带动第二主体件相对于基座发生第二转动副处的转动，从而实现两第二组件在基座下方的相抵接抓取动作，同时，相对的两个第二分体件也会逐渐转动弯折相互靠近抵接，继而形成封闭结构，实现包裹式捕获动作。
此处，第一主体件与第一分体件之间的转动连接方式也参考第一转动副的结构，第二主体件与第二分体件之间的转动连接方式也参考第二转动副的结构，在此不作限定。当可折展的仿生嘴未发生捕获动作时，使两第一主体件远离基座的端部相互远离，即两第一主体件的面夹角趋于0度时，两第二主体件远离基座的端部也相互远离，且两第二主体件的面夹角也趋于0度，可折展的仿生嘴整体趋向于展开的平面状态，占用空间小，易于储存和运输。
请继续参照图5和图6，可选的实施例中，每一所述第一分体件包括转动连接的第一连接部和第一封闭部，每一所述第二分体件包括转动连接的第二连接部和第二封闭部，所述第一连接部与所述第一主体部转动连接，所述第二连接部与所述第二主体件转动连接，所述第一连接部与第二连接部转动连接，所述第一封闭部与第二封闭部转动连接。
本实施例中，为了更加容易实现两第二分体件之间的抵接，第一分体件还包括有第一连接部和第一封闭部，第二分体件包括有第二连接部和第二封闭部，第一连接部与第二连接部相对应转动连接，第一封闭部与第二封闭部转动连接，同时第一连接部与转动连接于第一主体件的侧边，在第一主体件通过第一转动副转动时，能够带动第一连接部和第二封闭部发生移动，由于第二连接部和第二封闭部的牵动，第一连接部和第二封闭部在朝向另一第一组件的第一连接部和第二封闭部移动的过程中，同时也会发生背离移动方向上的转动，进而实现两第一封闭部的抵接以及两第二封闭部的抵接，达到封闭的包裹式捕获效果。同时，两第一封闭部和两第二封闭部的设置也可以起到限制可折展的仿生嘴自由度的作用，使得整个机构可以通过一个驱动来控制。
请再次参照图2，可选的实施例中，所述第一连接部与所述第二连接部转动连接的轴线与所述第二转动副的轴线在一条直线上。
本实施例中，设置第一连接部与第二连接部转动连接的轴线与第二转动副的轴线在一条直线上，一方面便于加工，另一方面当两个第一主体件远离基座的两端逐渐靠近时，带动第一连接部移动，第一连接部由于第二连接部的牵引发生弯折转动，此时能够更加快速带动第二连接部发生弯折转动，继而方便快速实现第二主体件和第二封闭部的转动，提高该折展仿生嘴的捕获效率。
可选的实施例中，所述第一主体件、第一连接部和第一封闭部均为三角形状；
所述第二主体件、第二连接部和第二封闭部均为三角形状。
本实施例中，第一主体件、第一连接部和第一封闭部均为三角形形状时，第一主体件的一边与基座转动连接，另两边分别与两第一连接部的一边转动连接，第一连接部的另两边分别与第一封闭部的一边和第二连接部的一边转动连接，第一封闭部的另一边与第二封闭部的一边转动连接，第一封闭部剩余的一边在实施捕获动作时与另一第一封闭部对应的一边抵接形成封闭结构。此时，所述第一主体件和所述第一分体件具有共同的第一端点部，所述第一端点部位于所述第一主体部远离所述基座的位置，该结构简单，且封闭结构密封性较好。
与之相类似的，第二主体件、第二连接部和第二封闭部均为三角形形状，此时，第二主体件的一边与基座转动连接，另两边分别与两第二连接部的一边转动连接，第二连接部的另两边分别与第二封闭部的一边和第一连接部的一边转动连接，第二封闭部的另一边与第一封闭部的一边转动连接，第二封闭部剩余的一边在实施捕获动作时与另一第二封闭部对应的一边抵接形成封闭结构。此时，所述第二主体件和所述第二分体件具有共同的第二端点部，所述第二端点部位于所述第二主体件远离所述基座的位置，同样的，该结构简单，且三角形具有稳定性，能够显著提高该折展仿生嘴的结构稳定性，且两第二组件形成的封闭结构密封性更好。
请结合图2和图7，上述实施例的结构均基于以下的折纸结构，当该可折展的仿生嘴处于完全展开状态时，为了方便描述，将第一封闭部与第二封闭部的转动连接结构拆除后，该可折展的仿生嘴整体为平面状结构，将其铺平放置水平面，此时，基座为长方形，A、B、C、D即为基座的四个边角点，E1、E2分别为第一组件共同的第一端点部，F1、F2为第二组件共同的第二端点部，E1、E2的连线与F1、F2的连线交叉，且交叉点位于基座的中心点，ABE1三点的连线则形成了第一主体件的三边，CDE2三点的连线则形成了另一第一主体件的三边，BCF1三点的连线则形成了第二主体件的三边，ADF2三点的连线则形成了另一第二主体件的三边；再将E1点与F1点连线，将DA边延长后与E1F1交叉后形成A1点，则F1A1A三点的连线形成了第二连接部的三边，E1A1A三点的连线形成了第一连接部的三边，同理可以得到B1点、C1点、D1点。而第一封闭部和第二封闭部的另一边角点可以根据实际情况进行设定，保证该可折展的仿生嘴在两第二组件相抵接时能够形成封闭结构即可。在一实施例中，设置A1G1与A1G2以DA的延长线为轴对称设置，两者之间的夹角可以根据需要进行设定，在此不作限定。同理，也参照上述实施例设置，不做赘述。当组装该可折展的仿生嘴时，只需要将A1G1与A1G2、B1G3和B1G4、C1H3和C1H4、D1H1和D1H2对应转动连接即可，简单方便。此外，为了实施对两第一组件进行驱动，从而实现第二组件的包裹式夹持物件，将AB线和CD线设置为谷折，例如，一第一主体件沿AB线由水平面向上转动弯折，其余的线条均为山折，例如，一第二主体件沿AD线水平面向下转动弯折。
上述实施例的可折展的仿生嘴可以通过多种方式进行加工，可选的实施例中，所述第一转动副为合页或铰链；和/或，所述第二转动副为合页或铰链。本实施例中，当第一转动副和第二转动副均选择合页或铰链时，第一组件和第二组件中的各个部件的材质均选择金属，例如第一主体件、第二主体件、第一分体件以及第二分体件均为钢片或铁片，自身强度高，形成的可折展的仿生嘴的结构稳定性好，捕获稳定性好。
可选的实施例中，所述基座、两第一组件以及两第二组件为一体成型结构。本实施例中，基座、两第一组件以及两第二组件可以通过3D打印方式加工，从而形成一体结构。该3D打印方式可以选择熔融沉积快速成型，基座、第一组件以及第二组件的材质相同，可选择尼龙、PLA(polylactic acid,聚乳酸)或PVA(polyvinyl alcohol,vinylalcohol polymer,聚乙烯醇)，第一转动副和第二转动副的材料可以选择柔软材质，例如，TPU(Thermoplasticpolyurethanes,热塑性聚氨酯弹性体橡胶)、TPE(Thermoplastic Elastomer，热塑性弹性体)或软性PLA。当然，于其他实施例中，3D打印也可以选择光固化成型，例如光敏树脂类材质，在此不作限定。该结构的可折展的仿生嘴结构强度高，且加工工艺成熟，容易实现批量生产，且无需装配，有效节约生产时间，提高生产效率。
本发明还提出一种捕获设备(未图示)，该捕获设备包括上述任一实施例中的可折展的仿生嘴100，由于本实施例的捕获设备中的可折展的仿生嘴100的具体结构参照上述实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。
可以理解的，该捕获设备中还包括有驱动可折展的仿生嘴100进行捕获动作的结构，例如四角连杆或电机等。或者该捕获设备还包括用于支撑该可折展的仿生嘴100的结构，例如支撑柱等。该捕获设备的可折展的仿生嘴基于刚性折纸理论设计，共包含13块折纸单元和8块翼板；通过其中两个折纸单元沿转动连接副转动来控制仿生嘴的开合，其驱动方式简单，开合角度较大，可实现对目标的包裹式捕获或抓取，可一次捕获多个目标。该捕获设备并不限定其使用场景，可以根据不同的可折展的仿生嘴的材质，分别应用于进行海底捕捞的仿生鱼上，用以捕获海洋生物，或是陆地上用于捕获的仿生动物等，也可单独作为夹持器或抓斗使用，进行夹持或抓取物体。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种可折展的仿生嘴，其特征在于，所述可折展的仿生嘴包括：
基座；
两第一组件，两所述第一组件分别位于所述基座在第一方向上相对的两端，每一所述第一组件部分与所述基座通过第一转动副连接；及
两第二组件，两所述第二组件分别位于所述基座在第二方向上相对的两端，每一所述第二组件部分与所述基座通过第二转动副连接，所述第二转动副与所述第一转动副的轴线垂直设置；
所述第一组件与所述第一转动副相邻的两侧边分别与两所述第二组件的另一部分转动连接，当两所述第一组件朝向所述基座的一表面方向转动靠近时，两个所述第二组件朝向所述基座相对的另一表面方向相抵接，且两所述第二组件围合形成闭合空间；
所述第一组件包括第一主体件和两个第一分体件，所述第一主体件与所述基座通过所述第一转动副连接，两所述第一分体件分别转动连接于所述第一主体件在第二方向上的两侧；
所述第二组件包括第二主体件和两第二分体件，所述第二主体件与所述基座通过所述第二转动副连接，两所述第二分体件分别转动连接于所述第一主体件在第一方向上的两侧；
相邻的所述第一分体件与所述第二分体件对应转动连接。
2.如权利要求1所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述基座呈四方形状，所述基座于所述第二转动副所在的侧边与所述第一转动副所在的侧边相邻设置。
3.如权利要求2所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，每一所述第一分体件包括转动连接的第一连接部和第一封闭部，每一所述第二分体件包括转动连接的第二连接部和第二封闭部，所述第一连接部与所述第一主体部转动连接，所述第二连接部与所述第二主体件转动连接，所述第一连接部与第二连接部转动连接，所述第一封闭部与第二封闭部转动连接。
4.如权利要求3所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述第一连接部与所述第二连接部转动连接的轴线与所述第二转动副的轴线在一条直线上。
5.如权利要求3所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述第一主体件、第一连接部和第一封闭部均为三角形状；
所述第二主体件、第二连接部和第二封闭部均为三角形状。
6.如权利要求5所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述第一主体件和所述第一分体件具有共同的第一端点部，所述第一端点部位于所述第一主体部远离所述基座的位置；和/或，
所述第二主体件和第二分体件具有共同的第二端点部，所述第二端点部位于所述第二主体件远离所述基座的位置。
7.如权利要求1至6中任一项所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述第一转动副为铰链；和/或，所述第二转动副为铰链。
8.如权利要求1至6中任一项所述的可折展的仿生嘴，其特征在于，所述基座、两第一组件以及两第二组件为一体成型结构。
9.一种捕获设备，其特征在于，所述捕获设备包括如权利要求1至8中任一项所述的可折展的仿生嘴。
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