CN112894864A - 一种可变抓取范围的气动软体夹持手及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于软体机械手领域，提供了一种可变抓取范围的气动软体夹持手及其使用方法，气动软体夹持手包括手指支撑架和软体手指，通过对手指支撑架的支撑架伸长端上设有导槽，来调节软体手指在支撑架伸长端的位置，进而调整软体手指张开的程度，增大抓取力以适应不同的抓取对象；通过在大腔室和小腔室上各设有进气口且由一个气源单独控制，增大软体手指的弯曲程度，使夹持手在抓取物体的过程中更具有稳定性，抓取更牢靠；通过在软体手指上设有波纹状大腔室和小腔室，再对上述腔室的大气囊和小气囊输入不同气压来实现软体手指对物体的抓取与释放；软体手指采用柔性材料制成，能在抓取物体时减少对物体的损伤程度。

Description

一种可变抓取范围的气动软体夹持手及其使用方法

技术领域

本发明涉及软体机械手领域，具体涉及一种可变抓取范围的气动软体夹持手及其使用方法。

背景技术

传统的刚性机械手已经广泛应用于人类的社会生产生活中，在工业现场的抓取工作中刚性机械手能够快速、精确、重复地执行任务，但制作过程较为复杂、成本高、灵活度有限、人机交互性弱，且对环境的适应性较差。

随着科技的不断进步，对机械手的质量要求也越来越严格，刚性机械手在一些领域很难达到要求，例如对易碎品和表面形状不规则物体及软性产品抓取等方面。因此，软体机器人的出现便成了必然。随着3D打印技术的发展以及满足3D打印技术的柔性材料不断丰富，使得软体机器人的制造更加便捷，也极大提高了设计的灵活性。软体通常采用软体材料和柔性材料制作而成，可实现连续变形，具有良好的安全性和适应性，对易碎品和表面形状不规则物体及软性产品抓取等方面具有很大优势。但由于目前的软体夹持手中，软体手指一般在手指支撑架上固定住，且软体手指之间的距离不可调；在抓取物品时，软体手指张开范围有限，这在一定程度上限制了抓取物品的尺寸范围，适用性差；同时，由于软体手指与物品间的接触面积小，抓取力小，在抓取过程中容易使物品脱落，稳定性差。

发明内容

为解决上述现有技术中所存在的不足，本发明提供一种可变抓取范围的气动软体夹持手及其使用方法，以解决现有的夹持手抓取范围有限，抓取力小，稳定性差，适用范围小的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案来实现：

本发明提供的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，包括：手指支撑架和若干根软体手指。所述软体手指通过手指连接件固定在对应一侧的手指支撑架的支撑架伸长端下方，在支撑架伸长端上开设有导槽，手指连接件能够在导槽中平移；所述的软体手指由大腔室和小腔室构成，且大腔室和小腔室之间互不相通；所述大腔室和小腔室均是由若干个均匀排布的大气囊和小气囊构成的波纹状腔体。

进一步地，所述的大腔室和小腔室各设有一个进气口，且大腔室和小腔室各由一个气源单独控制。进一步地，所述的支撑架伸长端和手指连接件通过螺纹固定连接，手指连接件和软体手指通过螺栓固定连接。

进一步地，所述软体手指使用柔性材料，通过光固化3D打印技术制造而成。

进一步地，所述的大腔室由12个大气囊构成，小腔室由9个小气囊构成。

进一步地，所述的软体手指有四根，均布在手指支撑架四周。

可变抓取范围的气动软体夹持手的使用方法，包括抓取物体前、抓取物体时和释放物体三个阶段：

抓取物体前：通过调整手指连接件在导槽中的位置，进而调整软体手指之间的距离，对软体手指的大腔室抽气，大气囊发生贴合，使软体手指向外侧张开；对小腔室充气，小气囊发生膨胀并相互挤压，增加软体手指向外侧张开的程度，控制软体手指张开到抓取物体上方；

抓取物体时：对软体手指的大腔室充气，大气囊发生膨胀而相互挤压，使软体手指向内侧弯曲；对小腔室抽气，小气囊发生贴合，增加软体手指的弯曲程度，完成对物体的抓取；

释放物体时：对软体手指的大腔室抽气，大气囊发生贴合，使软体手指向外侧弯曲；对小腔室充气，小气囊发生膨胀并相互挤压，增加软体手指向外侧张开的程度，完成对物体释放。

进一步地，对小腔室分别输入20kPa、30kPa和40kPa气压时，软体手指均向外侧张开。

进一步地，对小腔室的输入气压值越大，软体手指向外侧张开的幅度越大。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，包括手指支撑架和若干根软体手指，软体手指通过一个手指连接件固定在对应一侧的支撑架伸长端下方，再对手指支撑架上的支撑架伸长端上安装导槽，可以让手指连接件在导槽中来回平移，能单独控制软体手指在支撑架伸长端的位置，从而调节软体手指之间的间距，以适应不同的抓取对象，使软体手指达到最佳的抓取位置；通过在软体手指上设有波纹状的大腔室和小腔室，再对大腔室和小腔室的大气囊和小气囊充气和抽气，可以在抓取物体时增大抓取力，使软体手爪在抓取物体的过程中不容易脱落，实现对物品抓取和释放的同时增强软体手指向外侧张开的程度，以适应不同尺寸的抓取对象。本发明提供的可变抓取范围的气动软体夹持手，通过调节软体手指在导槽上的位置，实现软体手指向外侧张开的程度，以适应不同的抓取对象，再结合大腔室和小腔室的大气囊和小气囊气压大小实现对物体的抓取和释放。

进一步地，大腔室和小腔室各设有一个进气口，且大腔室和小腔室各由一个气源单独控制，这样可以在对大腔室充气的同时实现对小腔室的抽气，实现对物体的抓取，而且增大了软体手指的弯曲程度，使夹持手在抓取物体时更具有稳定性，抓取物体更牢靠。

进一步地，手指连接件和支撑架伸长端通过螺栓固定连接，手指连接件和软体手指通过螺丝固定连接，可以通过螺栓来调节手指连接件在伸长端的位置，进而调节软体手指之间的间距，改变抓取范围，以适应不同尺寸的抓取对象。

进一步地，所述的软体手指通过光固化打印技术和柔性材料制造而成，能保证软体手指在抓取物体的过程中减少对物体的损伤程度。

进一步地，大腔室由12个大气囊构成，小腔室由9个小气囊构成，这样设置大气囊和小气囊的数量既可以增强手指向外侧张开的幅度，也可以增大夹持手抓取物体时的抓取力。

进一步地，软体手指有四根，均布在手指支撑架的四周，这样设置可以在抓取过程中使软体手指与物体充分接触，不易使物体脱落，保证抓取效果稳定可靠。

本发明还公开了一种可变抓取范围的气动软体夹持手的使用方法，该方法通过对软体手指的大气囊内部抽气，对小气囊内部充气，从而大气囊发生贴合，使软体手指向外侧张开，小气囊发生膨胀并相互挤压，进一步增强软体手指向外侧张开的程度，实现夹持手对物体的释放；通过对软体手指的大气囊内部充气，对小气囊内部抽气，大气囊发生膨胀而相互挤压，使软体手指向内侧弯曲，小气囊发生贴合，增强软体手指的弯曲程度，实现夹持手对物体的抓取。

进一步地，对小腔室分别输入20kPa、30kPa和40kPa气压时，软体手指随着气压越大，张开幅度也越大。

附图说明

图1是本发明的可变抓取范围的气动软体夹持手的结构示意图；

图2是本发明的可变抓取范围的气动软体夹持手的软体手指内部结构剖视图；

图3是小腔室在20kPa气压作用下，软体手指的变形仿真图；

图4是小腔室在30kPa气压作用下，软体手指的变形仿真图；

图5是小腔室在40kPa气压作用下，软体手指的变形仿真图。

其中：1-手指支撑架；2-螺栓；3-手指连接件；4-螺丝；5-软体手指；6-大腔室；7-小腔室；8-导槽；9-进气口；10-大气囊；11-小气囊；12-支撑架伸长端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参照图1-图2，本发明提供的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，包括：手指支撑架1和软体手指5。所述手指支撑架1上的支撑架伸长端12两侧分别有一条导槽8；所述手指连接件3用于连接手指支撑架1和软体手指5；所述软体手指5通过螺纹4固定在手指连接件3上；软体手指5由大腔室6和小腔室7构成，大腔室6由均匀排布的大气囊10构成，小腔室7由均匀排布的小气囊11构成，大腔室6和小腔室7之间互不相通，都有一个进气口9。

如图1和图2所示，一种可变抓取范围的气动软体夹持手的整体结构，包括：手指支撑架1和若干个软体手指5。手指支撑架1上的支撑架伸长端12可安装软体手指5，每一个支撑架伸长端12的两侧各分别有一条导槽8，用于调整软体手指5的位置。手指连接件3通过螺栓2固定在支撑架1的伸长端上，可以通过螺栓2来调节手指连接件3在伸长端的位置，进而调节软体手指5之间的间距，以适应不同尺寸的抓取对象。软体手指5通过螺纹4固定在手指连接件3上。本实例中的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，具有四根软体手指5，分别连接在手指支撑架1的支撑架伸长端12上。软体手指5由大腔室6和小腔室7组成，呈波纹管状，且两个腔室之间互不相通，每个腔室都有一个进气口9，大腔室6由12个大气囊10构成，小腔室7由9个小气囊11构成。当对大腔室6抽气时，大气囊10会发生贴合，使软体手指5向外侧弯曲，同时，对小腔室7充气，小气囊11会发生膨胀并相互挤压，实现对物品释放的同时可以进一步增强软体手指5向外侧张开的程度，由此可以通过调节小腔室7的气压来控制软体手指5的张开范围，以适应不同尺寸的抓取对象。同理，当对大腔室6充气时，大气囊10会发生膨胀并相互挤压，使软体手指5向内侧弯曲，实现对物品的抓取，同时，对小腔室7抽气，小气囊11会发生贴合，进一步增强软体手指5向内侧的弯曲程度，从而增强抓取力度，使抓取更牢靠。

如图3-图5所示，对软体手指采用有限元软件进行仿真建模，研究小腔室7对软体手指5向外张开幅度的影响。

如图3所示，对小腔室7输入20kPa气压时，软体手指向外侧张开的程度；如图4所示，对小腔室7输入30kPa气压时，软体手指向外侧张开的程度；如图5所示，对小腔室7输入40kPa气压时，软体手指向外侧张开的程度；

仿真结果显示，小腔室7输入的气压值越大，软体手指5向外侧张开的幅度越大。由此可知，对小腔室施加不同的气压值，可以加大软体手指向外侧张开的幅度，有助于针对不同尺寸范围的对象进行有效抓取。

本发明提供的一种实现上述可变抓取范围的气动软体夹持手的方法，包括以下步骤：

步骤一：调松固定手指连接件3的螺栓2，进而调节软体手指5之间的间距，使软体手指5达到最佳的抓取位置；

步骤二：向四只软体手指5的大腔室6抽气，使软体手指5向外侧张开，同时，向小腔室7充气，进一步调节软体手指5张开的幅度，以适应不同尺寸的抓取对象，最终控制软体手指5张开到预抓取动作的位置；

步骤三：在软体手指5张开到预抓取动作位置后，向四只软体手指5的大腔室6充气，使软体手指5向内侧弯曲，同时，向小腔室7抽气，进一步增强软体手指5向内侧弯曲的程度，从而增强抓取力度，使抓取更牢靠，最终完成对物品的抓取；

步骤四：循环往复，完成对不同尺寸物品的抓取和释放。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，包括手指支撑架(1)和若干根软体手指(5)，每根软体手指(5)通过一个手指连接件(3)固定在对应一侧的手指支撑架(1)的支撑架伸长端(12)下方，在所述支撑架伸长端(12)上开设有导槽(8)，手指连接件(3)能够在导槽(8)中平移；

所述的软体手指(5)由大腔室(6)和小腔室(7)构成，且大腔室(6)和小腔室(7)之间互不相通；

所述大腔室(6)是由若干个均匀排布的大气囊(10)构成的波纹状腔体；

所述小腔室(7)是由若干个均匀排布的小气囊(11)构成的波纹状腔体。

2.根据权利要求1所述的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，所述大腔室(6)和小腔室(7)各设有一个进气口(9)，且大腔室(6)和小腔室(7)各由一个气源单独控制。

3.根据权利要求1所述的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，手指连接件(3)和支撑架伸长端(13)通过螺栓(2)固定连接，手指连接件(3)和软体手指(5)通过螺丝(4)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，软体手指(5)通过光固化3D打印技术和柔性材料制造而成。

5.根据权利要求1所述的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，大腔室(6)由12个大气囊(10)构成，小腔室(7)由9个小气囊(11)构成。

6.根据权利要求1所述的一种可变抓取范围的气动软体夹持手，其特征在于，软体手指(5)有四根，均布在手指支撑架(1)四周。

7.权利要求1～6中任意一项所述的可变抓取范围的气动软体夹持手的使用方法，其特征在于，包括：

抓取物体前：通过调整手指连接件(3)在导槽(8)中的位置，进而调整软体手指(5)之间的距离，对软体手指(5)的大腔室(6)抽气，大气囊(10)发生贴合，使软体手指(5)向外侧张开；对小腔室(7)充气，小气囊(11)发生膨胀并相互挤压，增加软体手指(5)向外侧张开的程度，控制软体手指(5)张开到抓取物体上方；

抓取物体时：对软体手指(5)的大腔室(6)充气，大气囊(10)发生膨胀而相互挤压，使软体手指(5)向内侧弯曲；对小腔室(7)抽气，小气囊(11)发生贴合，增加软体手指(5)的弯曲程度，完成对物体的抓取；

释放物体时：对软体手指(5)的大腔室(6)抽气，大气囊(10)发生贴合，使软体手指(5)向外侧弯曲；对小腔室(7)充气，小气囊(11)发生膨胀并相互挤压，增加软体手指(5)向外侧张开的程度，完成对物体释放。

8.根据权利要求7所述的可变抓取范围的气动软体夹持手的使用方法，其特征在于，对小腔室(7)分别输入20kPa、30kPa和40kPa气压时，软体手指(5)均向外侧张开。

9.根据权利要求7所述的可变抓取范围的气动软体夹持手的使用方法，其特征在于，对小腔室(7)的输入气压值越大，软体手指(5)向外侧张开的幅度越大。

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