CN113172653B - 柔性夹爪及自动化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性夹爪及自动化设备。柔性夹爪包括：壳体，其包括侧壁和端壁，侧壁包括相对设置的第一和第二端，端壁连在侧壁的第一端，侧壁和端壁围构成第一内腔；多个气囊，多个气囊沿第一内腔的周向分布在侧壁上以围构成第二内腔；伸缩组件，其设置在第二内腔中，伸缩组件的一端与壳体的端壁连接，伸缩组件的另一端朝向侧壁的第二端延伸；底板，底板与侧壁的第二端弹性连接，底板上设有用于供工件穿入第二内腔的第一通孔；气阀组件，气阀组件的一端与气源连通，气阀组件的另一端能与多个气囊均连通，气阀组件用于调节气源对多个气囊的充气量，以使得多个气囊的充气量相等或不相等。本方案可以提高夹爪夹持工件的自由度。

Description

柔性夹爪及自动化设备

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体的是一种柔性夹爪及自动化设备。

背景技术

目前，自动化生产线上使用的机械手大多为传统的手指型机械手。手指型机械手通常适用于形状较为规则的工件，且由于手指型机械手的自由度不够，当工件需要以特定角度安装时，手指型机械手很难对抓取后的工件进行一定角度的转动以实现工件的安装，从而导致了手指型机械手在对产品进行组装时具有一定的局限性。

另外，传统的机械手在对工件进行夹持时，抓取的角度需要较高的精度，如果待夹持的工件属于极端的异形状或易碎物，必要时，还需要使用视觉识别系统来辅助判断夹持的角度是否正确，这会导致控制系统的计算处理量非常大。

综上所述，传统机械手若要实现足够的自由度和高精度角度抓取，则自动化设备的整体结构通常较为复杂和高成本。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种柔性夹爪及自动化设备，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种柔性夹爪，包括：

壳体，所述壳体包括侧壁和端壁，所述侧壁包括相对设置的第一端和第二端，所述端壁连接在所述侧壁的第一端，所述侧壁和所述端壁围构成第一内腔；

多个气囊，多个所述气囊设置在所述第一内腔中，且多个所述气囊沿所述第一内腔的周向分布在所述侧壁上以围构成第二内腔；

伸缩组件，其设置在所述第二内腔中，所述伸缩组件的一端与所述壳体的端壁连接，所述伸缩组件的另一端朝向所述侧壁的第二端延伸；

底板，所述底板与所述侧壁的第二端弹性连接，所述底板上设有用于供工件穿入所述第二内腔的第一通孔；

气阀组件，所述气阀组件的一端与气源连通，所述气阀组件的另一端能与多个所述气囊均连通，所述气阀组件用于调节所述气源对多个所述气囊的充气量，以使得多个所述气囊的充气量相等或不相等。

具体地，所述气阀组件包括：

分流管，其包括相互连通的第三内腔和第四内腔，所述第三内腔被分成多个互不连通的第一通道，多个所述第一通道与多个所述气囊一一连通，所述第四内腔的侧壁上设有多个沿周向分布的凸起部，多个所述凸起部围构成第五内腔；

定子，其包括多个线圈，多个所述线圈沿所述分流管的周向分布于所述分流管外以与多个所述第一通道一一对应；

转子安装座，其包括沿所述分流管的轴向依次设置的第一连接板、第二连接板和第三连接板，所述第一连接板与所述分流管固定连接，所述第二连接板通过第一弹簧与所述第一连接板连接且位于所述第五内腔中，所述第三连接板通过中心轴连接在所述第二连接板上且位于所述第五内腔中，所述第一连接板上设有供所述第五内腔与所述气源连通的第二通道，所述第三连接板上设有多个第二通孔，多个所述第二通孔能与多个所述第一通道一一对应；

转子，其套设在所述中心轴上，所述转子设有一个第三通孔；

当多个所述线圈均不通电时，所述第三连接板不与任一所述第一通道的端部接触，当任一所述线圈通电时，所述第三连接板抵接在多个所述第一通道的端部，且所述转子转动至所述第三通孔与相应的所述第二通孔对应。

具体地，所述柔性夹爪还包括分流嘴，所述分流嘴上设有沿周向分布的多个出气管，多个所述出气管与多个所述气囊一一对应，所述分流嘴的一端固定连接在所述壳体的端壁上，所述分流嘴的另一端与所述分流管连通。

具体地，任一所述气囊设有进气管，所述气囊通过所述进气管与所述分流嘴上相应的所述出气管连通。

具体地，多个所述出气管设置在所述壳体的外侧，多个所述进气管贯穿所述壳体的端壁以与相应的所述出气管连通。

具体地，所述伸缩组件包括第一空心杆、第二空心杆和第二弹簧，所述第一空心杆的一端与所述壳体的端壁连接，所述第二空心杆套接在所述第一空心杆内，所述第一空心杆的另一端能对所述第二空心杆进行限位，所述第二弹簧设置在所述第一空心杆和所述第二空心杆的内部，所述第二空心杆通过所述第二弹簧与所述第一空心杆或所述壳体的端壁弹性连接。

具体地，所述柔性夹爪还包括多个辅助爪，多个所述辅助爪与多个所述气囊一一对应，任一所述辅助爪的一端与一个所述气囊固定连接，任一所述辅助爪的另一端与所述底板能转动地连接。

具体地，所述气囊朝向所述第二内腔的一侧设有多个摩擦纹，多个所述摩擦纹沿所述第二内腔的轴线方向分布。

具体地，所述气囊包括相互连通的第一段和第二段，所述第一段沿所述第二内腔的轴线方向延伸且与所述进气管连通，所述第二段沿所述第二内腔的径向延伸。

本申请实施例还公开了：一种自动化设备，其包括如本实施例所述的柔性夹爪。

本发明至少具有如下有益效果：

1.本发明的柔性夹爪通过多个相对独立的气囊对工件进行夹持，并通过不同气囊之间具有不同充气量的方式实现工件在夹爪内的一定角度的转动，克服了传统手指型机械手夹持工件自由度低的问题。

2.本发明的柔性夹爪，其上的多个气囊沿周向分布，可以从各个方向对工件均匀施力，因此，在夹持异形工件或易碎工件时，可以以任意角度对工件进行夹持，降低了夹持角度的精度需求，有利于节省设备成本、简化设备的动作。

3.与传统的采用多个气管对不同气囊的充气量进行控制的方式相比，本发明气阀组件的结构巧妙紧凑，体积较小，可以避免多个气管同时布置时的多个气泵和多个电机的需求。换句话说，采用本方案的气阀组件，可以只通过一个气泵和一个电机便可实现多个气囊之间充气量的共同控制和单独控制，有利于节约夹爪的体积、设备的成本。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

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获得其他的附图。

图1是本发明实施例中柔性夹爪第一个视角的结构示意图；

图2是本发明实施例中柔性夹爪第二个视角的结构示意图；

图3是本发明实施例中柔性夹爪的剖视图；

图4是本发明实施例中气阀组件的剖视图；

图5是本发明实施例中第一通道的结构示意图；

图6是本发明实施例中定子与分流管连接的结构示意图；

图7是本发明实施例中第一连接板、第二连接板和第三连接板的连接关系示意图；

图8是本发明实施例中转子的结构示意图；

图9是本发明实施例中气囊与分流嘴的连接关系示意图。

以上附图的附图标记：11、侧壁；12、端壁；21、进气管；22、第一段；23、第二段；31、第一空心杆；32、第二空心杆；321、内凹壁面；33、第二弹簧；34、连接杆；4、底板；51、分流管；511、第一通道；512、凸起部；52、线圈；53、第一连接板；531、第二通道；54、第二连接板；55、第三连接板；551、第二通孔；56、第一弹簧；57、中心轴；58、转子；581、盖板；582、第三通孔；59、上壳；6、分流嘴；61、出气管；7、辅助爪；8、连接件。

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。

结合图1至图3所示，本实施例的柔性夹爪包括壳体、多个气囊、伸缩组件、底板4以及气阀组件。其中，壳体包括侧壁11和端壁12，侧壁11包括相对设置的第一端和第二端，端壁12连接在侧壁11的第一端上，侧壁11和端壁12之间围构成一个第一内腔。多个气囊设置在壳体的第一内腔中，且多个气囊沿第一内腔的周向分布在侧壁11上以围构成第二内腔，第二内腔的壁面由气囊构成，沿周向方向上，第二内腔的壁面可以不连续。较佳地，多个气囊沿第一内腔的周向均匀地分布，以提高工件受力的均匀性。伸缩组件设置在上述第二内腔中，也即是，伸缩组件被多个气囊包围，伸缩组件的一端与壳体的端壁12连接，伸缩组件的另一端朝向壳体侧壁11的第二端延伸，换句话说，伸缩组件的长度方向大体上与第一内腔、第二内腔的长度方向相同。底板4与壳体侧壁11的第二端弹性连接，底板4上设有用于供工件穿入第二内腔中的第一通孔。气阀组件的一端与气源连通，另一端能与多个气囊均连通，气阀组件用于调节气源对多个气囊的充气量，以使得多个气囊的充气量相等或不相等。

上述结构中，多个气囊用于将伸入第二内腔中的工件夹持住；伸缩组件可以避免工件(尤其是体积较小的工件)被气囊挤出第二内腔外，具体来说，当工件伸入第二内腔中时，伸缩组件沿朝向壳体端壁12的方向收缩以为工件提供空间，当气囊充气时，气囊能沿第二内腔的径向膨胀，气囊靠近壳体侧壁11第二端的部分对工件施加压力，而由于伸缩组件的存在，气囊靠近壳体侧壁11第一端的部分可以通过对伸缩组件施加压力而非对工件施加压力的方式，避免将工件挤压出第二内腔外。

上述结构的柔性夹爪的工作原理为：首先，柔性夹爪通过多个气囊围构成的第二内腔包裹工件，此时，伸缩组件朝向壳体端壁12的方向收缩；接着；通过控制气阀组件，对多个气囊同时施加等量的气体，以使得工件得到初步定位和夹持，此时，由于各个气囊内的气体量大体一致，底板4受到各个气囊的压力也大体一致；接着，根据工件所要求的安装角度，调节气阀组件以对相应的气囊充入更多的气体，如此，底板4各处受到气囊的压力不同，由于底板4与壳体是弹性连接，因此，底板4可以产生倾斜，而工件也会相应地发生倾斜，从而实现工件角度的变化；当工件安装完成后，只需对气囊进行抽气即可，待气囊放气结束，与壳体弹性连接的底板4可以复位。

具体地，结合图4至图8所示，本实施例的气阀组件可以包括：分流管51、定子、转子58安装座以及转子58。其中，分流管51包括相互连通的第三内腔和第四内腔，第三内腔被分成多个互不连通的第一通道511，多个第一通道511与多个气囊一一连通，第四内腔的内壁上设有多个沿周向分布的凸起部512，多个凸起部512围构成第五内腔。较佳地，第一通道511的截面呈扇形，也即，第一通道511可以是扇形通道，多个凸起部512沿第四内腔的周向均匀地分布，相邻两个凸起部512之间形成用于供气体流通的通道，也就是说，第五内腔的壁面沿周向不连续，以便气体的流通。定子套设在分流管51外，定子包括多个线圈52，线圈52的数量与气囊的数量相同，多个线圈52沿分流管51的周向分布于分流管51外侧以与多个第一通道511一一对应。转子58安装座包括沿分流管51的轴向依次设置的第一连接板53、第二连接板54和第三连接板55，第一连接板53与分流管51固定连接，第二连接板54通过第一弹簧56与第一连接板53连接，第三连接板55通过中心轴57与第二连接板54连接，第二连接板54和第三连接板55均位于第五内腔中，且能沿着第五内腔的轴向往复运动。第一连接板53上设有供第五内腔(或第四内腔)与气源连通的第二通道531，第三连接板55上设有多个第二通孔551，多个第二通孔551能与多个第一通道511一一对应，较佳地，第二通孔551与第一通道511的截面相仿。转子58套设在转子58安装座的中心轴57上，转子58位于第二连接板54和第三连接板55之间，转子58设有一个用于与第三连接板55相抵的盖板581，该盖板581上设有一个第三通孔582，当转子58与第三连接板55相抵时，第三连接板55上只有一个第二通孔551能通过第三通孔582与第五内腔连通，其余的第二通孔551均被盖板581遮挡。

采用上述方案，定子可以通过导线与电源连接，当所有的线圈52均不通电时，第三连接板55在第一弹簧56的牵引下不与分流管51的多个第一通道511的端部接触，此时，自第四内腔和第五内腔流入的气体可以经过两个凸起部512之间的缝隙均匀流入第三连接板55与第一通道511的端部之间的缝隙，进而流入多个第一通道511内，如此，各个第一通道511流入的气体量大体上一致；当其中一个线圈52通电时，转子58在通电线圈52的吸引下向下(朝向第一通道511的端部方向)运动，以使得第三连接板55与所有第一通道511的端部相抵，且转子58转动至第三通孔582与该通电的线圈52所对应的第一通道511(也即第二通孔551)对齐的位置，如此，自第四内腔和第五内腔流入的气体无法通过第三连接板55和第一通道511之间的间隙(此时，二者之间已经没有间隙)流入各个第一通道511中，气体只能通过第三通孔582流入与之对齐的第一通道511中，从而实现对应气囊的气压增加，以使得对应气囊的气压大于其他气囊的气压。

进一步的，继续参照图4和图7所示，本实施例的气阀组件还可以包括套设在分流管51外用于容纳转子58安装座的上壳59，上壳59还可以设有一个进气通道，气源的气体从该进气通道流入后再经过第一连接板53上的第二通道531进入第四内腔和第五内腔中。采用上述方案，上壳59及其进气通道有利于提高气阀组件与气源连接的气密性。

具体地，如图1和图9所示，本实施例的柔性夹爪还可以包括用于与分流管51连通的分流嘴6，该分流嘴6上设有沿周向分布的多个出气管61，多个出气管61与多个气囊一一对应。分流嘴6的一端固定连接在壳体的端壁12上，分流嘴6的另一端与分流管51连通。进一步的，任一气囊均设有进气管21，气囊通过进气管21与分流嘴6上相应的出气管61连通。具体来说，分流嘴6设置在壳体的外侧，多个出气管61设置在壳体的外侧，气囊的进气管21贯穿壳体的端壁12以与相应的出气管61连通。

具体地，如图3所示，本实施例的伸缩组件可以包括第一空心杆31、第二空心杆32和第二弹簧33。第一空心杆31的一端与壳体的端壁12连接，第二空心杆32套接在第一空心杆31内，第一空心杆31的另一端能对第二空心杆32进行限位，避免第二空心杆32在伸长时完全脱离第一空心杆31。第二弹簧33设置在第一空心杆31和第二空心杆32的内部，第二空心杆32通过第二弹簧33与第一空心杆31或壳体的端壁12弹性连接。进一步的，第一空心杆31和第二空心杆32之间还可以设置一个或多个也呈空心结构的连接杆34，如此，有利于调节伸缩组件的伸缩量。第二空心杆32朝向工件的一端具有一个内凹壁面321，该内凹壁面321朝向第一空心杆31的一侧可以用于与第二弹簧33相抵，该内凹壁面321朝向工件的一侧可以在工件转动时对工件进行避让，避免工件与第二空心杆32产生干涉。采用上述方案，当工件夹持动作结束后，伸缩组件的第二空心杆32在第二弹簧33的作用下可以实现自动复位。

具体地，如图2所示，本实施例的柔性夹爪还可以包括多个辅助爪7，多个辅助爪7与多个气囊一一对应。任一辅助爪7的一端与相应的气囊固定连接，该辅助爪7的另一端与底板4能转动地连接，如此，当气囊充气膨胀时，对应的辅助爪7在气囊膨胀的作用下沿朝向工件的方向转动以与工件相抵，当气囊被抽气后，对应的辅助爪7在气囊收缩的作用下沿朝向壳体侧壁11的方向转动以复位。采用上述方案，柔性夹爪可以通过多个辅助爪7对工件进行辅助定位，避免工件产生较大的轴向晃动。

具体地，本实施例的气囊，其朝向第二内腔的一侧设有多个摩擦纹(未图示)，多个摩擦纹沿第二内腔的轴线方向分布。采用上述方案摩擦纹可以提高气囊与工件之间的摩擦力，有利于提高气囊对工件夹持的稳定性。另外，由于摩擦纹的存在，气囊沿第二内腔径向方向膨胀时所需要的压力更大，因此，气囊更容易沿第二内腔的轴向膨胀，有利于底板4发生倾斜。

进一步地，如图3和图9所示，为了确保气囊沿第二内腔径向方向的膨胀量能够满足对工件的稳定夹持，气囊可以包括相互连通的第一段22和第二段23，其中，第一段22沿第二内腔的轴线方向延伸且与进气管21连通，第二段23沿第二内腔的径向延伸以便于夹持工件。

具体地，本实施例的壳体的端壁12上还可以设有一些安装孔，这些安装孔便于柔性夹爪与机器人等自动化设备的机械臂连接。例如，图1所示的一种连接件8，该连接件8可以供本实施例的柔性夹爪与具有UR5机械臂的机器人连接。

本实施例所述的自动化设备，其包括如本实施例所述的柔性夹爪。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种柔性夹爪，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括侧壁和端壁，所述侧壁包括相对设置的第一端和第二端，所述端壁连接在所述侧壁的第一端，所述侧壁和所述端壁围构成第一内腔；

多个气囊，多个所述气囊设置在所述第一内腔中，且多个所述气囊沿所述第一内腔的周向分布在所述侧壁上以围构成第二内腔；

伸缩组件，其设置在所述第二内腔中，所述伸缩组件的一端与所述壳体的端壁连接，所述伸缩组件的另一端朝向所述侧壁的第二端延伸；

底板，所述底板与所述侧壁的第二端弹性连接，所述底板上设有用于供工件穿入所述第二内腔的第一通孔；

气阀组件，所述气阀组件的一端与气源连通，所述气阀组件的另一端能与多个所述气囊均连通，所述气阀组件用于调节所述气源对多个所述气囊的充气量，以使得多个所述气囊的充气量相等或不相等；

分流嘴，其上设有沿周向分布的多个出气管，多个所述出气管与多个所述气囊一一对应，所述分流嘴的一端固定连接在所述壳体的端壁上，所述分流嘴的另一端与所述分流管连通；

所述气阀组件包括：

分流管，其包括相互连通的第三内腔和第四内腔，所述第三内腔被分成多个互不连通的第一通道，多个所述第一通道与多个所述气囊一一连通，所述第四内腔的侧壁上设有多个沿周向分布的凸起部，多个所述凸起部围构成第五内腔；

定子，其包括多个线圈，多个所述线圈沿所述分流管的周向分布于所述分流管外以与多个所述第一通道一一对应；

转子安装座，其包括沿所述分流管的轴向依次设置的第一连接板、第二连接板和第三连接板，所述第一连接板与所述分流管固定连接，所述第二连接板通过第一弹簧与所述第一连接板连接且位于所述第五内腔中，所述第三连接板通过中心轴连接在所述第二连接板上且位于所述第五内腔中，所述第一连接板上设有供所述第五内腔与所述气源连通的第二通道，所述第三连接板上设有多个第二通孔，多个所述第二通孔能与多个所述第一通道一一对应；

转子，其套设在所述中心轴上，所述转子设有一个第三通孔；

当多个所述线圈均不通电时，所述第三连接板不与任一所述第一通道的端部接触，当任一所述线圈通电时，所述第三连接板抵接在多个所述第一通道的端部，且所述转子转动至所述第三通孔与相应的所述第二通孔对应。

2.根据权利要求1所述的柔性夹爪，其特征在于，任一所述气囊设有进气管，所述气囊通过所述进气管与所述分流嘴上相应的所述出气管连通。

3.根据权利要求2所述的柔性夹爪，其特征在于，多个所述出气管设置在所述壳体的外侧，多个所述进气管贯穿所述壳体的端壁以与相应的所述出气管连通。

4.根据权利要求1所述的柔性夹爪，其特征在于，所述伸缩组件包括第一空心杆、第二空心杆和第二弹簧，所述第一空心杆的一端与所述壳体的端壁连接，所述第二空心杆套接在所述第一空心杆内，所述第一空心杆的另一端能对所述第二空心杆进行限位，所述第二弹簧设置在所述第一空心杆和所述第二空心杆的内部，所述第二空心杆通过所述第二弹簧与所述第一空心杆或所述壳体的端壁弹性连接。

5.根据权利要求1所述的柔性夹爪，其特征在于，所述柔性夹爪还包括多个辅助爪，多个所述辅助爪与多个所述气囊一一对应，任一所述辅助爪的一端与一个所述气囊固定连接，任一所述辅助爪的另一端与所述底板能转动地连接。

6.根据权利要求1所述的柔性夹爪，其特征在于，所述气囊朝向所述第二内腔的一侧设有多个摩擦纹，多个所述摩擦纹沿所述第二内腔的轴线方向分布。

7.根据权利要求2所述的柔性夹爪，其特征在于，所述气囊包括相互连通的第一段和第二段，所述第一段沿所述第二内腔的轴线方向延伸且与所述进气管连通，所述第二段沿所述第二内腔的径向延伸。

8.一种自动化设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的柔性夹爪。

Images