CN113427517A - 适于自稳定特征的节能软体抓手 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适于自稳定特征的节能软体抓手，包括基座以及安装于基座上呈周向分布的若干个竖向延伸的抓手，所述抓手包括由柔性材料制成的抓手手指以及安装于抓手手指上用于驱动抓手手指下端向内弯曲的驱动件，所述抓手手指内沿径向方向排列设有竖向延伸并密封的内气室和外气室，所述内气室位于外气室的径向内侧，所述抓手手指上设有用于向内气室或外气室充气的充气接头，所述内气室和外气室之间通过控制件连接以控制两个气室的连通与否。本发明中通过软性抓手手指并结合两个气室，可驱动抓手手指弯曲形成围抱状的抓持状态使得抓手手指在一定弯曲角度下保持自身平衡状态，实现自稳定保持抓取姿态，显著提高能量利用效率。

Description

适于自稳定特征的节能软体抓手
技术领域
本发明涉及零部件修复技术领域，特别涉及一种适于自稳定特征的节能软体抓手。
背景技术
对于复杂形状或者脆性较大的零部件的抓取，通常采用软体抓手抓取，现有的软体抓手在抓取物体和保持抓取姿态过程中均需要持续的能量输入以保持恒定的抓取姿态，能量利用效率较低。
因此，为解决以上问题，需要一种适于自稳定特征的节能软体抓手，该抓手能够在保持抓取姿态时不需要任何的能量输入，实现自稳定保持抓取姿态，显著提高能量利用效率。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适于自稳定特征的节能软体抓手，该抓手能够在保持抓取姿态时不需要任何的能量输入，实现自稳定保持抓取姿态，显著提高能量利用效率。
本发明的适于自稳定特征的节能软体抓手，包括基座以及安装于基座上呈周向分布的若干个竖向延伸的抓手，所述抓手包括由柔性材料制成的抓手手指以及安装于抓手手指上用于驱动抓手手指下端向内弯曲的驱动件，所述抓手手指内沿径向方向排列设有竖向延伸并密封的内气室和外气室，所述内气室位于外气室的径向内侧，所述抓手手指上设有用于向内气室或外气室充气的充气接头，所述内气室和外气室之间通过控制件连接以控制两个气室的通断。
进一步，所述内气室中填充有干扰颗粒。
进一步，所述内气室和外气室之间设置有限制层，所述限制层具有不可拉伸特性以限制抓手手指充气时的竖向伸长量。
进一步，所述抓手手指内置有增强纤维，所述增强纤维呈周向缠绕状以限制抓手手指充气时的周向膨胀量。
进一步，所述驱动件为拉线，所述抓手手指内侧面凸出有若干个竖向排列的拉线导轨，所述拉线导轨上竖向开设有供拉线穿过的拉线孔，所述拉线下端与最下方的拉线导轨连接、上端与驱动外设连接。
进一步，所述内气室和外气室上端开口，所述内气室和外气室的开口端密封盖有密封盖，所述抓手手指的上端通过抱箍紧固。
进一步，所述抓手手指底部连接有硬质垫片，所述拉线下端穿过最下方的拉线导轨后与硬质垫片连接。
进一步，所述基座上具有周向分布的若干个安装臂，所述抱箍固定连接于安装臂上。
进一步，所述内气室高度与外气室高度等高。
进一步，所述内气室体积小于外气室体积。
本发明的有益效果：
本发明中通过柔性抓手手指并结合两个气室，可驱动抓手手指弯曲形成围抱状的抓持状态，并且通过控制两个气室的通断进而使得抓手手指具有较小的回弹角，同时回弹使得抓手手指内外气室产生一定压强差，而内气室与外气室的压强差会进一步挤压颗粒，增加颗粒与内气室的摩擦力，颗粒摩擦力力矩/空气压强差产生的力矩在抓手手指回弹一定角度后与抓手手指柔性材料内部拉伸产生的力矩达到力矩平衡状态，使得抓手手指在一定弯曲角度下保持自身平衡状态，保持抓持姿态恒定过程中，不需要任何的能量输入，实现自稳定保持抓取姿态，显著提高能量利用效率；并且通过在内气室中填充干扰颗粒形成阻止抓手手指回弹的摩擦力矩，利于减小抓手手指的回弹角，使得抓手手指保持良好的抓持特性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为抓手手指结构示意图；
图3为抓手手指剖视结构示意图；
具体实施方式
如图所示：本实施例的适于自稳定特征的节能软体抓手，包括基座10以及安装于基座上呈周向分布的若干个竖向延伸的抓手20，所述抓手包括由柔性材料制成的抓手手指21以及安装于抓手手指上用于驱动抓手手指下端向内弯曲的驱动件22，所述抓手手指内沿径向方向排列设有竖向延伸并密封的内气室23和外气室24，所述内气室位于外气室的径向内侧，所述抓手手指上设有用于向内气室或外气室充气的充气接头25a，所述内气室和外气室之间通过控制件连接以控制两个气室的通断。
此处的径向方向以各个抓手手指围绕形成的中心轴线作为参考，抓手手指采用硅胶或者与硅胶弹性特征相近的其他现有材料，驱动件可采用拉线或者其他现有的驱动结构以驱动抓手手指向内弯曲形成围抱抓取状；结合图1所示，在抓手手指上设置有与内气室连通的气口Ⅰ25b和与外气室连通的气口Ⅱ25c，其中气口Ⅰ25b与气口Ⅱ25c通过控制件连通，控制件可以为阀门，通过阀门的启闭控制内气室和外气室的通断；本实施例中，充气接头25a与外气室连通，充气接头通过单向阀与气泵或者空气压缩机出气口连接；
在抓持物件前，通过充气接头向外气室充气，预加载一定压强的气体，此时通过控制件使得内气室和外气室连通，两个腔室的压强相同。在抓持物件时，通过驱动件22驱动抓手手指向内侧弯曲，在弯曲过程中内气室被压缩，体积减小，外气室被拉伸，体积增大，由于两个腔室连通，故在弯曲的过程中内气室中的气体会被压入外气室中，这种自泵效应会加速抓手手指的弯曲过程，可减小驱动件所需的驱动力；当各个抓手手指向内弯曲围抱形成抓持状态抓紧物体时，通过控制件使得内气室和外气室断开连通，并释放驱动件22的驱动力，此时抓手手指处于自由状态，抓手手指由于柔性弹性材料本身的回弹特性会发生少许回弹复位，在回弹过程中内气室体积增大，其压强减小，外气室体积减小，其压强增大，两个气室产生一定的压强差，空气压强差产生的力矩在抓手手指器回弹一定角度后与抓手手指回弹力矩抵消达到力矩平衡状态；这就使得抓手手指在一定弯曲角度下保持自身平衡状态，该状态即为抓手手指的最终抓持状态，在保持抓持姿态恒定过程中，不需要任何的能量输入，实现自稳定保持抓取姿态，显著提高能量利用效率。
本实施例中，所述内气室中填充有干扰颗粒26。干扰颗粒可以为橡胶颗粒、塑胶颗粒或pvc颗粒等颗粒，干扰颗粒的填充量应大致填充满内气室，并为内气室的体积变化预留一定的空间；当抓持物件时，
抓手手指回弹导致两气室体积变化，进而两气室压强变化，由于两气室压强差的存在，使得原本自由排列的干扰颗粒间隙变小，相互之间挤压，产生摩擦力，干扰颗粒与内气室内壁也产生摩擦力，使得干扰颗粒紧密排列；当气压差产生的力矩和颗粒摩擦产生的力矩与抓手手指柔性材料内部拉伸产生的力矩达到力矩平衡状态时，抓手手指停止回弹，通过干扰颗粒的设置利于减小抓手手指的回弹角，使得抓手手指保持良好的抓持特性；另外通过控制预充入的初始压强并结合干扰颗粒的作用，可综合的控制抓手手指的回弹角度，以使得抓手手指回弹角度达到最优值。
本实施例中，所述内气室和外气室之间设置有限制层27，所述限制层具有不可拉伸特性以限制抓手手指充气时的竖向伸长量。此处的不可拉伸特性是相对柔性抓手手指而言，不可拉伸特性并不代表绝对意义上的不可拉伸形变，其实质指的是限制层的拉伸弹性形变能力小于或远小于抓手手指的拉伸弹性形变能力，进而通过限制层控制充气过程中抓手手指的竖向伸长量；本实施例中限制层采用聚乙烯布，当然也可以采用其他特征与此材料相近的材料。由于限制层的存在，在气室中充气过程中，可使得抓手手指保持竖直状态，并且使得抓手手指长度保持大致恒定，利于对抓手手指弯曲和回弹的精确控制。
本实施例中，所述抓手手指内置有增强纤维28，所述增强纤维呈周向缠绕状以限制抓手手指充气时的周向膨胀量。本实施例中，增强纤维采用钓鱼线，然增强纤维也可以采用其特征相似的细线材料，本实施例中抓手手指本身采用硅胶浇注形成，首先浇注抓手手指内层，并在该内层外表面留设螺旋形凹槽，将相应的增强纤维缠绕于相应的凹槽内后，浇注外层，使得增强纤维内置于抓手手指内，增强纤维采用双螺旋反向缠绕的方式，其缠绕角度大于55°44＇，以保证增强纤维对软体材料径向形变良好的限制，利于抓手手指的弯曲控制，以实现良好的抓持性能。
本实施例中，所述驱动件22为拉线，所述抓手手指内侧面凸出有若干个竖向排列的拉线导轨29，所述拉线导轨上竖向开设有供拉线穿过的拉线孔，所述拉线下端与最下方的拉线导轨连接、上端与驱动外设连接。该驱动外设可以为液压缸或者电机，驱动外设通过直线拉紧或者缠绕的方式拉紧拉线，进而对抓手手指内侧施加作用力，使得抓手手指向内侧弯曲形变形成围抱抓持状。
本实施例中，所述内气室23和外气室24上端开口，所述内气室23和外气室24的开口端密封盖有密封盖，所述抓手手指的上端通过抱箍31紧固。结合图2和图3所示，充气接头25a、气口Ⅰ25b以及气口Ⅱ25c均设置于密封盖上，其中充气接头25a和气口Ⅱ25c与外气室连通，气口Ⅰ25b与内气室连通，其中抱箍为两半式U形抱箍，通过抱箍箍紧抓手手指的上端保证气室上端的可靠密封，提高气室的气密性。
本实施例中，所述抓手手指底部连接有硬质垫片32，所述拉线下端穿过最下方的拉线导轨后与硬质垫片连接。硬质垫片以及抱箍由PLA材料通过3D打印制成，当然硬质垫片以及抱箍也可采用金属或者其他硬质材料，硬质垫片的设置利于减小拉线拉力作用于抓手手指底部的压强，防止拉线损伤抓手手指。
本实施例中，所述基座10上具有周向分布的若干个安装臂11，所述抱箍固定连接于安装臂上。结合图1所示，基座上中心对称分布有三个水平的安装臂，每个安装臂上相应的安装有一个抓手手指，该结构利于抓手手指的安装。
本实施例中，所述内气室高度与外气室高度等高。两个气室等高，利于提高抓手手指受力的均匀性，进而保证抓手手指在形变和回弹过程中均匀形变，并使得形变可控。
本实施例中，所述内气室体积小于外气室体积。结合图3所示，内气室径向的宽度小于外气室的径向宽度，内气室和外气室的垂直于纸面的深度相同，使得内气室的体积较小，在保证回弹可靠的前提下，减少干扰颗粒的填充量，进而实现抓手手指的轻量化设计。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：包括基座以及安装于基座上呈周向分布的若干个竖向延伸的抓手，所述抓手包括由柔性材料制成的抓手手指以及安装于抓手手指上用于驱动抓手手指下端向内弯曲的驱动件，所述抓手手指内沿径向方向排列设有竖向延伸并密封的内气室和外气室，所述内气室位于外气室的径向内侧，所述抓手手指上设有用于向内气室或外气室充气的充气接头，所述内气室和外气室之间通过控制件连接以控制两个气室的通断。
2.根据权利要求1所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述内气室中填充有干扰颗粒。
3.根据权利要求1所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述内气室和外气室之间设置有限制层，所述限制层具有不可拉伸特性以限制抓手手指充气时的竖向伸长量。
4.根据权利要求3所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述抓手手指内置有增强纤维，所述增强纤维呈周向缠绕状以限制抓手手指充气时的周向膨胀量。
5.根据权利要求1所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述驱动件为拉线，所述抓手手指内侧面凸出有若干个竖向排列的拉线导轨，所述拉线导轨上竖向开设有供拉线穿过的拉线孔，所述拉线下端与最下方的拉线导轨连接、上端与驱动外设连接。
6.根据权利要求1述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述内气室和外气室上端开口，所述内气室和外气室的开口端密封盖有密封盖，所述抓手手指的上端通过抱箍紧固。
7.根据权利要求5所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述抓手手指底部连接有硬质垫片，所述拉线下端穿过最下方的拉线导轨后与硬质垫片连接。
8.根据权利要求6所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述基座上具有周向分布的若干个安装臂，所述抱箍固定连接于安装臂上。
9.根据权利要求2所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述内气室高度与外气室高度等高。
10.根据权利要求9所述的适于自稳定特征的节能软体抓手，其特征在于：所述内气室体积小于外气室体积。
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