CN113478513A - 一种自适应可变刚度的柔性径向抓手及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自适应可变刚度的柔性径向抓手，涉及抓取装置，包括：抓手部，包括自内向外的第一层、第二层和第三层，并形成第一腔体和第二腔体，所述第一层、第二层、第三层为柔性层；第一封闭物和第二封闭物，用于封闭抓手部的上下端，所述第一封闭物上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与第一腔体连通，所述第二气孔与第二腔体连通；填充物，设置于第一腔体内，所述填充物为颗粒物，通过第一腔体、第二腔体以及设置于第一腔体内的填充物在气压的作用下发生形变，进而使得第一层可与待抓取物体的外形进行贴附，增大第一层与待抓取物体的接触面积以期获得更大的摩擦力，便于将待抓取物体牢固的抓取。
Description
技术领域
本发明涉及抓取装置，特别涉及一种自适应可变刚度的柔性径向抓手及其使用方法。
背景技术
机器人抓手作为机器人与操作对象之间进行交互作用的重要媒介，已经被广泛应用于工业生产和社会生活之中。传统的刚性抓手采用刚性结构，灵活度有限，人机交互性、安全性以及自适应性差，在一些特殊的场所中，如食品分拣、蔬果采摘、易碎物品的抓取、电子产品分拣等具有巨大的挑战。近年来随着材料科学与机器人技术的发展，利用柔性材料制作的柔性执行器得到了广泛应用。由于柔性执行器具有灵活性好、柔顺性好、安全性好以及适应强等优点，其被广泛应用于工业产品抓取、食品抓取、医疗康复以及农业机器人等领域。
柔性执行器中最具代表性的是柔性抓手，目前国内外均对柔性抓手进行了大量的研究。但是，现有的柔性抓手虽然具备一定的适应形状抓取物体的能力，但是普遍存在的问题是抓取力不足，可靠性差，缺乏自动改变自身结构以便适应被抓物体形状的能力，被抓物体的受力面积小，适用范围小。因此，设计制造出自动适应被抓物体形状、抓取力大的柔性抓手具有重要的应用价值。
发明内容
本发明提供了一种自适应可变刚度的柔性径向抓手及其使用方法，其目的是为了解决现有柔性抓手中抓取能力不足，接触面积小，无法针对不同形状的物体进行适应性的抓取的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种自适应可变刚度的柔性径向抓手，包括：
抓手部，包括自内向外的第一层、第二层和第三层，所述第一层与第二层构成第一腔体，所述第二层与第三层构成第二腔体，所述第一层、第二层、第三层为柔性层，所述第三层内有与第三层形状相同的限制层；
第一封闭物和第二封闭物，所述第一封闭物设置于抓手部的顶端，所述第二封闭物设置于抓手部的底端，所述第一腔体与所述第二腔体为封闭状态；所述第一封闭物上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与第一腔体连通，所述第二气孔与第二腔体连通；
填充物，设置于第一腔体内，所述填充物为颗粒物。
优选的，所述第一封闭物朝向抓手部的一面设置有第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起、第二环形凸起与第一封闭物同心设置，所述第一环形凸起用以封堵第一腔体，所述第二环形凸起用以封堵第二腔体，所述第一气孔贯穿于第一环形凸起，所述第二气孔贯穿于第二环形凸起。
优选的，所述第二封闭物朝向抓手部的一面设置有第三环形凸起和第四环形凸起，所述第三环形凸起与第四环形凸起与第二封闭物同心设置，所述第三环形凸起用以封堵第一腔体，所述第四环形凸起用以封堵第二腔体。
优选的，所述第一气孔连通有第一通气管，所述第二气孔连通有第二通气管，所述第二气孔处设置有过滤结构。
优选的，所述第一封闭物和第二封闭物为柔性制品，所述第一封闭物和第二封闭物的柔性小于第一层、第二层、第三层的柔性。
优选的，所述第一封闭物的顶端设置有连接部，所述连接部为工型结构，所述连接部的上端设置有安装孔，所述连接部的下端还配设有压环，所述压环设置在第一封闭物的下表面，所述压环与连接部的下端装配将连接部固定于第一封闭物。
优选的，所述连接部和压环为ABS树脂经3D打印而成。
本发明还提供了一种应用自适应可变刚度的柔性径向抓手的方法，包括：
S1：将第一封闭物与机械臂连接；
S2：将第一气孔与气泵连通，第二气孔与抽空装置连通；
S3：将自适应可变刚度的柔性径向抓手移动至待抓取物体上方，待抓取物体位于第一层的环绕范围内；
S4：驱动气泵和抽空装置，使得第一腔体内的压强P1大于大气压，第二腔体内的压强P2小于大气压；
S5：机械臂带动自适应可变刚度的柔性径向抓手移动待抓取物体至指定位置；
S6：驱动气泵和抽空装置，使得第一腔体和第二腔体内的压强与大气压相同。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
在本发明中，通过第一腔体、第二腔体以及设置于第一腔体内的填充物在气压的作用下发生形变，进而使得第一层可与待抓取物体的外形进行贴附，增大第一层与待抓取物体的接触面积以期获得更大的摩擦力，便于将待抓取物体牢固的抓取。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的纵向剖视图；
图3是本发明的爆炸示意图；
图4是第一封闭物的结构示意图；
图5是本发明的工作示意图。
【附图标记说明】
1-第一层、2-第二层、3-第三层、4-第一封闭物、5-第二封闭物、6-填充物、41-第一环形凸起、42-第二环形凸起、43-第一通气管、44-第二通气管、7-连接部、8-压环。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1-5所示，一种自适应可变刚度的柔性径向抓手，包括用于抓取零件的抓手部，抓手部自内向外包括第一层1、第二层2和第三层3，其中第一层1与第二层2构成第一腔体、第二层2和第三层3构成第二腔体，其中为了保证第一层1和第二层2能够发生形变，第一层1和第二层2采用柔性层。优选的，第一层1和第二层2采用硅胶材料制成。第三层3同样也是柔性层，但是与第一层1、第二层2不同的是第三层3在硅胶材料中内设置有限制层，限制层的目的在于当第三层3环绕为筒状时，限制径向形变。优选的，限制层的形状与第三层3的形状相同。限制层可以采用无弹性的纱网。
更进一步的，抓手部的上端和下端分别设置有第一封闭物4和第二封闭物5，其中第一封闭物4设置在抓手部的顶端，第二封闭物5设置在抓手部的底端，第一腔体、第二腔体在第一封闭物4和第二封闭的包围下形成封闭状态。在第一封闭物4上设置有第一气孔和第二气孔，其中第一气孔与第一腔体连通，第二气孔与第二腔体连通。在第一腔体内还设置有填充物6，该填充物6为颗粒物。
进一步的，为保证第一腔体和第二腔体的密封性，其中在第一封闭物4朝向抓手部的一面设置有第一环形凸起41和第二环形凸起42，第一环形凸起41、第二环形凸起42均与第一封闭物4同心设置。第一环形凸起41用于封堵第一腔体、第二环形凸起42用于封底第二腔体。前述的第一气孔设置在第一环形凸起41上、第二气孔设置在第二环形凸起42上。第一气孔连通有第一通气管43、第二气孔连通有第二通气管44。
第二封闭物5上同样的设置有第三环形凸起和第四环形凸起，第三环形凸起用于封堵第一腔体，第四环形凸起用于封堵第二腔体。
为了保证在抓取时第一封闭物4和第二封闭物5的变形，第一封闭物4和第二封闭物5均为柔性制品，但是第一封闭物4和第二封闭物5的柔性要小于第一层1、第二层2和第三层3其目的在于限制第一封闭物4和第二封闭物5在径向上的形变。
为了将操作本发明，在第一封闭物4上还设置有连接部7，连接部7为工型结构，连接部7的上端设置有安装孔，连接部7的下端配设有压环8，压环8设置在第一封闭物4的下端，并通过螺栓与连接部7连接将连接部7固定在第一封闭物4上。
优选的，压环8和连接部7采用ABS树脂经3D打印而成。
本发明的制作采用3D打印成型工艺，使用标准件，结构简单，制作简捷，所有材料成本低；
本发明的第一层1和第二层2采用硅胶材料，柔顺性好，同时空腔内部填充的颗粒在抓取时具有流动性，能够保护被抓物体不受抓取力的破坏，保证被抓物体的安全，具有良好的人机交互性；
本发明依靠抽真空驱动第一层1的变形以及增大刚度，能够牢固抓紧被抓物体，抓取物体的可靠性强，从而提高了本发明的抓取能力；
本实施例还提供了一种自适应可变刚度的柔性径向抓手的使用方法，包括：
S1：将第一封闭物4与机械臂连接；方便控制本发明
S2：将第一气孔与气泵连通，第二气孔与抽空装置连通，用于控制第一腔体的压强P1和第二腔体的压强P2。
S3：将径向抓手移动至待抓取物体上方，待抓取物体位于第一层1的环绕范围内；
S4：驱动气泵和抽空装置，使得第一腔体内的压强P1大于大气压，第二腔室内的压强P2小于大气压；填充物6在P1和P2的压力差作用下发生挤压，由于填充物6难以被压缩，填充物6在外力的作用下紧紧贴合在一起，填充物6之间的摩擦力增大，导致填充物6之间的流动性变差，因此使得与被抓物体贴合的第一层1的表面刚度增大，同时保持一定的自适应形状，产生较大的贴合与被抓物体表面的抓紧力，从而使得抓取部牢固抓紧被抓物体。
S5：机械臂带动径向抓手移动待抓取物体至指定位置；
S6：驱动气泵和抽空装置，使得第一腔室和第二腔室内的压强与大气压相同，使得填充物6能够自由活动，从而使第一层1的刚度减小，恢复柔性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：包括：
抓手部，包括自内向外的第一层(1)、第二层(2)和第三层(3)，所述第一层(1)与第二层(2)构成第一腔体，所述第二层(2)与第三层(3)构成第二腔体，所述第一层(1)、第二层(2)、第三层(3)为柔性层，所述第三层(3)内有与第三层(3)形状相同的限制层；
第一封闭物(4)和第二封闭物(5)，所述第一封闭物(4)设置于抓手部的顶端，所述第二封闭物(5)设置于抓手部的底端，所述第一腔体与所述第二腔体为封闭状态；所述第一封闭物(4)上设置有第一气孔和第二气孔，所述第一气孔与第一腔体连通，所述第二气孔与第二腔体连通；
填充物(6)，设置于第一腔体内，所述填充物(6)为颗粒物。
2.根据权利要求1所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述第一封闭物(4)朝向抓手部的一面设置有第一环形凸起(41)和第二环形凸起(42)，第一环形凸起(41)、第二环形凸起(42)与第一封闭物(4)同心设置，所述第一环形凸起(41)用以封堵第一腔体，所述第二环形凸起(42)用以封堵第二腔体，所述第一气孔贯穿于第一环形凸起(41)，所述第二气孔贯穿于第二环形凸起(42)。
3.根据权利要求2所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述第二封闭物(5)朝向抓手部的一面设置有第三环形凸起和第四环形凸起，所述第三环形凸起与第四环形凸起与第二封闭物(5)同心设置，所述第三环形凸起用以封堵第一腔体，所述第四环形凸起用以封堵第二腔体。
4.根据权利要求2或3所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述第一气孔连通有第一通气管(43)，所述第二气孔连通有第二通气管(44)，所述第二气孔处设置有过滤结构。
5.根据权利要求1所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述第一封闭物(4)和第二封闭物(5)为柔性制品，所述第一封闭物(4)和第二封闭物(5)的柔性小于第一层(1)、第二层(2)、第三层(3)的柔性。
6.根据权利要求4所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述第一封闭物(4)的顶端设置有连接部(7)，所述连接部(7)为工型结构，所述连接部(7)的上端设置有安装孔，所述连接部(7)的下端还配设有压环(8)，所述压环(8)设置在第一封闭物(4)的下表面，所述压环(8)与连接部(7)的下端装配将连接部(7)固定于第一封闭物(4)。
7.根据权利要求6所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手，其特征在于：所述连接部(7)和压环(8)为ABS树脂经3D打印而成。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的自适应可变刚度的柔性径向抓手的使用方法，其特征在于：包括：
S1：将第一封闭物(4)与机械臂连接；
S2：将第一气孔与气泵连通，第二气孔与抽空装置连通；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211008 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |