CN113910253A - 一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，包括底座、安装在所述底座上的触手底段、安装在所述触手底段上的主触手、安装在所述触手底段上的触手中段以及安装在所述触手中段上的旁触手，所述主触手位于中间位置，所述旁触手位于所述主触手的旁侧，所述主触手和旁触手能绕各自的轴线进行大角度的卷曲和伸直，实现抓取功能。本发明解决了现有抓取机构自由度较低，在狭小的空间里工作受限且对外形极其不规则或者外形事先无法预知、运动速度较快的非合作目标的无法实现抓取的问题。
Description
技术领域
本发明涉及柔性抓取技术领域，具体涉及一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构。
背景技术
在现代工业生产中少不了抓取机构的参与，而目前的抓取机构多为刚性抓取机构，其有着高负载性、高强度的优点。刚性抓取装置多利用了刚性抓取技术，可运用在多个不同领域：在各类智能自动化设备、机器人中需要作为机械手对物体进行自动抓取；在自动化生产线上或物流行业中，通过完成“抓取-放置”动作来作为传送运输的一个常用机构装置等。
由于科技的发展，各领域抓取机构装置的需求不断细化，现有的自动抓取装置多为刚性抓取方式，包括机械夹爪、气动手指等类型，直接对物体进行刚性夹持，容易对物体的表面造成破坏；在一些具有特殊形状或结构的材料零件生产工作中，刚性抓取技术无法良好实现抓取工作，现阶段的抓取机构基本上是对于外形规则、处于静止状态或者运动速度缓慢的合作目标的抓取。
若是利用柔性抓取技术，可以实现抓取鸡蛋、水杯等易碎物体，以及一些外形或结构特殊的材料零件等的准确抓取；在有特殊材料(如海绵、转向节等)的加工生产工作中，柔性抓取装置可以快速有效地完成生产线的送料环节；可以完成对外形极其不规则或者外形事先无法预知、运动速度较快的非合作目标的抓取。根据仿生技术设计制作的柔性抓取机构近年来成为研究人员关注的热点。
柔性抓取机构可充分发挥了其特有的柔顺性与变形能力，提高作业速度。目前柔性材料和柔性体结构成为了柔性技术研究的重点领域。主要创新在于通过对柔性体结构进行优化设计，以此增加柔性抓取装置的弹性模量和弯曲能力，从而能够保证与不规则的目标物体紧密贴合。
现有柔性抓取装置主要存在以下不足：
(1)现有的自动抓取装置多利用刚性抓取技术，包括机械夹爪、气动手指等类型，直接对物体进行刚性夹持，容易对物体的表面造成破坏。如有食品生鲜、易碎和易形变等物品在运输搬运过程中不能被破坏，又例如化妆品等表面光滑的物品不能在运输后留下痕迹，再还有如一些药物的运输，抓取难度很高，在抓取过程的表面质量更难保证。
(2)刚性机械手抓取的难度大，在一些外形或结构特殊的材料零件中(如海绵、转向节等)的加工生产工作中，无法良好完成快速准确抓取工作，也有气动吸盘的抓取形式，但也无法应用于圆柱形物体。
(3)现有的柔性抓取装置中，柔性手指只能向一个方向弯曲，灵活性较差，而柔性机械手需要由若干柔性手指进行配合运动才能完成对一定大小物体的抓取，结构复杂，成本较高。
(4)现阶段的抓取机构基本上是对于外形规则、处于静止状态或者运动速度缓慢的合作目标的抓取，对外形极其不规则或者外形事先无法预知、运动速度较快的非合作目标的抓取很少。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有抓取机构自由度较低，在狭小的空间里工作受限且对外形极其不规则或者外形事先无法预知、运动速度较快的非合作目标的无法实现抓取的问题，提供一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构。
一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，
包括底座、安装在所述底座上的触手底段、安装在所述触手底段上的主触手、安装在所述触手底段上的触手中段以及安装在所述触手中段上的旁触手，
所述主触手位于中间位置，所述旁触手位于所述主触手的旁侧，
所述主触手和旁触手能绕各自的轴线进行大角度的卷曲和伸直，实现抓取功能。
主触手和旁触手能够实现大角度的卷曲和伸直，主触手和旁触手能绕各自的轴线进行一定角度范围的旋转以便达到机构的抓握与松开动作，以实现抓取功能；通过实现主触手、旁触手的卷曲以及展开，触手中段、触手底段的转动，以达到机构的抓取动作。
进一步地，所述主触手底部可旋转的与所述触手底段连接。
进一步地，所述触手中段与所述触手底段之间设有旋转电机，使得所述触手中段能够绕所述触手底段旋转。
进一步地，所述主触手和旁触手通过多级剪叉机构串联实现触手的卷曲、伸直。
进一步地，所述多级剪叉机构上下依次串联连接，另一次通过依次铰接的连接支架连接，形成笼状结构。
进一步地，所述剪叉机构的下端安装在驱动机构上，在所述驱动机构的作用下，多个剪叉机构实现卷曲和伸直。
进一步地，所述驱动机构包括两端安装在支撑块上的丝杆以及安装在所述丝杆上的两个对称设置的双向丝杠螺母，所述双向丝杠螺母通过接头分别与所述剪叉机构的剪叉杆连接，随着所述双向丝杠螺母沿所述丝杆的移动，实现剪叉机构的升降。
进一步地，所述丝杆的中部固结有传动齿轮，通过传动带，所述传动齿轮与设于其下部的驱动电机传动连接。
进一步地，所述主触手与旁触手在多级剪叉机构的外部设置由软硬材料交替形成的外壳，所述软质材料为硅胶。
进一步地，所述触手段弯曲的最大角度为270°。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出的仿章鱼触手的柔性抓取装置设计，外观仿照章鱼触手，采用一种轻质的硅胶材料，有效解决了目前常用的刚性抓取装置容易对物体的表面造成破坏的问题，能够抓取一些外形或结构特殊材料零件，快速准确进行抓取，灵活性好。本发明利用章鱼触手所特有的柔软性、强韧度、以及灵活性来解决上述的现有抓取技术问题，填补了现有抓取技术中基本上只能对外形规则、处于静止状态或者运动速度缓慢的合作目标进行抓取的技术空缺，有利于实现更高程度的自动化，在自动化工业生产等各需要利用自动抓取技术的领域上具有重大的意义与价值。
附图说明
图1、2为本发明抓取机构的整体结构示意图；
图3为剪叉机构驱动结构示意图；
图4为剪叉机构结构示意图；
图5为剪叉机构弯曲结构示意图；
图6为外壳结构示意图；
图7、8为机构抓取与释放物体流程图；
图9为抓取机构的不同形态结构示意图；
图10为电气流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
为了解决现有抓取机构自由度较低，在狭小的空间里工作受限，对外形极其不规则或者外形事先无法预知、运动速度较快的非合作目标的抓取很少的问题，本发明提出了一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构。
如图1-6，一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，包括底座1、安装在底座1上的触手底段2、安装在触手底段2上的主触手4、安装在触手底段2上的触手中段3以及安装在触手中段3上的旁触手5，主触手4位于中间位置，旁触手5位于主触手4的旁侧，主触手4和旁触手5能绕各自的轴线进行大角度的卷曲和伸直，实现抓取功能。主触手4底部可旋转的与触手底段2连接，触手中段3与触手底段2之间设有旋转电机，使得触手中段3能够绕触手底段2旋转，主触手4和旁触手5通过多级剪叉机构6串联实现触手的卷曲、伸直。多级剪叉机构6上下依次串联连接，另一次通过依次铰接的连接支架7连接，形成笼状结构。剪叉机构6的下端安装在驱动机构上，在驱动机构的作用下，多个剪叉机构6实现卷曲和伸直。驱动机构包括两端安装在支撑块11上的丝杆8以及安装在丝杆8上的两个对称设置的双向丝杠螺母9，双向丝杠螺母9通过接头分别与剪叉机构6的剪叉杆连接，随着双向丝杠螺母9沿丝杆8的移动，实现剪叉机构6的升降。丝杆的中部固结有传动齿轮10，通过传动带，传动齿轮10与设于其下部的驱动电机12传动连接。主触手4与旁触手5在多级剪叉机构6的外部设置由软硬材料交替形成的外壳，软质材料为硅胶，触手段弯曲的最大角度为270°。
根据具体机构设计需求，本实施例设有6个电机实现控制传动，分别为旋转电机和弯曲电机，则整体电气流程图如图10所示。基于结构传动控制，电气布线等条件，设计满足产品一系列要求的硬件系统，以此为控制电气方案为实现目标进行硬件细化设计，整体硬件方案分4个模块：1主控平台设计；2机构本体与云端通信模块设计；3电机驱动电路设计；4复位电路设计，该部分为本领域常规设计。
如图7、8为机构抓取与释放物体流程图，图9为抓取机构的不同形态结构示意图。主触手4和旁触手5能够实现大角度的卷曲和伸直，主触手4和旁触手5能绕各自的轴线进行一定角度范围的旋转以便达到机构的抓握与松开动作，以实现抓取功能；通过实现主触手4、旁触手5的卷曲以及展开，触手中段3、触手底段2的转动，达到机构的灵活抓取动作。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，包括底座(1)、安装在所述底座(1)上的触手底段(2)、安装在所述触手底段(2)上的主触手(4)、安装在所述触手底段(2)上的触手中段(3)以及安装在所述触手中段(3)上的旁触手(5)，
所述主触手(4)位于中间位置，所述旁触手(5)位于所述主触手(4)的旁侧，
所述主触手(4)和旁触手(5)能绕各自的轴线进行大角度的卷曲和伸直，实现抓取功能。
2.根据权利要求1所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述主触手(4)底部可旋转的与所述触手底段(2)连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述触手中段(3)与所述触手底段(2)之间设有旋转电机，使得所述触手中段(3)能够绕所述触手底段(2)旋转。
4.根据权利要求1所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述主触手(4)和旁触手(5)通过多级剪叉机构(6)串联实现触手的卷曲、伸直。
5.根据权利要求4所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述多级剪叉机构(6)上下依次串联连接，另一次通过依次铰接的连接支架(7)连接，形成笼状结构。
6.根据权利要求5所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述剪叉机构(6)的下端安装在驱动机构上，在所述驱动机构的作用下，多个剪叉机构(6)实现卷曲和伸直。
7.根据权利要求6所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述驱动机构包括两端安装在支撑块(11)上的丝杆(8)以及安装在所述丝杆(8)上的两个对称设置的双向丝杠螺母(9)，所述双向丝杠螺母(9)通过接头分别与所述剪叉机构(6)的剪叉杆连接，随着所述双向丝杠螺母(9)沿所述丝杆(8)的移动，实现剪叉机构(6)的升降。
8.根据权利要求7所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述丝杆的中部固结有传动齿轮(10)，通过传动带，所述传动齿轮(10)与设于其下部的驱动电机(12)传动连接。
9.根据权利要求4所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述主触手(4)与旁触手(5)在多级剪叉机构(6)的外部设置由软、硬材料交替形成的外壳，软质材料为硅胶。
10.根据权利要求9所述的一种仿章鱼触手的多关节柔性抓取机构，其特征在于，所述触手段弯曲的最大角度为270°。
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