CN114434474B - 一种气动可变刚度的软体抓手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气动可变刚度的软体抓手，软体抓手包括基座和设置于基座上的软体执行部分和气源分配部分，软体执行部分呈筒形，其包括多个呈圆周均匀布置的气动软体手指、沿径向方向设置于气动软体手指上的变刚度软体部和连接在两个气动软体手指上的连接软体部，在轴向方向上变刚度软体部与气动软体手指并行，在周向方向上连接软体部呈手风琴形结构，其中气动软体手指的内部具有第一空腔，变刚度软体部具有第二空腔，连接软体部具有第三空腔，气源分配部分分别与第一空腔、第二空腔和第三空腔连通。本发明具有负载能力强、抓捕性能好、抓捕范围广的优点。

Description

一种气动可变刚度的软体抓手

技术领域

本发明属于抓捕技术领域，具体涉及一种气动可变刚度的软体抓手。

背景技术

在机器人研究领域，对复杂物体的抓取是一个具有挑战性的研究；直接与物体接触的机器人需要与环境交互，以便在自动化生产过程、微创手术、环境深海探测等不同的应用场景中执行某些任务。目前的抓手有刚性的抓手和软体的抓手，刚性的抓手具有高精度、大作用力、低机械灵活性的特点，这使得在夹持物体的时候施加较大的力，使得物体变形甚至损坏；而现有的软体抓手都是基于软体材料制造的，材料柔软灵活，具有较好的适应性和安全性，但是由于驱动方式和材料特性，普遍存在抓手负载小，抓捕对象有限，抓捕性能差等问题。

中国专利文献CN208428261U公布了一种可调整式气动软体抓手，由三个气动手指组成，可以根据物体的形状大小等来调整柔性单指的相对安装位置。弧形的滑块与单指通过卡扣相连接，可以快速的安装、拆卸，方便了柔性抓手的维护和更换，但是，抓捕性能差，抓取的对象有限。

中国专利文献CN110788881A公开了一种真空吸附式锁定关节的气动软体抓手，该结构由四个气动手指、固位结构、柔性吸盘脊柱构成，该结构提高了负载力，但是抓捕的对象有限，抓捕性能差。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种气动可变刚度的软体抓手，具有负载能力强、抓捕性能好、抓捕范围广的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气动可变刚度的软体抓手，软体抓手包括基座和设置于基座上的软体执行部分和气源分配部分，软体执行部分呈筒形，其包括多个呈圆周均匀布置的气动软体手指、沿径向方向设置于气动软体手指上的变刚度软体部和连接在两个气动软体手指上的连接软体部，在轴向方向上变刚度软体部与气动软体手指并行，在周向方向上连接软体部呈手风琴形结构，其中气动软体手指的内部具有第一空腔，变刚度软体部具有第二空腔，连接软体部具有第三空腔，气源分配部分分别与第一空腔、第二空腔和第三空腔连通。

作为本发明的另一种具体实施方式，变刚度软体部设置于气动软体手指的径向内侧，连接软体部连接在变刚度软体部上，其中气动软体手指、变刚度软体部和软体连接部连接为一体或预制为一体。

作为本发明的另一种具体实施方式，气动软体手指、变刚度软体部和软体连接部采用采用硅胶浇筑一体成型。

作为本发明的另一种具体实施方式，软体抓手还包括压紧部分，压紧部分包括连接环部、外压紧环部和内压紧环部，连接环部位于软体执行部分的轴向端部，连接环部具有外作用部和内作用部，外压紧环部从软体执行部分的外侧套装在基座上并压紧外作用部，内压紧环部从软体执行部分的内侧连接在基座上并压紧内作用部。

作为本发明的另一种具体实施方式，外压紧环部为套圈形状，其具有与软体执行部分的外侧形状相适配的内轮廓边缘。

作为本发明的另一种具体实施方式，内压紧环部为圆盘形状，其具有与软体执行部分的内侧形状相适配的外轮廓边缘。

作为本发明的另一种具体实施方式，第三空腔包括多个截面为多边形的条形通道，多个条形通道之间互不连通，在轴向方向上条形通道与气动软体手指并行。

作为本发明的另一种具体实施方式，第二空腔内填充有若干用于改变刚度的颗粒状物体，通过对填充满颗粒状物体的第二空腔内部充气和抽气以调整变刚度软体部的刚度值。

作为本发明的另一种具体实施方式，气动软体手指的径向外侧设有用于进行弯曲的若干凹槽。

作为本发明的另一种具体实施方式，气源分配部分具有多个凸出于基座表面的接口部，不同的接口部分别与第一空腔、第二空腔和第三空腔插接配合。

本发明具备以下有益效果：

1)抓捕负载大，通过气动软体手指、变刚度软体部与呈手风琴形状结构的连接软体部的配合使用，有效的增大负载能力。

2)包络性及适应性好，整个软体执行部分通过呈手风琴形状结构的连接软体部与气动软体手指进行集成，具有良好的包络性，能很好的适应抓取的物体外形。

3)抓取性能优越，具有多种抓取方式，在连接软体部吸气、气动软体手指充气时，可实现包络抓取，例如抓取剪刀、灯泡、伞等；在连接软体部充气、气动软体手指吸气时，可实现扩张抓取，例如抓取杯子、盒子等；在软体执行部分的端部贴住物体时，可以利用负压吸附抓捕，例如抓取玻璃片、输料板等。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1的分解示意图；

图3是本发明实施例1的剖面示意图；

图4是本发明实施例1软体执行部分的结构示意图一；

图5是本发明实施例1软体执行部分的结构示意图二。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例提供了一种气动可变刚度的软体抓手，如图1-5所示，软体抓手包括基座100和设置于基座100上的软体执行部分200和气源分配部分300。

如图1所示，软体执行部分200呈筒形，其内部为中空结构；软体执行部分200包括四个呈圆周均匀布置的气动软体手指210、沿径向方向设置于气动软体手指210上的变刚度软体部220和连接在两个气动软体手指210上的连接软体部230。

具体的，在轴向方向上变刚度软体部220与气动软体手指210并行，在周向方向上连接软体部230呈手风琴形结构；

其中气动软体手指210的内部具有第一空腔211，变刚度软体部220具有第二空腔221，连接软体部230具有第三空腔231，气源分配部分300分别与第一空腔211、第二空腔221和第三空腔231连通。

如图2所示，气源分配部分300具有多个凸出于基座100表面的接口部310，不同的接口部310分别与第一空腔211、第二空腔221和第三空腔231插接配合，进而独立的向第一空腔211、第二空腔221和第三空腔231进行吸气或者充气，其中，第一空腔211、第二空腔221和第三空腔231之间互不连通。

其中气源分配部分300的气体供应及控制方式适用于现有技术。

再具体的，本实施例中四个气动软体手指210内第一空腔211的吸气或者充气操作互相联动、四个变刚度软体部220内的第二空腔221的吸气或者充气操作互相联动、四个连接软体部230内的第三空腔231的吸气或者充气操作互相联动，进而使得运动同步性更高。

本实施例的抓取过程是：

在连接软体部230吸气、气动软体手指210充气时，可实现包络抓取，例如抓取剪刀、灯泡、伞等；

在连接软体部230充气、气动软体手指210吸气时，可实现扩张抓取，例如抓取杯子、盒子等；

在软体执行部分200的端部(即上端部)贴住物体时，可以利用负压(软体执行部分200整体产生形变，在软体执行部分200的中空处(即内腔)中产生负压)吸附抓捕，例如抓取玻璃片、输料板等。

上述抓取过程中，通过对四个变刚度软体部220内的第二空腔221的吸气或者充气操作，实现四个变刚度软体部220的刚度变化。

展开的，变刚度软体部220设置于气动软体手指210的径向内侧，连接软体部230连接在变刚度软体部220上，其中气动软体手指210、变刚度软体部220和软体连接部连接为一体或预制为一体；

优选的，气动软体手指210、变刚度软体部220和软体连接部采用采用硅胶浇筑一体成型。

本实施例中的软体抓手还包括压紧部分400。

如图2、图3所示，压紧部分400包括连接环部410、外压紧环部420和内压紧环部430，连接环部410位于软体执行部分200的轴向端部，优选的，连接环部410预制在软体执行部分200的轴向端部，如图4-5所示，连接环部410具有外作用部411和内作用部412，其中：外压紧环部420从软体执行部分200的外侧套装在基座100上并压紧外作用部411，内压紧环部430从软体执行部分200的内侧连接在基座100上并压紧内作用部412。

进一步的，外压紧环部420为套圈形状，其具有与软体执行部分200的外侧形状相适配的内轮廓边缘421，内压紧环部430为圆盘形状，其具有与软体执行部分200的内侧形状相适配的外轮廓边缘431。

本实施例中的第三空腔231优选包括多个截面为多边形的条形通道，例如条形通道的截面为六边形，多个条形通道之间互不连通，在轴向方向上条形通道与气动软体手指210并行。

再进一步的，第二空腔221内填充有若干用于改变刚度的颗粒状物体，通过对填充满颗粒状物体的第二空腔211内部充气和抽气以调整变刚度软体部220的刚度值。

本实施例中的气动软体手指210可适用于现有技术中的气动手指，一种优选的结构如图4-5所示，其中在气动软体手指210的径向外侧设有用于进行弯曲的若干凹槽212，以适应于气动软体手指210的弯曲动作，利用气动软体手结构的不对称性，通过对气动软体手指210内部充气和抽气实现其相应的弯曲动作。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述软体抓手包括基座和设置于所述基座上的软体执行部分和气源分配部分，所述软体执行部分呈筒形，其内部为中空结构；所述软体执行部分包括多个呈圆周均匀布置的气动软体手指、沿径向方向设置于所述气动软体手指上的变刚度软体部和连接在两个所述气动软体手指上的连接软体部，在轴向方向上所述变刚度软体部与所述气动软体手指并行，且所述变刚度软体部设置于所述气动软体手指的径向内侧；在周向方向上所述连接软体部呈手风琴形结构；

其中所述软体抓手还包括压紧部分，所述压紧部分包括连接环部、外压紧环部和内压紧环部，所述连接环部位于所述软体执行部分的轴向端部；所述连接环部具有外作用部和内作用部，所述外压紧环部从所述软体执行部分的外侧套装在所述基座上并压紧所述外作用部，所述内压紧环部从所述软体执行部分的内侧连接在所述基座上并压紧所述内作用部；

其中所述气动软体手指的内部具有第一空腔，所述变刚度软体部具有第二空腔，所述连接软体部具有第三空腔，所述气源分配部分分别与所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔连通；

其中所述第三空腔包括多个截面为多边形的条形通道，在轴向方向上所述条形通道与所述气动软体手指并行；

其中所述气源分配部分具有多个凸出于所述基座表面的接口部，不同的所述接口部分别与所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔插接配合，进而独立的向所述第一空腔、所述第二空腔和所述第三空腔进行吸气或者充气。

2.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述连接软体部连接在所述变刚度软体部上，其中所述气动软体手指、所述变刚度软体部和所述软体连接部连接为一体或预制为一体。

3.如权利要求2所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述气动软体手指、所述变刚度软体部和所述软体连接部采用硅胶浇筑一体成型。

4.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述外压紧环部为套圈形状，其具有与所述软体执行部分的外侧形状相适配的内轮廓边缘。

5.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述内压紧环部为圆盘形状，其具有与所述软体执行部分的内侧形状相适配的外轮廓边缘。

6.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，多个所述条形通道之间连通或者不连通。

7.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述第二空腔内填充有若干用于改变刚度的颗粒状物体，通过对填充满颗粒状物体的所述第二空腔内部充气和抽气以调整所述变刚度软体部的刚度值。

8.如权利要求1所述的气动可变刚度的软体抓手，其特征在于，所述气动软体手指的径向外侧设有用于进行弯曲的若干凹槽。