CN114559455B - 一种智能机器人的异构体柔性抓手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能机器人的异构体柔性抓手，属于机器人抓手技术领域，包括安装座，所述安装座上设置抓取部，抓取部包括若干第一指关节和若干第二指关节，第一指关节和第二指关节的内侧均设置有表面气囊件，表面气囊件包括囊罩和囊体，囊罩开设有若干通孔，囊体包括内置部分和外溢部分，内置部分置于囊罩内，外溢部分由通孔穿过并位于囊罩的外部，且在同等气压下，囊罩的膨胀性小于囊体的膨胀性。该智能机器人的异构体柔性抓手通过对抓手与物体之间的间隙以及物体自身的结构间隙进行填充，有效提高了抓手抓取异形结构物体过程中的稳定性。

Description

一种智能机器人的异构体柔性抓手

技术领域

本发明涉及机器人抓手技术领域，具体为一种智能机器人的异构体柔性抓手。

背景技术

智能机器人的抓手作为重要的执行端，其主要的功能是对物体进行抓取，在抓取物体的过程中，通过收紧力对物体进行固定。

现有的抓手基本都是刚性的，主要由全金属或者塑料制成，优点是抓取过程的稳定性好，而缺点则是在抓取异形结构物体的过程中，无法根据物体的结构特征适当的改变其收紧力的施力点和收紧力的大小，进而降低了抓取异形结构物体过程的稳定性，尤其是针对异形结构且易碎的物体时(例如一些异形结构的玻璃制品)，抓取过程的不稳定，很容易导致物体破碎而造成资源的浪费。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种智能机器人的异构体柔性抓手由以下具体技术手段所达成：包括安装座，所述安装座上设置有驱动部、控制部和抓取部，抓取部包括若干第一指关节和若干第二指关节，第二指关节通过第一指关节活动连接在安装座上，驱动部用于驱动第一指关节和第二指关节做抓取运动，第一指关节和第二指关节的内侧均设置有表面气囊件，表面气囊件通过气管连接在控制部上，控制部用于对表面气囊件进行充气和放气，表面气囊件包括囊罩和囊体，囊罩开设有若干通孔，囊体包括内置部分和外溢部分，内置部分置于囊罩内，外溢部分由通孔穿过并位于囊罩的外部，且在同等气压下，囊罩的膨胀性小于囊体的膨胀性，第一指关节和第二指关节之间连接有包裹带，包裹带位于第一指关节和第二指关节的侧面，且包裹带与第二指关节之间连接有固定连接件，包裹带与第一指关节之间连接有滑动连接件，滑动连接件上连接有控制件，控制件设置在第一指关节上且用于控制滑动连接件的滑动。

优选技术方案一：所述包裹带为弹性带，控制件为拉绳，第一指关节上设置有自动调控组件，自动调控组件包括中间限制环、活塞柱、固定座和活塞腔，中间限制环固定连接在活塞柱上，活塞腔位于固定座内且活塞腔与囊体相连通，固定座连接在第一指关节上，活塞柱远离中间限制环的一端滑动插接在活塞腔上，中间限制环套设在拉绳上。

优选技术方案二：所述固定连接件和滑动连接件均包括连接块和连接杆，连接杆弹性滑动连接在连接块上，包裹带的两端分别固定连接在连接杆上，固定连接件的连接块固定连接在第二指关节上，滑动连接件中的连接块滑动连接在第一指关节上。

优选技术方案三：所述第一指关节和第二指关节之间连接有塑形限位组件，塑形限位组件包括转动杆和限位环，转动杆分别转动连接在第一指关节和第二指关节上，限位环连接在转动杆上，且与第一指关节相对应的转动杆上的限位环数量为二，与第二指关节相对应的转动杆上的限位环数量为一。

优选技术方案四：所述第二指关节上的转动杆与第一指关节之间以及第一指关节上的转动杆与安装座之间均连接有自适应绳，转动杆与相应的第一指关节以及第二指关节之间均连接有弹性复位件，第一指关节和第二指关节上均连接有对自适应绳进行限位的限位柱。

优选技术方案五：所述表面气囊件与第一指关节和第二指关节之间均设置有切换组件，切换组件包括安装板、承接板、安装边座，承接板和安装边座均弹性滑动插接在相应的第一指关节和第二指关节的内侧面上，且安装边座对称分布在承接板的两侧，表面气囊件连接在安装板上，安装板安装在安装边座之间且与安装边座可拆卸连接，安装边座与承接板之间连接有连动组件。

优选技术方案六：所述连动组件包括中间齿轮和齿条板，齿条板分别连接在安装板和安装边座上，中间齿轮转动连接在相应的第一指关节和第二指关节内，且中间齿轮位于齿条板之间且与齿条板啮合连接。

本发明具备以下有益效果：1、该智能机器人的异构体柔性抓手通过第一指关节、第二指关节、表面气囊件、通孔、包裹带、自动调控组件、塑形限位组件的组合作用，可对抓手与物体之间的间隙以及物体自身的结构间隙进行有效填充，提高了抓手抓取异形结构物体过程中的稳定性，灵活的根据抓取物体的结构形状特性改变作用在抓取物体上的施力点以及施力的大小，降低抓取过程中发生物体被夹碎情况的发生。

2、该智能机器人的异构体柔性抓手通过包裹带、自动调控组件、固定连接件、滑动连接件、控制件以及自动调控组件的组合作用，对抓取过程中的盲区进行有效的补充，利用包裹带灵活的根据物体表面形状的变化而变化对物体进行固定，进一步提高了抓取过程的稳定性，且包裹带的固定力随着表面气囊件对物体固定力的变化而变化，有效提高了二者固定力度的一致性。

3、该智能机器人的异构体柔性抓手通过塑形限位组件、自适应绳、弹性复位件以及限位柱的组合作用，对气管的路径状态进行约束，避免其在抓手工作的过程中随意移动而影响工作的稳定进行，同时可根据抓手抓取过程的变化对气管的路径状态进行调整，以降低抓取过程中气管发生连接松动甚至断开的风险。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明局部结构示意图。

图3为本发明塑形限位组件和自适应绳结构示意图。

图4为本发明第一指关节和第二指关节未安装表面气囊件的结构示意图。

图5为本发明第一指关节的结构示意图。

图6为本发明图5中A处的放大图。

图7为本发明连动组件的结构示意图。

图中：1、安装座；2、第一指关节；3、第二指关节；4、表面气囊件；41、囊罩；42、囊体；5、气管；6、通孔；7、包裹带；8、固定连接件；9、滑动连接件；10、控制件；11、自动调控组件；111、中间限制环；112、活塞柱；113、固定座；114、活塞腔；12、塑形限位组件；121、转动杆；122、限位环；13、自适应绳；14、弹性复位件；15、限位柱；16、切换组件；161、安装板；162、承接板；163、安装边座；17、连动组件；171、中间齿轮；172、齿条板。

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。

请参阅图1和图2，一种智能机器人的异构体柔性抓手，包括安装座1，安装座1设置有抓取部，抓取部包括若干第一指关节2和若干第二指关节3，如图1所示，第一指关节2和第二指关节3的数量各为三，第二指关节3与第一指关节2转动连接，第一指关节2通过连接块转动连接在安装座1上，在抓过的过程中，第一指关节2和第二指关节3模拟人手指的抓取运动对物体进行抓取，第一指关节2和第二指关节3的内侧均设置有表面气囊件4，在抓取的过程中，表面气囊件4直接与物体接触，通过控制表面气囊件4内的气压对抓取过程中作用在物体上的抓取力进行控制，表面气囊件4包括囊罩41和囊体42，囊罩41开设有若干通孔6，囊体42包括内置部分和若干外溢部分，内置部分置于囊罩41内，外溢部分由通孔6穿过并位于囊罩41的外部，且在同等气压下，囊罩41的膨胀性小于囊体42的膨胀性，利用囊罩41抑制囊体42内部部分的膨胀，而不会抑制囊体42外溢部分的膨胀，囊罩41为抓取接触面，外溢部分组成了不连续的辅助填充接触面，在抓取的过程中，抓取接触面随着物体外表面形状的变化而变化，增加了抓手与物体的接触面积，同时可对物体与抓手之间的间隙进行填充，有效提高了抓取过程的稳定性，与此同时，辅助填充接触面可溢入物体自身的结构间隙内，进一步对物体进行固定，强化了抓取过程的稳定性，且溢入物体自身结构间隙内的辅助填充接触面能很好的抵抗重力的作用阻止物体下落，在确保抓取过程稳定性的基础上，本发明所需的抓取力可小于正常抓取物体所需要的抓取力，进而可有效降低抓取过程中发生物体被夹碎的情况。

安装座1上还设置有驱动部、控制部和抓取部，驱动部用于驱动第一指关节2和第二指关节3做抓取运动，驱动部包括涡轮、主蜗杆、副蜗杆和连杆结构，涡轮与副蜗杆的数量均与第一指关节2的数量相同，涡轮分别与副蜗杆啮合，且涡轮均与主蜗杆啮合，三者均转动连接在安装座1上，副蜗杆别与固定连接在连接块上，连杆结构包括连接杆一和连接杆二，连接杆一通过连接杆二与第二指关节3转动连接，连接杆一与连接块固定连接，通过主蜗杆的转动带动涡轮转动，涡轮通过副蜗杆带动连接块转动，连接块带动第一指关节2和第二指关节3向内转动抓取物体或者向外转动松开物体，控制部包括气压调节盒和气泵，囊体42通过气管5连接在气压调节盒上，利用气泵对气压调节盒进行充气或者放气，气压调节盒通过气管5对囊体42进行充气和放气，进而控制囊体42内的气压，在抓取的过程中，可灵活的根据物体的性质调节抓取力的大小。

参阅图1、图2、图3和图5，第一指关节2和第二指关节3之间连接有包裹带7，包裹带7位于第一指关节2和第二指关节3的侧面，且包裹带7与第二指关节3之间连接有固定连接件8，包裹带7与第一指关节2之间连接有滑动连接件9，滑动连接件9上连接有控制件10，控制件10设置在第一指关节2上且用于控制滑动连接件9的滑动，在抓取的过程中，随着第一指关节2和第二指关节3的运动，包裹带7会在第一指关节2和第二指关节3交接处附近灵活的根据物体相对位置表面形状的变化而变化，同时紧贴在物体表面对物体进行固定，对抓取过程中的盲区进行有效的补充，进一步提高了抓取过程的稳定性。

参阅图3、图5和图6，包裹带7为弹性带，控制件10为拉绳，第一指关节2上设置有自动调控组件11，自动调控组件11包括中间限制环111、活塞柱112、固定座113和活塞腔114，中间限制环111固定连接在活塞柱112上，活塞腔114位于固定座113内且活塞腔114与囊体42相连通，固定座113连接在第一指关节2上，活塞柱112远离中间限制环111的一端滑动插接在活塞腔114上，中间限制环111套设在拉绳上，在抓取的过程中，随着第一指关节2和第二指关节3的转动，拉绳会拉动包裹带7的上端沿着第一指关节2侧面向上移动，对包裹带7进行一定程度的张紧，包裹带7发生一定程度的弹性形变，对同等形状的物体进行抓手的时候，提高了包裹带7对物体的固定力，与此同时，活塞柱112可通过中间限制环111对包裹带7进行撑张，且其撑张的范围是随着囊体42内气压的变化而变化的，如图6所示，当囊体42内气压增大的时候，活塞腔114内的气压增加，活塞柱112向外滑动对包裹带7进行撑张，增加其形变量，反之则相反，综前所述，提高了包裹带7和表面气囊件4固定力大小的一致性，在确保抓取过程稳定性的基础上，可有效避免固定力大小的差异化而影响物体的稳定性和完好性。

参阅图2，固定连接件8和滑动连接件9均包括连接块和连接杆，连接杆弹性滑动连接在连接块上，包裹带7的两端分别固定连接在连接杆上，固定连接件8的连接块固定连接在第二指关节3上，滑动连接件9中的连接块滑动连接在第一指关节2上，在抓取的过程中，连接杆会与物体接触，并会在物体的作用下发生相应的滑动，进而使包裹带7的两个端点可以紧贴在物体的表面。

参阅图1和图3，第一指关节2和第二指关节3之间连接有塑形限位组件12，塑形限位组件12包括转动杆121和限位环122，转动杆121分别转动连接在第一指关节2和第二指关节3上，限位环122连接在转动杆121上，且与第一指关节2相对应的转动杆121上的限位环122数量为二，与第二指关节3相对应的转动杆121上的限位环122数量为一，通过限位环122对气管5进行定点限位，避免其在抓手工作的过程中随意移动而影响工作的稳定进行，且限位环122的位置随着抓取过程中第一指关节2和第二指关节3状态的变化而变化，适当的改变气管5的路径状态，使气管5始终处于稳定的连接状态，如图3所示，在抓取的过程中，气管5与囊体42之间的连接点第一指关节2和第二指关节3的转动而移动，此时，转动杆121会带动其上相应的限位环122向下转动，通过降低第一指关节2和第二指关节3与相应气管5支撑点之间的距离，对气管5的路径状态进行调整，可充分满足气管5与囊体42之间的连接点移动对气管5的需求，避免连接点在移动的过程中，因气管5始终保持固定的路径状态而发生连接松动甚至断开的风险，相应的提高了气管5连接的稳定性。

参阅图1和图3，第二指关节3上的转动杆121与第一指关节2之间以及第一指关节2上的转动杆121与安装座1之间均连接有自适应绳13，转动杆121与相应的第一指关节2以及第二指关节3之间均连接有弹性复位件14，第一指关节2和第二指关节3上均连接有对自适应绳13进行限位的限位柱15，在抓取的过程中，随着第一指关节2和第二指关节3的转动，自适应绳13会拉动相应的转动杆121向下转动，转动杆121带动其上的限位环122移动，通过限位环122改变气管5支撑点的位置，进而改变气管5的路径状态。

参阅图2、图3、图4和图7，表面气囊件4与第一指关节2和第二指关节3之间均设置有切换组件16，切换组件16包括安装板161、承接板162、安装边座163，承接板162和安装边座163均弹性滑动插接在相应的第一指关节2和第二指关节3的内侧面上，且安装边座163对称分布在承接板162的两侧，表面气囊件4连接在安装板161上，安装边座163与承接板162之间连接有连动组件17，安装板161安装在安装边座163之间且与安装边座163可拆卸连接，二者之间设置有自动卡接件，在安装的过程中，将安装板161贴覆在承接板162并向承接板162的方向按压，使二者沿着按压的方向移动，此时安装边座163在连动组件17的带动下同步的向与按压方向相反的方向移动，如图7所示，当安装板161与安装边座163相互运动至连接位置的时候，自动卡接在一起，此时停止按压，完成表面气囊件4的安装，通过将表面气囊件4可拆卸的连接在相应的第一指关节2和第二指关节3，使本发明可以兼具两种抓取模式，即刚性抓取模式和柔性抓取模式，通过拆卸安装板161实现模式的切换，结合图2和图4所示，柔性抓取模式下，表面气囊件4通过安装板161安装在相应的第一指关节2和第二指关节3上，而在刚性抓取模式下，只需将安装板161拆卸下来即可，此时承接板162作为抓取面与物体接触，且通过承接板162和安装边座163的设置，提高了表面气囊件4安装的便利度。

参阅图3、图4和图7，连动组件17包括中间齿轮171和齿条板172，齿条板172分别连接在安装板161和安装边座163上，中间齿轮171转动连接在相应的第一指关节2和第二指关节3内，且中间齿轮171位于齿条板172之间且与齿条板172啮合连接，当承接板162沿着按压力的方向滑动的时候，其上的齿条板172通过中间齿轮171带动安装边座163上的齿条板172向与按压方向相反的方向移动，同步的带动安装边座163移动，反之同理。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种智能机器人的异构体柔性抓手，包括安装座(1)，其特征在于：所述安装座(1)上设置有驱动部、控制部和抓取部，抓取部包括若干第一指关节(2)和若干第二指关节(3)，第二指关节(3)通过第一指关节(2)活动连接在安装座(1)上，驱动部用于驱动第一指关节(2)和第二指关节(3)做抓取运动，第一指关节(2)和第二指关节(3)的内侧均设置有表面气囊件(4)，表面气囊件(4)通过气管(5)连接在控制部上，控制部用于对表面气囊件(4)进行充气和放气；

表面气囊件(4)包括囊罩(41)和囊体(42)，囊罩(41)开设有若干通孔(6)，囊体(42)包括内置部分和外溢部分，内置部分置于囊罩(41)内，外溢部分由通孔(6)穿过并位于囊罩(41)的外部，且在同等气压下，囊罩(41)的膨胀性小于囊体(42)的膨胀性；

第一指关节(2)和第二指关节(3)之间连接有包裹带(7)，包裹带(7)位于第一指关节(2)和第二指关节(3)的侧面，且包裹带(7)与第二指关节(3)之间连接有固定连接件(8)，包裹带(7)与第一指关节(2)之间连接有滑动连接件(9)，滑动连接件(9)上连接有控制件(10)，控制件(10)设置在第一指关节(2)上且用于控制滑动连接件(9)的滑动。

2.根据权利要求1所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述包裹带(7)为弹性带，控制件(10)为拉绳，第一指关节(2)上设置有自动调控组件11，自动调控组件11包括中间限制环(111)、活塞柱(112)、固定座(113)和活塞腔(114)，中间限制环(111)固定连接在活塞柱(112)上，活塞腔(114)位于固定座(113)内且活塞腔(114)与囊体(42)相连通，固定座(113)连接在第一指关节(2)上，活塞柱(112)远离中间限制环(111)的一端滑动插接在活塞腔(114)上，中间限制环(111)套设在拉绳上。

3.根据权利要求2所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述固定连接件(8)和滑动连接件(9)均包括连接块和连接杆，连接杆弹性滑动连接在连接块上，包裹带(7)的两端分别固定连接在连接杆上，固定连接件(8)的连接块固定连接在第二指关节(3)上，滑动连接件(9)中的连接块滑动连接在第一指关节(2)上。

4.根据权利要求1所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述第一指关节(2)和第二指关节(3)之间连接有塑形限位组件(12)，塑形限位组件(12)包括转动杆(121)和限位环(122)，转动杆(121)分别转动连接在第一指关节(2)和第二指关节(3)上，限位环(122)连接在转动杆(121)上，且与第一指关节(2)相对应的转动杆(121)上的限位环(122)数量为二，与第二指关节(3)相对应的转动杆(121)上的限位环(122)数量为一。

5.根据权利要求4所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述第二指关节(3)上的转动杆(121)与第一指关节(2)之间以及第一指关节(2)上的转动杆(121)与安装座(1)之间均连接有自适应绳(13)，转动杆(121)与相应的第一指关节(2)以及第二指关节(3)之间均连接有弹性复位件(14)，第一指关节(2)和第二指关节(3)上均连接有对自适应绳(13)进行限位的限位柱(15)。

6.根据权利要求1所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述表面气囊件(4)与第一指关节(2)和第二指关节(3)之间均设置有切换组件(16)，切换组件(16)包括安装板(161)、承接板(162)、安装边座(163)，承接板(162)和安装边座(163)均弹性滑动插接在相应的第一指关节(2)和第二指关节(3)的内侧面上，且安装边座(163)对称分布在承接板(162)的两侧，表面气囊件(4)连接在安装板(161)上，安装板(161)安装在安装边座(163)之间且与安装边座(163)可拆卸连接，安装边座(163)与承接板(162)之间连接有连动组件(17)。

7.根据权利要求6所述的一种智能机器人的异构体柔性抓手，其特征在于：所述连动组件(17)包括中间齿轮(171)和齿条板(172)，齿条板(172)分别连接在安装板(161)和安装边座(163)上，中间齿轮(171)转动连接在相应的第一指关节(2)和第二指关节(3)内，且中间齿轮(171)位于齿条板(172)之间且与齿条板(172)啮合连接。

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