CN115107075A - 水陆两栖用吸附式柔性抓手及抓取方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种水陆两栖用吸附式柔性抓手及抓取方法，柔性抓手包括：真空吸盘和柔性囊体，真空吸盘包括中部以及环绕在中部外围的翼部，所述真空吸盘具有与待抓持物相配合的正面以及相对的背面；所述柔性囊体的一侧连接于所述真空吸盘的中部，所述柔性囊体具有：第一状态，所述柔性囊体的外周壁与所述翼部的背面间隔布置；第二状态，相对于所述第一状态、所述柔性囊体受挤压形变，且所述柔性囊体外周壁的至少一部分向所述翼部的背面贴靠。本申请的抓手可水陆两栖使用；稳定的取放抓取表面不平整的物体；取放过程中均能对取放表面均衡施压。

Description

水陆两栖用吸附式柔性抓手及抓取方法

技术领域

本申请涉及一种吸盘式抓取设备，具体涉及一种水陆两栖用吸附式柔性抓手及对应的抓取方法。

背景技术

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

常见的机械手中，其中一种机械手在抓取物件时通过模仿人手从待抓持物件的至少两个不同方向施力，进行物件抓取和移动。例如，公开号为CN 108942886A的中国发明专利申请文献公开了一种水下机器人柔性抓取装置，包括圆柱形钢管、设置在圆柱形钢管一端的限位柱和螺孔、与圆柱形钢管另一端连接的导轨外壳、控制单元、传动结构和执行机构；抓手内置弹簧，使得在抓取中，抓手可以自动适应目标物的外形轮廓，可以抓取任意形状、材质的目标；通过主动改变抓手支架间的距离，被动调节弹簧压缩量，实现柔性抓取；结合电流检测及限位开关，便于实现对抓手初始位置的确定；通过控制步进电机的转速和转角来控制抓手运动速度和运动距离，计算蜗杆传动和丝杠的传动比得出电机转角和机械臂行程的对应关系，可以实现对抓手的位置精确控制。

现有的水下仿生机械手抓取物体受限制，特别是对于具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等的物体，例如大管径管体、大直径球形物体、刚性或柔性薄片等，不能很好的抓取。

发明内容

针对现有仿生机械手存在的如前所述的问题，本申请提供一种水陆两栖用吸附式柔性抓手，适用于具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等物体的取放，例如大管径管体、大直径球形物体、刚性或柔性薄片等，适用于大管径管体、大直径球形物体、刚性或柔性薄片等。

一种水陆两栖用吸附式柔性抓手，包括：

真空吸盘，包括中部以及环绕在中部外围的翼部，所述真空吸盘具有与待抓持物相配合的正面以及相对的背面；

柔性囊体，所述柔性囊体的一侧连接于所述真空吸盘的中部，所述柔性囊体具有：

第一状态，所述柔性囊体的外周壁与所述翼部的背面间隔布置；

第二状态，相对于所述第一状态、所述柔性囊体受挤压形变，且所述柔性囊体外周壁的至少一部分向所述翼部的背面贴靠。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，所述柔性囊体为旋转体且具有空间上的轴向，所述真空吸盘的中部连接于所述柔性囊体轴向的一端；

第一状态下，所述柔性囊体为腰鼓状；

第二状态下，所述柔性囊体为圆台状，且圆台下底面与所述翼部的背面贴靠。

进一步可选的，第二状态下，所述圆台下底面的外边缘超出所述翼部的外边缘。

可选的，所述真空吸盘具有：

初始状态，所述真空吸盘的正面整体上为曲面结构；

工作状态，在压差作用下形变，相对于所述初始状态、所述曲面结构曲率减小。

进一步可选的，工作状态下，以所述真空吸盘与待抓持物相配合的部位确立参照面，所述柔性囊体在第二状态下、所述圆台下底面的外边缘贴靠至所述参照面。

可选的，还包括：

连接基座，与所述真空吸盘分别连接在所述柔性囊体的两相对侧；

流体管路，经由所述连接基座连通至所述柔性囊体的内部。

可选的，所述流体管路包括流体输入管路和流体输出管路，流体输入管路和流体输出管路均密封贯穿于所述连接基座并与所述柔性囊体的内部相连通。

进一步地，所述流体输出管路贯通连接基座的中心处安装；所述流体输入管路和流体输出管路上均设置压力表和单向流量阀。

可选的，还包括：

真空管路，一端与所述真空吸盘相连通，另一端经由所述柔性囊体的内部贯穿出所述连接基座。

可选的，还包括：

吸盘安装基座，所述真空吸盘经由所述吸盘安装基座与所述柔性囊体相连，所述吸盘安装基座为可形变结构、以适应所述真空吸盘以及所述柔性囊体切换状态。

进一步地，所述吸盘安装基座具有：

起始状态，对应所述真空吸盘的初始状态、以及所述柔性囊体的第一状态；

第一次形变状态，对应所述真空吸盘的工作状态、以及所述柔性囊体的第一状态；

第二次形变状态，对应所述真空吸盘的工作状态、以及所述柔性囊体的第二状态。

更进一步地，所述吸盘安装基座在自身径向上由内而外依次包括装配部、延展部和裙边部；所述装配部与延展部与真空吸盘的中部贴靠固定；

所述起始状态下，裙边部相对于延展部翻翘远离所述真空吸盘，且与真空吸盘的翼部背面间隔布置；

所述第一次形变状态下，装配部相对于延展部进一步趋向所述参照面，此时延展部自身也一定程度趋向所述参照面；

所述第二次形变状态下，裙边部相对于延展部进一步趋向所述参照面，此时延展部自身也进一步趋向所述参照面。

更进一步地，所述延展部为具有环形凹槽的形变缓冲部。

优选地，所述环形凹槽以装配部的中心为圆心；

优选地，所述延展部的轴向截面呈Z形结构。

进一步地，所述延展部的两个面上均带有所述环形凹槽；且面向柔性囊体侧的环形凹槽位于面向真空吸盘侧的环形凹槽的外环。

可选的，所述吸盘安装基座还包括弧面底盘，所述弧面底盘具有与真空吸盘的中部壁面适配的弧形凹面；所述装配部与延展部通过该弧面底盘与真空吸盘的中部贴靠固定。

进一步地，还包括连接真空吸盘和吸盘安装基座的吸盘固定件，所述吸盘固定件包括连接轴，所述连接轴具有与真空吸盘连接的头部和与吸盘安装基座连接的尾部，所述头部的端部固定有限制真空吸盘轴向滑脱的限位垫片，所述连接轴内部沿其自身轴向具有连通真空吸盘和真空管路的通孔。

所述真空吸盘的中心、弧面底盘的中心以及装配部的中心之间通过固定件固定连接。更进一步地，所述真空管路通过管接头安装于所述装配部，所述连接轴的通孔与所述管接头的通孔密封对接。

可选的，还包括用于连接动力设备的设备接口，所述连接基座与该设备接口固定连接。

优选地，所述连接基座为刚性结构，沿其自身径向方向由内至外依次包括：

盘底，所述流体管路均贯通该盘底密封安装；

盘边，自所述盘底的边缘处向面向柔性囊体一侧翻翘延伸并具有与所述柔性囊体相适配的弧度；

进一步优选地，所述连接基座还包括筒形连接部，自所述盘底边缘处向背向所述柔性囊体一侧轴向延伸，所述连接基座通过该筒形连接部与设备接口固定连接。

可选的，所述柔性囊体的壁包括密封内层、装配外层以及贴合于密封内层与装配外层之间的加强中间层。

可选的，所述设备接口采用分体法兰盘结构，所述分体法兰盘中其中一个法兰盘抱紧在筒形连接部外周，所述装配外层轴向的一端沿筒形连接部的外壁面延伸并外翻形成径向的外翻边，所述外翻边固定夹持于两个法兰盘之间，所述密封内层轴向的一端贴合粘结于盘边的内表面；

所述装配外层轴向的另一端贴合粘结于裙边部的外表面、继续向真空吸盘延伸并向内翻折夹持于弧面底盘与真空吸盘之间，所述密封内层轴向的另一端贴合粘结于裙边部的内表面。

可选的，还包括设置于所述柔性囊体的中空腔体内的加热组件。

可选的，所述加热组件包括：

柔性导电介质，轴向的两端分别通过绝缘连接件与所述连接基座及吸盘安装基座固定连接；

防水电极，分别位于所述柔性导电介质轴向的两端并与柔性导电介质连接；

以及用于连接两个电极及外部电源的导线，所述导线贯穿所述连接基座并与连接基座之间密封固定。

可选的，所述柔性导电介质为封闭的中空结构。

优选地，所述真空管路轴向贯穿该柔性导电介质的轴心；

优选地，所述柔性导电介质为石墨烯编织布。

可选的，所述柔性导电介质沿其轴向具有间隔设置的膨胀段和收缩颈段。

优选地，位于轴向中心处为膨胀段，且中心处膨胀段的直径大于其他膨胀段的直径；

优选地，所述防水电极为环状结构，套装固定于柔性导电介质轴向两端的外壁面。

与现有技术相比，本申请至少具有如下有益效果之一：

(1)本申请的抓手可水陆两栖使用，特别是可深水使用；

(2)本申请的抓手能稳定的取放具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等的物体，例如大管径管体、大直径球形物体、刚性或柔性薄片等；

(3)本申请的抓手在取放具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等的物体时可对抓取物体进行均衡施压。

(4)本申请的抓手尤其适用于抓取柔性薄片，例如修复水下装备的表面时抓取橡胶片，抓取时能适应柔性物体的形变，贴合至目标表面时能对橡胶片均衡施压，使橡胶片与目标表面贴合度更好。

附图说明

图1～图3是本申请水陆两栖用吸盘式柔性抓手的不同角度立体图；

图4为本申请水陆两栖用吸盘式柔性抓手的侧视图；

图5为本申请水陆两栖用吸盘式柔性抓手的轴向剖视图；

图6和图7为真空吸盘、吸盘安装基座不同角度的分体示意图；

图8为去掉柔性囊体部分及设备接口部分的分体示意图；

图9为本申请的柔性抓手接触物体表面初始状态下的示意图；

图10为本申请的柔性抓手其真空吸盘抓住物体时的状态示意图；

图11为本申请的柔性抓手将物体放到位置后施加压力时的状态示意图。

图中所示附图标记如下：

10、真空吸盘，11、中部，12、翼部，13、吸盘固定件；

20、柔性囊体，21、密封内层，22、装配外层，23、加强中间层；

30、设备接口，31、第一法兰盘，32、第二法兰盘，33、螺栓；

40、吸盘安装基座，41、装配部，42、延展部，42a、环形凹槽，43、裙边部，44、弧面底盘；

50、连接基座，51、盘底，52、盘边，53、筒形连接部；

60、真空管路，61、管接头；

70、进气/液管路，71、进气/液流量阀；

80、出气/液管路，81、出气/液流量阀；

90、加热组件，91、柔性导电介质，92、绝缘连接件，93、防水电极，94、导线；

100、待抓持物。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了更好地描述和说明本申请的实施例，可参考一幅或多幅附图，但用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对本申请的发明创造、目前所描述的实施例或优选方式中任何一者的范围的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

如图1、图5、图9～图11所示，一种水陆两栖用吸附式柔性抓手，包括真空吸盘10和柔性囊体20。

真空吸盘10包括中部11以及环绕在中部11外围的翼部12，真空吸盘10具有与待抓持物100相配合的正面以及相对的背面。真空吸盘具有初始状态和工作状态，初始状态下(参见图9)，真空吸盘10的正面整体上为曲面结构；工作状态(参见图10和图11)下，在压差作用下形变，相对于初始状态其曲面结构曲率减小。

柔性囊体20的一侧连接于真空吸盘10的中部11，柔性囊体20具有第一状态和第二状态，第一状态下(参见图9和图10)，柔性囊体20的外周壁与翼部12的背面间隔布置；第二状态下(参见图11)，相对于第一状态、柔性囊体20受挤压形变，且形变后的柔性囊体外周壁的至少一部分向翼部12的背面贴靠。

作为柔性囊体的一种优选实施方式，柔性囊体20为旋转体，第一状态下(参见图9和图10)，柔性囊体20为腰鼓状；第二状态下(参见图11)，柔性囊体20为圆台状，且圆台下底面与真空吸盘10的翼部12的背面贴靠。柔性囊体20具有空间上的轴向，真空吸盘10的中部11连接于柔性囊体20轴向的一端。

关于柔性囊体与真空吸盘的大小适配关系，较优选地，在第二状态下，柔性囊体20圆台下底面的外边缘超出真空吸盘10翼部12的外边缘。进一步地，为方便表述，定义在真空吸盘工作状态下以真空吸盘10与待抓持物100相配合的部位确立参照面A，柔性囊体在第二状态下其圆台下底面的外边缘贴靠至参照面A。

本申请的柔性抓手通过其工作过程中的形变，适用于抓取具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等的物体，例如大管径管体、大直径球形物体、刚性或柔性薄片等，尤其适用于抓取柔性或刚性薄片结构，例如，用于修补水下设备缝隙过程中取放橡胶片；取时真空吸盘与橡胶片贴合吸附，贴至目标表面后通过机械手压柔性囊体，从而压橡胶片，使橡胶片与修补面之间更好贴合。

为方便柔性囊体的安装，本申请的柔性抓手还包括连接基座50，连接基座50与真空吸盘10分别连接在柔性囊体20轴向上的两相对侧。本申请的柔性抓手还包括流体管路(进气/液管路70和出气/液管路80)，流体管路经由连接基座50连通至柔性囊体20的内部。

为方便控制真空吸盘10的压差，本申请的柔性抓手还包括真空管路60，真空管路60的一端与真空吸盘10相连通，另一端经由柔性囊体20的内部贯穿出连接基座50。

为更好的实现柔性囊体与真空吸盘的装配及状态变化的适配，本申请的柔性抓手还包括吸盘安装基座40，真空吸盘10经由吸盘安装基座40与柔性囊体20相连，吸盘安装基座40为可形变结构，以适应真空吸盘10以及柔性囊体20切换状态。

为便于与动力结构连接，本申请的柔性抓手还包括用于连接动力设备的设备接口30，连接基座50与该设备接口30固定连接。

如图1～图5所示，一种较优选的实施方式中，柔性抓手包括：真空吸盘10、吸盘安装基座40、柔性囊体20、连接基座50、真空管路60、流体管路(进气/液管路70和出气/液管路80)，为方便与动力设备连接，还包括设备接口30，设备接口30用于连接动力设备。连接基座50与设备接口30之间固定连接；柔性囊体20内具有可充气或充液的中空腔体，柔性囊体20大致呈球体，具有空间上的轴向，轴向的一端与连接基座50密封固定连接，柔性囊体20轴向的另一端通过吸盘安装基座40与真空吸盘10之间密封固定连接；真空管路60一端密封贯穿连接基座50用于连接抽水/抽真空设备、另一端穿过柔性囊体20的中空腔体及吸盘安装基座40并与真空吸盘10相连通；进气/液管路70和出气/液管路80均密封贯穿于连接基座50，进气/液管路70和出气/液管路80均与柔性囊体20的中空腔体相连通。

吸盘安装基座40为可形变结构，以适应真空吸盘10以及柔性囊体20切换状态。具体的，吸盘安装基座40具有初始的起始状态(对应图9)、适应真空吸盘10形变的第一次形变状态(对应图10)和同时适应真空吸盘10与柔性囊体20形变的第二次形变状态(对应图11)。吸盘安装基座40的起始状态对应真空吸盘10的初始状态以及柔性囊体20的第一状态；吸盘安装基座40的第一次形变状态对应真空吸盘10的工作状态以及柔性囊体20的第一状态；吸盘安装基座40的第二次形变状态对应真空吸盘10的工作状态以及柔性囊体20的第二状态。

在柔性抓手工作的过程中，吸盘安装基座40随真空吸盘10和柔性囊体20的状态变化依次发生两次形变：抓取物体时，真空吸盘10在压差变化下形变由初始状态切换至工作状态，此时，吸盘安装基座40第一次形变以适应真空吸盘10的状态变化，此时对应第一次形变状态(图10)；物体放置于目标表面后，通过动力设备对柔性囊体施压，柔性囊体形变由第一状态切换至第二状态，此时，吸盘安装基座40第二次形变以适应柔性囊体20的状态变化，此时对应第二次形变状态(图11)。柔性囊体形变可对抓取物均衡施压，使抓取物表面更好贴合于目标表面。

作为吸盘安装基座的一种优选实施方式，吸盘安装基座40在自身径向上由内而外依次包括装配部41、延展部42和裙边部43；其中的装配部41与延展部42与真空吸盘10的中部11贴靠固定；吸盘安装基座40起始状态下，其裙边部43相对于延展部42翻翘并远离真空吸盘10，且与真空吸盘10的翼部12背面间隔布置；吸盘安装基座40第一次形变状态下，其装配部41相对于延展部42进一步趋向参照面A，此时延展部42本身也一定程度上趋向于参照面A；吸盘安装基座40第二次形变状态下，其裙边部43相对于延展部42进一步趋向参照面A，此时延展部42本身也进一步趋向于参照面A。

为便于装配，位于中心的装配部41为实心结构；为更好地适应形变，位于装配部41外援的延展部42为具有环形凹槽42a的形变缓冲部；较优选地，环形凹槽42a以装配部41的中心为圆心。环形凹槽的设计有利于在柔性囊体施压时吸盘连接基座的形变先行压在真空吸盘上，使真空吸盘更好地与待抓取物表面贴合。作为延展部42的一种优选实施方式，延展部42上面向柔性囊体20和面向真空吸盘10的两个面上均带有环形凹槽42a；更优选地，面向柔性囊体侧的环形凹槽位于面向真空吸盘侧的环形凹槽的外环，在延展部的轴向截面为Z形结构。

为便于与真空吸盘10的装配，吸盘安装基座40还包括弧面底盘44，弧面底盘44在面向真空吸盘的一面具有与真空吸盘10的中部11壁面适配的弧形凹面，通过其弧形凹面与真空吸盘贴合连接，背向真空吸盘10的一面为弧形凸面，整体呈弧面盘状结构。弧面底盘为可形变材质制成，例如可选择选择抗老化、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳性好的材质，同时满足连接强度和形变要求，

其中装配部41与延展部42通过该弧面底盘44与真空吸盘10的中部11贴靠固定。进一步地，真空吸盘10的中心、弧面底盘44的中心以及装配部41的中心之间通过吸盘固定件13固定连接，同时真空吸盘与吸盘安装基座之间也通过胶水固定。作为吸盘固定件的一种实施方式，吸盘固定件13包括连接轴，连接轴分为与真空吸盘连接的头部和与吸盘安装基座连接的尾部，头部的端部固定有限制真空吸盘轴向脱出的限位垫片，尾部的外周壁带有与弧面底盘44的中心以及装配部41的中心螺纹配合的外螺纹。进一步地，为加强真空吸盘的稳定性，连接轴上且位于真空吸盘与弧面底盘之间也套设有垫片。连接轴沿其自身轴向具有通孔，该通孔用于连通真空管路60与真空吸盘10；真空管路60通过管接头61固定安装于装配部41上，管接头61的通孔与吸盘固定件13的通孔密封对接。

真空吸盘两侧的垫片同时也起到密封作用，较优选的实施方式中，真空吸盘两侧的垫片也可采用曲率与真空吸盘一致的弧面结构，材质采用可形变材质，以在真空吸盘及吸盘安装基座的形变过程中更好的实现密封。

与真空吸盘10相对的另一端，柔性囊体20与连接基座50密封固定连接，作为连接基座50的一种实施方式，结合图5～图8，连接基座50采用刚性结构，沿其自身径向方向由内至外依次包括盘底51和盘边52，真空管路60、进气/液管路70和出气/液管路80均贯通该盘底密封安装；盘边52自盘底51的边缘处向面向柔性囊体20一侧翻翘延伸并具有与柔性囊体20相适配的弧度。为方便与设备接口30连接，连接基座50还包括筒形连接部53，筒形连接部53自盘底51边缘处向背向柔性囊体20一侧轴向延伸，连接基座50通过该筒形连接部53与设备接口30固定连接。作为设备接口30的一种实施方式，可采用分体法兰盘结构，包括第一法兰盘31和第二法兰盘32，其中第二法兰盘32抱紧在筒形连接部53外周，第一法兰盘与第二法兰盘之间通过螺栓33固定连接。

柔性囊体大致呈球形结构，轴向的两端分别连接吸盘安装基座和连接基座，作为柔性囊体的一种实施方式，柔性囊体20的壁至少包括密封内层21和装配外层22。较优选的实施方式中，柔性囊体的壁还包括贴合于密封内层21与装配外层22之间的加强中间层23，即柔性囊体的壁呈三层结构。密封内层主要用于确保中空腔体内的密封性，装配外层主要用于与连接基座及吸盘安装基座装配连接，加强中间层23主要用于加强囊体壁的强度，作为柔性囊体壁各层材质的选择，密封内层选择表面能低、易清洁、柔性好的材料；加强中间层选择硬度低、柔性好、便于封装的材料；装配外层选择抗老化、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳性好的材料。

装配外层22轴向的一端沿筒形连接部53的外壁面延伸并外翻形成径向的外翻边，外翻边固定夹持于两个法兰盘之间并由螺栓33固定，装配外层22轴向的另一端贴合粘结于裙边部43外表面、继续向真空吸盘10侧延伸并向内翻折夹持固定于弧面底盘44与真空吸盘10之间，并通过胶水连接。密封内层21轴向的一端贴合粘结于盘边52的内表面，密封内层21轴向的另一端贴合粘结于裙边部43的内表面。加强中间层23贴合连接于密封内层与装配外层之间，轴向的两端分别抵靠于盘边52和裙边部43的边缘处。

进气/液管路是指该管路既可用于进气也可用于进液，一管两用；出气/液管路作相同解释；抽水/抽真空气设备是指真空管路外接抽水设备或抽气设备，用作水下工作时，连接抽水设备，例如抽水泵，用作陆地工作时，连接抽气设备，例如真空泵。

进气/液管路70和出气/液管路80均贯通连接基座50的盘底51安装，一种分布方式中，出气/液管路80贯通连接基座的盘底51中心处安装，有利于柔性囊体内部液体的或气体的排尽。

进气/液管路70上设置进气/液流量阀71和压力表，出气/液管路80上出气/液流量阀81和压力表。进出流量阀均为单向阀，具有止回作用。在水下使用时，进气/液管路上的流量阀可以根据流量阀监控柔性腔体内部液体的体积，从而控制柔性囊体内无气体，在深水区使用时不受气压影响；出气/液管路上的流量阀在排液时可以根据流量阀上的数据确定液体是否排尽。在陆地上使用时，流量阀可以根据进气和出气控制柔性囊体的体积。

本申请的柔性抓手在解决具有较大弧形表面、球形表面以及平整表面等物体的取放问题基础上，以进一步解决极端环境下的适用性问题。具体的，还包括设置于柔性囊体20的中空腔体内的加热组件90。加热组件用于对柔性囊体20内的气体或液体加热，使柔性囊体20内的气体或液体保持恒温，适用于水下或陆地低温环境。

作为加热组件的一种实施方式，结合图5和图8，加热组件90包括柔性导电介质91、绝缘连接件92、防水电极93和导线94，柔性导电介质91轴向的两端分别通过绝缘连接件92与连接基座50及吸盘安装基座40固定连接，其中一个绝缘连接件92与连接基座50的盘底固定连接，连接处密封处理，另一个绝缘连接件92与吸盘安装基座40的装配部41固定连接；固定连接处均可采用可拆卸方式连接。防水电极93分别位于柔性导电介质91轴向的两端并与柔性导电介质91相连接；导线94连接两个防水电极93及外部电源，导线94贯穿连接基座50并与连接基座50之间密封固定。

柔性导电介质一方面在通电状态下发热，可对柔性囊体内的液体或气体进行加热，以保持柔性囊体内的恒温，另一方面在柔性囊体形变时可随柔性囊体形变，作为柔性导电介质的一种实施方式，柔性导电介质91为石墨烯编织布，可市购获得。

较优选的实施方式中，柔性导电介质91为封闭的中空结构，并与柔性囊体同轴设置，真空管路60轴向贯穿该柔性导电介质91的轴心安装。为更好的适应柔性囊体的形变，柔性导电介质91沿其轴向具有间隔设置的膨胀段和收缩颈段。更优选的，位于轴向中心处为膨胀段，且中心处膨胀段的直径大于其他膨胀段的直径。

作为防水电极的一种实施方式，防水电极为环状结构，套装固定于柔性导电介质轴向两端的外壁面。

本申请的柔性囊体内可充气或充液，水陆两用：

用于水下工作时：先将液体从流体输入管路注入柔性囊体的中空腔体内，注液的同时将柔性腔体内的气体经流体输出管路排尽；注液完成后关闭流体输入管路和流体输出管路；设备接口连接动力设备，真空管路连接抽水设备，真空吸盘贴合于待抓持物体表面，此时，所述真空吸盘处于初始状态，柔性囊体处于第一状态；然后抽水设备通过真空管路将真空吸盘与待抓持物体表面之间的液体抽出，使真空吸盘与物品表面之间形成负压，真空吸盘形变紧贴待移动物品表面，该过程中所述真空吸盘由初始状态切换至工作状态，所述柔性囊体仍处于第一状态；

待抓持物体移动至目标表面后，通过动力设备施力压迫柔性囊体，柔性囊体形变以对抓取物体均衡施压，该过程中，所述真空吸盘始终处于工作状态，所述柔性囊体由第一状态切换至第二状态；

释放对真空吸盘和柔性囊体的压力，所述真空吸盘恢复至初始状态，所述柔性囊体恢复至第一状态，完成一个取放过程，进入下一循环；

用于陆地工作时：先将气体从流体输入管路注入柔性囊体的中空腔体内；充气完成后关闭流体输入管路和流体输出管路；设备接口连接动力设备，真空管路连接抽气设备，真空吸盘贴合于待抓持物体表面，此时，所述真空吸盘处于初始状态，柔性囊体处于第一状态；然后抽气设备通过真空管路将真空吸盘与待抓持物体表面之间的气体抽出，使真空吸盘与物品表面之间形成负压，真空吸盘形变紧贴待移动物品表面，该过程中所述真空吸盘由初始状态切换至工作状态，所述柔性囊体仍处于第一状态；

待抓持物体移动至目标表面后，通过动力设备施力压迫柔性囊体，柔性囊体形变以对抓取物体均衡施压，该过程中，所述真空吸盘始终处于工作状态，所述柔性囊体由第一状态切换至第二状态；

释放对真空吸盘和柔性囊体的压力，所述真空吸盘恢复至初始状态，所述柔性囊体恢复至第一状态，完成一个取放过程，进入下一循环。

可选的，所述柔性抓手进入工作状态前和/或工作过程中，接通加热组件，对柔性囊体内的气体/液体加热，使柔性囊体内保持恒温状态。

本申请的柔性抓手水下应用场景之一为修补水下装备如船体表面缝隙时抓取橡胶片，涂胶完成后可利用本申请的柔性抓手抓取橡胶片并贴合至涂胶表面，具体的：

(1)下水使用前先将液体从进气/液管路注入柔性囊体20的中空腔体内，注液的同时将柔性腔体内的气体从出气/液管路排尽；注液完成后关闭进气/液管路和出气/液管路；通过设备接口连接机械手，真空管路连接抽水设备。

(2)真空吸盘贴10合于待抓持物体100(如橡胶片)表面，此时真空吸盘10处于初始状态，柔性囊体20处于第一状态，吸盘安装基座40处于起始状态，如图9所示。

(3)抽水设备通过真空管路将真空吸盘10与待抓持物体100表面之间的液体抽出，使真空吸盘与待抓持物体表面之间形成负压，真空吸盘10形变紧贴待抓持物体100(如橡胶片)表面，此时真空吸盘10形变切换至工作状态，柔性囊体20仍处于第一状态，吸盘安装基座40第一次形变状态，如图10所示。

(4)待抓持物体100(如橡胶片)移动至目标表面后，通过机械手施力压迫柔性囊体20，柔性囊体20形变以对待抓持物体均衡施压，此时柔性囊体20切换至第二状态，真空吸盘10仍处于工作状态，吸盘安装基座40处于第二次形变状态，如图11所示，柔性囊体20将真空吸盘10包裹在柔性囊体与待抓持物体100接触面的中心。

(5)释放对真空吸盘10和柔性囊体20的压力，柔性囊体10和真空吸盘20复位，吸盘安装基座40也自动恢复至起始状态，即回复至图9所示的状态；完成一个取放过程，进入下一循环。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (20)

1.一种水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，包括：

真空吸盘，包括中部以及环绕在中部外围的翼部，所述真空吸盘具有与待抓持物相配合的正面以及相对的背面；

柔性囊体，所述柔性囊体的一侧连接于所述真空吸盘的中部，所述柔性囊体具有：

第一状态，所述柔性囊体的外周壁与所述翼部的背面间隔布置；

第二状态，相对于所述第一状态、所述柔性囊体受挤压形变，且所述柔性囊体外周壁的至少一部分向所述翼部的背面贴靠。

2.根据权利要求1所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述柔性囊体为旋转体且具有空间上的轴向，所述真空吸盘的中部连接于所述柔性囊体轴向的一端；

第一状态下，所述柔性囊体为腰鼓状；

第二状态下，所述柔性囊体为圆台状，且圆台下底面与所述翼部的背面贴靠。

3.根据权利要求2所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，第二状态下，所述圆台下底面的外边缘超出所述翼部的外边缘。

4.根据权利要求2所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述真空吸盘具有：

初始状态，所述真空吸盘的正面整体上为曲面结构；

工作状态，在压差作用下形变，相对于所述初始状态、所述曲面结构曲率减小。

5.根据权利要求4所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，工作状态下，以所述真空吸盘与待抓持物相配合的部位确立参照面，所述柔性囊体在第二状态下、所述圆台下底面的外边缘贴靠至所述参照面。

6.根据权利要求5所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，还包括：

连接基座，与所述真空吸盘分别连接在所述柔性囊体的两相对侧；

流体管路，经由所述连接基座连通至所述柔性囊体的内部。

7.根据权利要求6所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，还包括：

真空管路，一端与所述真空吸盘相连通，另一端经由所述柔性囊体的内部贯穿出所述连接基座。

8.根据权利要求5所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，还包括：

吸盘安装基座，所述真空吸盘经由所述吸盘安装基座与所述柔性囊体相连，所述吸盘安装基座为可形变结构、以适应所述真空吸盘以及所述柔性囊体切换状态。

9.根据权利要求8所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述吸盘安装基座具有：

起始状态，对应所述真空吸盘的初始状态、以及所述柔性囊体的第一状态；

第一次形变状态，对应所述真空吸盘的工作状态、以及所述柔性囊体的第一状态；

第二次形变状态，对应所述真空吸盘的工作状态、以及所述柔性囊体的第二状态。

10.根据权利要求9所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述吸盘安装基座在自身径向上由内而外依次包括装配部、延展部和裙边部；所述装配部与延展部与真空吸盘的中部贴靠固定；

所述起始状态下，裙边部相对于延展部翻翘远离所述真空吸盘，且与真空吸盘的翼部背面间隔布置；

所述第一次形变状态下，装配部相对于延展部进一步趋向所述参照面；

所述第二次形变状态下，裙边部相对于延展部进一步趋向所述参照面。

11.根据权利要求10所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述延展部为具有环形凹槽的形变缓冲部；

优选地，所述环形凹槽以装配部的中心为圆心；

优选地，所述延展部的轴向截面呈Z形结构。

12.根据权利要求10所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述吸盘安装基座还包括弧面底盘，所述弧面底盘具有与真空吸盘的中部壁面适配的弧形凹面；所述装配部与延展部通过该弧面底盘与真空吸盘的中部贴靠固定；

优选地，还包括连接真空吸盘和吸盘安装基座的吸盘固定件，所述吸盘固定件包括连接轴，所述连接轴具有与真空吸盘连接的头部和与吸盘安装基座连接的尾部，所述头部的端部固定有限制真空吸盘轴向滑脱的限位垫片，所述连接轴内部沿其自身轴向具有连通真空吸盘和真空管路的通孔；

更进一步优选地，所述真空管路通过管接头安装于所述装配部，所述连接轴的通孔与所述管接头的通孔密封对接。

13.根据权利要求6所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，还包括用于连接动力设备的设备接口，所述连接基座与该设备接口固定连接；

优选地，所述连接基座为刚性结构，沿其自身径向方向由内至外依次包括：

盘底，所述流体管路均贯通该盘底密封安装；

盘边，自所述盘底的边缘处向面向柔性囊体一侧翻翘延伸并具有与所述柔性囊体相适配的弧度；

进一步优选地，所述连接基座还包括筒形连接部，自所述盘底边缘处向背向所述柔性囊体一侧轴向延伸，所述连接基座通过该筒形连接部与设备接口固定连接。

14.根据权利要求1～13任一项权利要求所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述柔性囊体的壁包括密封内层、装配外层以及贴合于密封内层与装配外层之间的加强中间层。

15.根据权利要求14所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述设备接口采用分体法兰盘结构，所述分体法兰盘中其中一个法兰盘抱紧在筒形连接部外周，所述装配外层轴向的一端沿筒形连接部的外壁面延伸并外翻形成径向的外翻边，所述外翻边固定夹持于两个法兰盘之间，所述密封内层轴向的一端贴合粘结于盘边的内表面；

所述装配外层轴向的另一端贴合粘结于裙边部的外表面、继续向真空吸盘延伸并向内翻折夹持于弧面底盘与真空吸盘之间，所述密封内层轴向的另一端贴合粘结于裙边部的内表面。

16.根据权利要求1～13任一项权利要求所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，还包括设置于所述柔性囊体的中空腔体内的加热组件。

17.根据权利要求16所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述加热组件包括：

柔性导电介质，轴向的两端分别通过绝缘连接件与所述连接基座及吸盘安装基座固定连接；

防水电极，分别位于所述柔性导电介质轴向的两端并与柔性导电介质连接；

以及用于连接两个电极及外部电源的导线，所述导线贯穿所述连接基座并与连接基座之间密封固定。

18.根据权利要求17所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述柔性导电介质为封闭的中空结构；

优选地，所述真空管路轴向贯穿该柔性导电介质的轴心；

优选地，所述柔性导电介质为石墨烯编织布。

19.根据权利要求18所述的水陆两栖用吸附式柔性抓手，其特征在于，所述柔性导电介质沿其轴向具有间隔设置的膨胀段和收缩颈段；

优选地，位于轴向中心处为膨胀段，且中心处膨胀段的直径大于其他膨胀段的直径；

优选地，所述防水电极为环状结构，套装固定于柔性导电介质轴向两端的外壁面。

20.一种物件抓取方法，其特征在于，包括：

用于水下工作时：先将液体从流体输入管路注入柔性囊体的中空腔体内，注液的同时将柔性腔体内的气体经流体输出管路排尽；注液完成后关闭流体输入管路和流体输出管路；设备接口连接动力设备，真空管路连接抽水设备，真空吸盘贴合于待抓持物体表面，此时，所述真空吸盘处于初始状态，柔性囊体处于第一状态；然后抽水设备通过真空管路将真空吸盘与待抓持物体表面之间的液体抽出，使真空吸盘与物品表面之间形成负压，真空吸盘形变紧贴待移动物品表面，该过程中所述真空吸盘由初始状态切换至工作状态，所述柔性囊体仍处于第一状态；

待抓持物体移动至目标表面后，通过动力设备施力压迫柔性囊体，柔性囊体形变以对抓取物体均衡施压，该过程中，所述真空吸盘始终处于工作状态，所述柔性囊体由第一状态切换至第二状态；

释放对真空吸盘和柔性囊体的压力，所述真空吸盘恢复至初始状态，所述柔性囊体恢复至第一状态，完成一个取放过程，进入下一循环；

用于陆地工作时：先将气体从流体输入管路注入柔性囊体的中空腔体内；充气完成后关闭流体输入管路和流体输出管路；设备接口连接动力设备，真空管路连接抽气设备，真空吸盘贴合于待抓持物体表面，此时，所述真空吸盘处于初始状态，柔性囊体处于第一状态；然后抽气设备通过真空管路将真空吸盘与待抓持物体表面之间的气体抽出，使真空吸盘与物品表面之间形成负压，真空吸盘形变紧贴待移动物品表面，该过程中所述真空吸盘由初始状态切换至工作状态，所述柔性囊体仍处于第一状态；

待抓持物体移动至目标表面后，通过动力设备施力压迫柔性囊体，柔性囊体形变以对抓取物体均衡施压，该过程中，所述真空吸盘始终处于工作状态，所述柔性囊体由第一状态切换至第二状态；

释放对真空吸盘和柔性囊体的压力，所述真空吸盘恢复至初始状态，所述柔性囊体恢复至第一状态，完成一个取放过程，进入下一循环；

可选的，所述柔性抓手进入工作状态前和/或工作过程中，接通加热组件，对柔性囊体内的气体/液体加热，使柔性囊体内保持恒温状态。

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