CN115122387B - 一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，包括切换装置，所述切换装置的下方设有仿生软体手爪、工业软体手爪，所述仿生软体手爪、工业软体手爪下方的中部均设有定位装置，所述仿生软体手爪、工业软体手爪内均设有手爪控制平台。本发明采用上述的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，具有自动化程度高、效率高、减少人工劳动的特点。

Description

一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统

技术领域

本发明涉及软体夹持技术领域，尤其是涉及一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统。

背景技术

随着社会不断的进步，人们在很多新的领域对于机械手有了新的要求，例如对食品的分拣、对易碎物品的抓取、对海洋软体生物的无损捕捉以及辅助患者进行运动型医疗康复等。在这些应用场景中，由于环境刚度较低，传统的刚性机械手很难与环境刚度相匹配。因此，难以实现上述工作场景的工作要求，而灵巧手想要实现此类操作需要较高的硬件成本与十分复杂的控制系统，不利于推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，用以解决家居服务过程中抓取柔软易碎物体困难的问题，能通过识别物体的位姿与尺寸大小，自动切换手爪类型且牢固地抓取物体，降低人工劳动。

为实现上述目的，本发明提供了一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，包括切换装置，所述切换装置的下方设有仿生软体手爪、工业软体手爪，所述仿生软体手爪、工业软体手爪下方的中部均设有定位装置，所述仿生软体手爪、工业软体手爪内均设有手爪控制平台。

优选的，所述仿生软体手爪、工业软体手爪，包括位于第一法兰盘组件上的手指夹具、设置于手指夹具上的夹持手指，所述夹持手指包括依次设置的充气弯曲形变层、限制形变层和接触形变层，所述充气弯曲形变层的外表面设有若干个凹槽，其内部设有与凹槽对应的空腔，所述空腔之间连通。

更优选的，所述手指夹具的一侧设有测距传感器。

更优选的，所述工业软体手爪的手指夹具包括均布于第一法兰盘组件下方的支撑臂，所述支撑臂之间的夹角为120°，所述手指夹具通过末端固定件连接在支撑臂的锯齿形滑槽内，所述固定件中心设有与滑槽垂直对应的调节孔，所述调节孔内设有与滑槽对应的滚动轴承，所述固定件的一侧设有与滚动轴承连接的动力组件。

更优选的，所述充气弯曲形变层的材质为ecoflex00-30硅橡胶，所述限制形变层的材质为PDMS材料，所述接触形变层的材质为硅胶。

更优选的，所述切换装置包括位于第二法兰盘组件下方的连杆，所述连杆的顶端设有位于第二法兰盘组件上方的电机，所述连杆两侧的末端设有位于第二法兰盘组件下方滑轨内的滑块，所述连杆上靠近顶端的一侧还设有滑道。

更优选的，两侧的所述滑块分别通过固定孔与所述第一法兰盘组件上方的连接件连接。

更优选的，所述连接件的上方还设有与所述滑块连接的气缸。

更优选的，所述定位装置包括位于所述第一法兰盘组件下方相机支架上的广角相机，所述相机支架与所述手指夹具的中心位置对应。

更优选的，所述手爪控制平台包括设置于所述接触形变层内的压力传感器和设置于所述充气弯曲形变层内的弯曲传感器、气压传感器。

因此，本发明采用上述一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，具有通过自动识别物体位姿与尺寸来切换软体手爪，从而精准且牢固抓取物体的特点，使用方便，操作简单，抓取效率高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的总体装配示意图；

图2是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的工业软体手爪的三维结构示意图；

图3是本发明一种可自动切换抓取柔软易碎物体的仿生软体手爪的三维结构示意图；

图4是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的切换装置的机械结构三维示意图；

图5是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的切换装置内部结构示意图；

图6是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的切换装置底部结构示意图；

图7是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的夹持手指结构示意图；

图8是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的气压控制回路及切换原理图；

图9是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的切换机制的气路原理图；

图10是本发明的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统的继电器控制电路。

附图标记

1、第一法兰盘组件；2、手指夹具；3、充气弯曲形变层；4、限制形变层；5、接触形变层；6、广角相机；7、工业软体手爪；8、仿生软体手爪；9、动力组件；10、滚动轴承；11、气缸；12、电机；13、连杆；14、滑轨；15、滑块；16、滑道；17、气腔。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一

如图1所示，一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，包括切换装置，切换装置的下方设有仿生软体手爪8、工业软体手爪7，仿生软体手爪8、工业软体手爪7下方的中部均设有定位装置，仿生软体手爪8、工业软体手爪7内均设有手爪控制平台。

如图2-3所示，仿生软体手爪8、工业软体手爪7包括位于第一法兰盘组件1上的手指夹具2、设置于手指夹具2上的夹持手指，夹持手指包括依次设置的材质为ecoflex00-30硅橡胶的充气弯曲形变层3、材质为PDMS材料的限制形变层4和材质为硅胶的接触形变层5。如图7所示，充气弯曲形变层3的外表面设有若干个凹槽，其内部设有与凹槽对应的气腔17，气腔17之间连通，气腔17充气后会产生形变；限制形变层4不可压缩、拉伸，二者搭配，气腔17充气后即会发生定向弯曲形变，有利于随物体位姿与尺寸的变化，稳固抓取柔软脆弱的物体，适应性好。第一法兰盘组件1以螺栓连接方式将手指夹具2与切换装置的连接件连接起来。其中，工业软体手爪7的手指夹具2包括均布于第一法兰盘组件1下方的支撑臂，支撑臂之间的夹角为120°，手指夹具2通过末端固定件连接在支撑臂的锯齿形滑槽内，固定件中心设有与滑槽垂直对应的调节孔，调节孔内设有与滑槽对应的滚动轴承10，固定件的一侧设有与滚动轴承10连接的动力组件9。夹持手指的末端与手指夹具2的固定件通过螺栓连接；动力组件9通过驱动固定件的滚动轴承10在锯齿形滑槽中滚动，灵活改变软体手爪的抓持半径，便于软体手爪夹持各类型、尺寸的物体。

如图4-6所示，切换装置包括位于第二法兰盘组件下方的连杆13，连杆13的顶端设有位于第二法兰盘组件上方的电机12，其两侧的末端以铰接方式连有位于第二法兰盘组件下方滑轨14内的滑块15，连杆13上靠近顶端的一侧还设有滑道16。两侧的滑块15分别通过固定孔与第一法兰盘组件1上方的连接件连接，连接件的上方还设有与滑块15连接的气缸11，连接方式为螺栓连接。滑轨14为滑块15提供移动轨道；滑道16为连杆13转动提供稳固作用；电机12作为动力源，驱动连杆13转动，从而切换软体手爪类型。

如图2所示，定位装置包括位于第一法兰盘组件1下方相机支架上的广角相机6，相机支架与手指夹具2的中心位置对应，测距传感器通过螺钉连接于手指夹具2的一侧，连接方式均为螺钉连接。其中，测距传感器未在图中标注。广角相机6和测距传感器通过将采集的抓取目标图像信息发送给上位机处理，从而确定物体的位姿与尺寸大小，便于自动切换软体手爪类型与调节手指夹持尺寸，精准抓取物体。

如图8-10所示，手爪控制平台包括设置于接触形变层5内的压力传感器和设置于充气弯曲形变层3内的弯曲传感器、气压传感器，传感器位于夹持手指中，能够更加精准、安全且牢固地夹持柔软易碎的物体。电磁换向阀、微型空气压缩机、开关阀、比例阀、油雾分离器、灰尘过滤器与气压传感器共同组成气压控制回路；单片机和继电器集成在一块电路板上，单片机能发送信号并通过继电器控制电磁换向阀，从而控制气缸11，实现对两种软体手爪的相互切换。

软体手爪切换机制：当广角相机6识别到长径比大于5的物体时，系统自动将手爪切换为仿生软体手爪8，因为仿生软体手爪8对长径比较大的物体有良好的抓持效率；当广角相机6识别到长径比小于等于5的物体时，系统自动将仿生软体手爪8切换为工业软体手爪7，并根据广角相机6传来的尺寸信息控制动力组件9调节工业软体手爪7的尺寸，因为工业软体手爪7对长径比较小的物体有良好的抓持效率。切换动作通过连杆转动结构和气缸11推动来实现。

具体工作过程：首先，由广角相机6和测距传感器对抓取目标的信息进行采集并上传给上位机，上位机对信息进行处理得出位姿信息，通过计算判断需要用到的软体手爪种类。然后，上位机发出动作信号给单片机，单片机控制比例阀对空气压缩机充入的气压进行调节，并控制电磁换向阀的线圈吸合使电磁换向阀动作，接着控制开关阀线圈吸合使电磁开关阀动作，进而充入适当的气压带动夹持手指动作。同时，气压传感器、压力传感器和弯曲传感器向单片机发送气压和弯曲数据信息，当单片机接收到的角度信息等于由气压信息在控制器中计算得到的目标位置，并且接收到的压力传感器达到目标压力时，单片机控制继电器断开，电磁开关阀失电，电磁开关阀回到关闭位置，夹持手指停止动作。

因此，本发明采用上述一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，操作简单，使用方便，能通过识别物体的位姿与尺寸大小，自动切换软体手爪类型，实现牢固、精准、高效地抓取柔软易碎的物体，降低了人工劳动。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，其特征在于：包括切换装置，所述切换装置的下方设有仿生软体手爪、工业软体手爪，所述仿生软体手爪、工业软体手爪下方的中部均设有定位装置，所述仿生软体手爪、工业软体手爪内均设有手爪控制平台；所述仿生软体手爪、工业软体手爪，包括位于第一法兰盘组件上的手指夹具、设置于手指夹具上的夹持手指，所述夹持手指包括依次设置的充气弯曲形变层、限制形变层和接触形变层，所述充气弯曲形变层的外表面设有若干个凹槽，其内部设有与凹槽对应的空腔，所述空腔之间连通；

所述切换装置包括位于第二法兰盘组件下方的连杆，所述连杆的顶端设有位于第二法兰盘组件上方的电机，所述连杆两侧的末端设有位于第二法兰盘组件下方滑轨内的滑块，所述连杆上靠近顶端的一侧还设有滑道；两侧的所述滑块分别通过固定孔与所述第一法兰盘组件上方的连接件连接；所述连接件的上方还设有与所述滑块连接的气缸，所述电机驱动连杆转动，实现仿生软体手爪和工业软体手爪的切换；

所述手爪控制平台包括设置于所述接触形变层内的压力传感器和设置于所述充气弯曲形变层内的弯曲传感器、气压传感器；

所述定位装置包括位于所述第一法兰盘组件下方相机支架的广角相机，所述相机支架与所述手指夹具的中心位置对应，当广角相机识别到物体长径比大于5时，自动切换仿生软体手爪，当广角相机识别到物体长径比小于5时，自动切换工业软体手爪。

2.根据权利要求1所述的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，其特征在于：所述手指夹具的一侧设有测距传感器。

3.根据权利要求1所述的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，其特征在于：所述工业软体手爪的手指夹具包括均布于第一法兰盘组件下方的支撑臂，所述支撑臂之间的夹角为120°，所述手指夹具通过末端固定件连接在支撑臂的锯齿形滑槽内，所述固定件中心设有与滑槽垂直对应的调节孔，所述调节孔内设有与滑槽对应的滚动轴承，所述固定件的一侧设有与滚动轴承连接的动力组件。

4.根据权利要求1所述的一种可自动切换抓取柔软易碎物体的软体手爪系统，其特征在于：所述充气弯曲形变层的材质为ecoflex00-30硅橡胶，所述限制形变层的材质为PDMS材料，所述接触形变层的材质为硅胶。

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