CN116061215A - 一种基于波纹管的柔性手指 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种基于波纹管的柔性手指，涉及柔性机械臂技术领域，柔性手指包括：柔性胶体和至少一条波纹管，其中，柔性胶体包括：端部固定结构、中部固定结构、尾部固定结构、充气密封结构、指腹；充气密封结构用于连通所述至少一条波纹管；对应任一波纹管：波纹管的端部与柔性胶体的端部通过端部固定结构固定连接；波纹管的尾部与柔性胶体的尾部通过尾部固定结构固定连接；波纹管包括至少一节波纹管，波纹管中的任意相邻的两节波纹管通过中部固定结构固定在指腹上。波纹管可以快速便捷的进行拆卸，因此在损坏之后仅更换波纹管即可继续使用，降低了柔性手指的使用成本，还能够通过尺寸参数，快速计算出性能指标，便于计算性能。

Description

一种基于波纹管的柔性手指

技术领域

本申请实施例涉及柔性机械臂技术领域，尤其涉及一种基于波纹管的柔性手指。

背景技术

由于柔性手指具有控制便捷、不易损伤工件等优点，使得柔性手指被越来越广泛的应用在工业生产当中。柔性手指整体由硅胶等软体材料制作，并且制作工艺十分复杂，通常采用气动的方式控制柔性手指形变，这也就要求柔性手指腔体具有良好的气密性，因此，柔性手指的成本通常较高。并且，柔性手指在使用次数过多之后，软体材料会发生开裂等情况，从而使得柔性手指不具有气密性，导致柔性手指报废，更增加了柔性手指的使用成本。

此外，柔性手指大多包含气囊结构，整体结构复杂，想要调整柔性手指弯曲时的结构与力度，需要对柔性手指整体进行重新设计，并进行多次实验验证才能够达到目标效果，因此，需要对工件进行定制往往要花费很高的定制成本。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于波纹管的柔性手指，能够解决柔性手指成本高易损坏的问题。

本申请实施例提供了一种基于波纹管的柔性手指，所述柔性手指包括：柔性胶体和至少一条波纹管，其中，

所述柔性胶体包括：端部固定结构、中部固定结构、尾部固定结构、充气密封结构、指腹；

所述充气密封结构用于连通所述至少一条波纹管；

对应任一波纹管：

所述波纹管的端部与所述柔性胶体的端部通过所述端部固定结构固定连接；

所述波纹管的尾部与所述柔性胶体的尾部通过所述尾部固定结构固定连接；

所述波纹管包括至少一节波纹管，所述波纹管中的任意相邻的两节波纹管通过所述中部固定结构固定在所述指腹上。

在一种可选的设计中，所述柔性手指还包括：密封件，所述密封件上包括气嘴，所述密封件设置在所述充气密封结构上，用于通过所述气嘴对所述至少一条波纹管进行充放气。

在一种可选的设计中，所述波纹管中的每一节波纹管的压缩比为0.25到1.5。

在一种可选的设计中，所述波纹管中的每一节波纹管的长度小于或者等于所述波纹管的最大直径的三倍。

在一种可选的设计中，所述波纹管与所述指腹之间的距离小于所述波纹管最大直径的一半。

在一种可选的设计中，所述中部固定结构包括孔洞，所述孔洞的数量等于所述波纹管的数量；

当所述孔洞的数量大于或者等于2时，所述孔洞之间设置有连接通道，所述连接通道的宽度小于所述孔洞的直径。

本申请提供了一种基于波纹管的柔性手指，包括：柔性胶体和至少一条波纹管，其中，所述柔性胶体包括：端部固定结构、中部固定结构、尾部固定结构、充气密封结构、指腹；所述充气密封结构用于连通所述至少一条波纹管；对应任一波纹管：所述波纹管的端部与所述柔性胶体的端部通过所述端部固定结构固定连接；所述波纹管的尾部与所述柔性胶体的尾部通过所述尾部固定结构固定连接；所述波纹管包括至少一节波纹管，所述波纹管中的任意相邻的两节波纹管通过所述中部固定结构固定在所述指腹上。通过柔性胶体上设置的固定结构将波纹管进行固定，同时，波纹管包括多节，每两节波纹管之间通过中部固定结构进行固定，以使波纹管在充气驱动时不因过度伸长而发生明显卷曲，由于波纹管可拆卸，因此在损坏之后仅更换波纹管即可继续使用，降低了柔性手指的使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指安装密封件后的三视图；

图3为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指尺寸指标说明；

图4为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指安装密封件后的中部固定结构截面图；

图5为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指安装密封件后的端部固定结构截面图；

图6为本申请实施例提供的一种基于波纹管的柔性手指安装密封件后的尾部固定结构截面图图；

图7为本申请实施例提供的第二种基于波纹管的柔性手指示意图；

图8为本申请实施例提供的第二种基于波纹管的柔性手指弯曲状态示意图；

图9为本申请实施例提供的第三种基于波纹管的柔性手指示意图；

图10为本申请实施例提供的第三种基于波纹管的柔性手指弯曲状态示意图；

图11为本申请实施例提供的第四种基于波纹管的柔性手指示意图。

图1至图6中标号指示的部件为：1柔性胶体，2波纹管，3端部固定结构，4中部固定结构，5尾部固定结构，6充气密封结构，7指腹，8密封件，9气嘴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例的技术方案进行描述。

本申请以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。还应当理解，尽管在以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述某一类对象，但所述对象不应限于这些术语。这些术语仅用来将该类对象的具体对象进行区分。例如，以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述波纹管，但波纹管不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同的波纹管进行区分。以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述的其他类对象同理，此处不再赘述。

本申请实施例提供了一种基于波纹管的柔性手指，该柔性手指部件可拆卸，大大降低了柔性手指的使用成本。

以下通过几种实施方式介绍本申请实施例涉及的基于波纹管的柔性手指。

如图1所示，图1示意了一种基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述柔性手指包括：柔性胶体1和至少一条波纹管2，其中，

所述柔性胶体1包括：端部固定结构3、中部固定结构4、尾部固定结构5、充气密封结构6、指腹7；

所述充气密封结构6用于连通所述至少一条波纹管2；

对应任一波纹管2：

所述波纹管2的端部与所述柔性胶体1的端部通过所述端部固定结构3固定连接；

所述波纹管2的尾部与所述柔性胶体1的尾部通过所述尾部固定结构5固定连接；

所述波纹管2包括至少一节波纹管2，所述波纹管2中的任意相邻的两节波纹管2通过所述中部固定结构4固定在所述指腹7上。

该实施例中，波纹管2通过气动发生形变进而带动柔性胶体1发生形变，完成抓取等动作，柔性胶体1为一个整体，内部不需要设置空腔来驱动形变，因此，无需保证柔性胶体1的气密性，即使在使用过程中发生裂纹也可以继续使用。此外，波纹管2通过柔性胶体1上的三种固定结构进行固定，波纹管2与柔性胶体1可拆卸，且波纹管2造价低廉，当波纹管2发生损坏时可以随时更换，不会产生过高的使用成本。

该实施例中，柔性胶体1中的端部固定结构3、中部固定结构4、尾部固定结构5、充气密封结构6等均可使用其他柔性或硬质材料进行代替，并通过粘接、嵌件等方式进行固定以达到接近或同样的效果，本申请对此不做限制。

一些可选的实施方式中，所述柔性手指还包括：密封件8，所述密封件8上包括气嘴9，所述密封件8设置在所述充气密封结构6上，用于通过所述气嘴9对所述至少一条波纹管2进行充放气。

该实施例中，图2示出了一种柔性手指安装密封件8之后的示意图，首先通过充气密封结构6将全部波纹管2的进气口连通，并通过一个位于柔性胶体1上的进气口进行充放气控制，之后，如图2所示，在充气密封结构6之上设置密封件8，密封件8连接气嘴9，通过气嘴9进行充气或者放气操作，来对波纹管2进行驱动发生形变，进而带动柔性手指进行动作。

一些可选的实施方式中，所述波纹管2中的每一节波纹管2的压缩比为0.25到1.5。

该实施例中，如图3所示，L是指波纹管2中每一节波纹管2的长度，D是指波纹管2的最大直径，H是指波纹管2与指腹7之间的距离。

波纹管2的压缩量大小会对柔性手指的性能产生影响，当波纹管2压缩量过小时，柔性手指的正压形变也会较小，从而使得正压力度过小，负压形变就会过大；反之，当波纹管2压缩量过大时，柔性手指的正压形变也会过大，导致正压力度过大，负压形变较小。

为了保证柔性手指具备较好地抓取力度，限定波纹管2中每一节波纹管2的压缩比为0.25到1.5，即当每一节波纹管2自然状态下长度为100时，柔性手指平直状态下的每一节波纹管2的长度L为25到150之间，其中，当压缩比保持在0.25到0.80时，为波纹管压缩的最优方案。通过限定每一节波纹管2的压缩量，能够使得柔性手指具有较好地抓取力度，进而更加稳定的完成抓取作业。

一些可选的实施方式中，所述波纹管2中的每一节波纹管2的长度小于或者等于所述波纹管2的最大直径的三倍。

该实施例中，限定每一节波纹管2的长度L不超过波纹管2的最大直径D的二倍，即每一节波纹管2的长径比小于2，通过限定波纹管2的长径比，能够保证柔性手指在高气压驱动时避免发生过度卷曲等问题。

一些可选的实施方式中，所述波纹管2与所述指腹7之间的距离小于所述波纹管2最大直径的一半。

波纹管2与指腹7之间的距离大小会对柔性手指的性能产生影响，当指腹7面与波纹管2下端间距H过小时，柔性手指的正压形变较大，正压力度较小，垂直抓取负载较小，包覆抓取负载较大；反之，当指腹7面与波纹管2下端间距H过大时，柔性手指的正压形变较小，正压力度较大，垂直抓取负载较大，包覆抓取负载较小。

该实施例中，限定波纹管2下端与柔性胶体1的指腹7上侧面之间的间距H小于波纹管2最大直径D的一半，能够保证柔性手指在正压驱动时有较大的弯曲幅度，使得柔性手指具有更好的包覆抓取能力。

一些可选的实施方式中，所述中部固定结构4包括孔洞，所述孔洞的数量等于所述波纹管2的数量；

当所述孔洞的数量大于或者等于2时，所述孔洞之间设置有连接通道，所述连接通道的宽度小于所述孔洞的直径。

该实施例中，图4中的A-A截面为柔性手指的中部固定结构4，图5中的B-B截面为柔性手指的端部固定结构3，图6中的C-C截面为柔性手指的尾部固定结构5，如图4所示，该实施例中包括有两根波纹管2，因此在每个中部固定结构4中均包括两个孔洞，两个孔洞之间有连接通道，由于波纹管2可以挤压，且中部固定结构4可以拉伸，在安装波纹管2时，仅需将波纹管2挤压后塞入中部固定结构4的通道中，如图5和图6所示，之后将波纹管2的端部和尾部分别插入端部固定结构3及尾部固定结构5，完成安装。拆卸波纹管2时也是一样，仅需将波纹管2的端部和尾部分别从端部固定结构3及尾部固定结构5中取出，并将波纹管2压缩后从中部固定结构4中取出，即可实现快速拆卸波纹管2。这种便携式可替换的组合方式，使得在波纹管2发生损坏时，可以直接替换波纹管2，从而继续使用，无需报废整根柔性手指，大大节约了使用成本。

一些可选的实施方式中，当柔性胶体1采用材料较软、延展性较好的胶体材料时，多个孔洞之间可以不设置连接通道，在安装波纹管2时，依靠中部固定结构4自身的柔软性和延展性，拉伸孔洞即可将波纹管2安装成功。

一些可选的实施方式中，图7示出了本申请提供了第二种柔性手指示意图，如图7所示，每条波纹管2包括三节，指尖侧的第一节波纹管2长度不变，或者缩短，增加了第二节和第三节波纹管2的长度，即减小了第二节和第三节波纹管2的压缩量，使得如图7所示的波纹管2在充气后的弯曲状态如图8所示。

一些可选的实施方式中，图9示出了本申请提供了第三种柔性手指示意图，如图9所示，每条波纹管2包括三节，保持第二节和第三节波纹管2的长度不变，或者缩短，增加第一节波纹管2的长度，即减小第一节波纹管2的压缩量，使得如图9所示的波纹管2在充气后的弯曲状态如图10所示。图7和图9示意的两种柔性手指分别构成的夹爪能够适配不同外形的物体，实现更加稳定可靠的抓取。

一些可选的实施方式中，图11示出了本申请实施例提供的第四种基于波纹管的柔性手指示意图，如图11所示，柔性手指仅包含一根波纹管2，且柔性手指的指尖部分更加纤薄。如图11所示，A-A截面为柔性手指的中部固定结构4，其中，中部固定结构4的上半部与波纹管2的形状贴合，下半部孔洞较大，便于安装和拆卸波纹管2。

该实施例中，相比于完全由硅胶等柔性材料构成、胶体内部带有气囊结构的柔性夹爪，本公开的波纹管柔性手指胶体结构相对简单，各部位的尺寸数据可很简单的数据化。对于同一基础型号的柔性手指，通过图3中L/D/H等数值即可简单计算出尺寸变更后柔性手指的性能指标，相比于完全由硅胶等柔性材料构成的气囊式柔性夹爪需要使用仿真软件进行复杂计算后才可得到近似结果，本公开的波纹管柔性手指还能够通过尺寸参数，快速计算出性能指标，实现性能调整可公式化。

综上，本申请实施例的基于波纹管的柔性手指，通过柔性胶体1上设置的固定结构将波纹管2进行固定，同时，波纹管2包括多节，每两节波纹管2之间通过中部固定结构4进行固定，以使波纹管2在充气驱动时不因过度伸长而发生明显卷曲，波纹管2可以快速便捷的进行拆卸，因此在损坏之后仅更换波纹管2即可继续使用，降低了柔性手指的使用成本，还能够通过尺寸参数，快速计算出性能指标，便于计算性能。

尽管已描述了本申请的可选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述柔性手指包括：柔性胶体和至少一条波纹管，其中，

所述柔性胶体包括：端部固定结构、中部固定结构、尾部固定结构、充气密封结构、指腹；

所述充气密封结构用于连通所述至少一条波纹管；

对应任一波纹管：

所述波纹管的端部与所述柔性胶体的端部通过所述端部固定结构固定连接；

所述波纹管的尾部与所述柔性胶体的尾部通过所述尾部固定结构固定连接；

所述波纹管包括至少一节波纹管，所述波纹管中的任意相邻的两节波纹管通过所述中部固定结构固定在所述指腹上。

2.如权利要求1所述的基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述柔性手指还包括：密封件，所述密封件上包括气嘴，所述密封件设置在所述充气密封结构上，用于通过所述气嘴对所述至少一条波纹管进行充放气。

3.如权利要求1所述的基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述波纹管中的每一节波纹管的压缩比为0.25到1.5。

4.如权利要求1所述的基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述波纹管中的每一节波纹管的长度小于或者等于所述波纹管的最大直径的三倍。

5.如权利要求1所述的基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述波纹管与所述指腹之间的距离小于所述波纹管最大直径的一半。

6.如权利要求1所述的基于波纹管的柔性手指，其特征在于，所述中部固定结构包括孔洞，所述孔洞的数量等于所述波纹管的数量；

当所述孔洞的数量大于或者等于2时，所述孔洞之间设置有连接通道，所述连接通道的宽度小于所述孔洞的直径。

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