CN116872235A - 一种软体抓手及抓取机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种软体抓手及抓取机器人，属于机器人技术领域，包括：柔性吸盘和驱动泵；所述柔性吸盘包括中间连接部和多个条形的弯曲部，多个所述弯曲部沿着所述中间连接部的周向均匀间隔设置；所述弯曲部的一侧设置有多个吸嘴，多个所述吸嘴沿着所述弯曲部的长度方向均匀间隔设置；所述中间连接部以及多个所述弯曲部内部中空，且所述中间连接部与多个所述弯曲部连通，所述多个吸嘴与对应的所述弯曲部连通；其中，所述驱动泵与所述吸嘴的数量相同，且每个所述驱动泵的输出端分别与每个所述吸嘴之间通过软管连接，所述软管分布于所述中间连接部及所述弯曲部的内部。通过本申请实施例提供的一种软体抓手及抓取机器人，可以提升软体抓手的触觉能力，进而提高软体抓手的抓取能力。

Description

一种软体抓手及抓取机器人

技术领域

本申请实施例涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种软体抓手及抓取机器人。

背景技术

为了使机械手在与环境或人类交互的过程中对各种目标物体(不同尺寸和形状)具有更强的可控制性、安全性和自适应能力，机器人机械手对目标物体的感知能力，尤其是在浑浊的水下环境中缺乏视觉感知的情况下的感知能力值得研究。

目前已有的传感器包括电阻传感器，电容传感器，压电传感器，和光学传感器，通常用于机器人抓取手对目标物体的感知例如，将自供电摩擦电热纳米发生器与手指钳相结合，根据电路中电压的变化确定物体的弯曲位置和弯曲角度，从而推断物体的尺寸。但是，这些机械电子类原件难以在水下长时间工作，因此，如何利用水环境直接产生触觉也是抓取手设计的难点之一。

发明内容

本申请实施例在于提供一种软体抓手及抓取机器人，旨在提升软体抓手的触觉能力，进而提高软体抓手的抓取能力。

本申请实施例第一方面提供一种软体抓手，包括：

柔性吸盘和驱动泵；

所述柔性吸盘包括中间连接部和多个条形的弯曲部，多个所述弯曲部沿着所述中间连接部的周向均匀间隔设置；

所述弯曲部的一侧设置有多个吸嘴，多个所述吸嘴沿着所述弯曲部的长度方向均匀间隔设置；

所述中间连接部以及多个所述弯曲部内部中空，且所述中间连接部与多个所述弯曲部连通，所述多个吸嘴与对应的所述弯曲部连通；

其中，所述驱动泵与所述吸嘴的数量相同，且每个所述驱动泵的输出端分别与每个所述吸嘴之间通过软管连接，所述软管分布于所述中间连接部及所述弯曲部的内部。

可选地，所述柔性吸盘还包括：接触背膜，所述接触背膜设置在所述弯曲部与所述吸嘴之间，所述接触背膜与所述弯曲部连接，所述吸嘴穿过所述接触背膜与所述弯曲部连接。

可选地，所述软体抓手还包括：抓手架，所述抓手架与所述柔性吸盘的中间连接部连接。

可选地，所述软体抓手还包括：驱动装置，所述驱动装置固定在所述抓手架上，且所述驱动装置与所述接触背膜连接；

所述驱动装置用于使所述接触背膜变形，并带动多个所述弯曲部同时发生弯曲，从而包裹并抓取目标物体。

可选地，所述驱动装置包括：驱动件和多个连杆装置，所述驱动件设置在所述抓手架上；

所述连杆装置包括第一连杆和第二连杆；

其中，所述第一连杆的一端设置有连接块，所述第一连杆与连接块转动连接，所述连接块与所述抓手架沿垂直于所述接触背膜的方向滑动连接；所述第一连杆的另一端与所述接触背膜连接；

所述第二连杆的一端与所述第一连杆转动连接，另一端与所述驱动件连接；

所述驱动件用于带动所述第二连杆朝向所述柔性吸盘移动，以带动所述第一连杆移动并发生转动，进而带动所述接触背膜变形，并使得多个所述弯曲部发生弯曲。

可选地，所述抓取架上设置有多个滑槽，所述滑槽沿着垂直于所述接触背膜的方向延伸，所述连接块滑动连接于所述滑槽内。

可选地，所述接触背膜上设置有多个连接耳，所述第一连杆的端部与对应的所述连接耳固定连接。

可选地，所述驱动件为防水电动推杆。

可选地，所述软体抓手还包括：连接管，所述连接管与所述中间连接部连通，连接多个所述驱动泵和多个所述吸嘴的所述软管均位于所述连接管内。

本申请实施例第二方面提供一种抓取机器人，包括如本申请实施例第一方面提供的软体抓手。

有益效果：

本申请提供一种软体抓手及抓取机器人，通过设置柔性吸盘和驱动泵，其中柔性吸盘包括中间连接部和多个弯曲部，弯曲部的一侧设置有多个吸嘴，同时中间连接部以及弯曲部内部中空并连通，驱动泵的数量与吸嘴数量相同，且每个驱动泵的输出端分别与每个吸嘴通过软管连接；这样，在使用该软体抓手时，便可以利用多个驱动泵分别使每个吸嘴产生吸力，而在吸附到物体时，由于被物体覆盖的吸嘴和未被物体覆盖的吸嘴所产生的流量变化不相同，因此可以根据每个吸嘴的流量情况来分辨物体的尺寸，进而提升了软体抓手的触觉能力，使得软体抓手可以更好地抓取物体。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的一种软体抓手的整体结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的一种软体抓手中柔性吸盘的剖面结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的一种软体抓手中连杆装置的结构示意图；

图4是本申请一实施例提出的一种软体抓手中接触背膜变形后结构示意图。

附图标记说明：1、中间连接部；2、弯曲部；3、吸嘴；4、接触背膜；41、连接耳；5、抓手架；51、滑槽；6、驱动件；7、连杆装置；71、第一连杆；72、连接块；73、第二连杆；8、连接管。

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。

相关技术中，传统的刚性机械抓取手与目标物体的之间通常为刚性接触，通过几个点的接触施加压力，靠摩擦力来实现抓取功能。这种类型的抓取手结构简单，一般用于外形规则的简单物品的抓取，但是面对不规则物体时很难发挥理想的作用，无法适应复杂工况。

模仿人手的柔软特性，研究人员开发出了多种类型的软体型抓取手。如类人手指抓取手，其主要由硅胶弹性体浇注而成，通过转移压力驱动手指弯曲来抓取物体，具有低成本、易于制造的优点。通过使用多个分开的气室，可以在此类抓取手中增加更多的自由度，从而可以提高抓取手对不同尺寸和形状的物体的适应性；或者通过采用可调节的刚度的材料，可以提高此类抓取手的负载能力。除了泵驱动之外，最近软体抓取手也出现了许多驱动方法，包括化学刺激，电磁，电活性聚合物，热或光反应。然而，由于手指固定的弯曲模式以及抓取手上手指离散分布的特点，使得在接触时与目标物体之间存在间隙，这可能会影响抓取的稳定性。对于超过抓取范围的扁平物体及容易从指缝间滑落的较小的物体等的抓取存在劣势。

另外，吸盘是一种常见的附着系统，广泛应用于工业机器人中，可以抓取多种工件产品。但是，吸力模式只有一个气体的通道会影响抓取手的多功能性。相比之下，多模态的的无指柔性抓取手可以生成各种抓取模式以适应被抓取的物体，通过气囊内缩可以自适应抓取物体，或者通过气囊膨胀利用其唇边吸取平面物体，但是吸力模式下比较局限于较为光滑的表面平整物体。

为了使机械手在与环境或人类交互的过程中对各种目标物体(不同尺寸和形状)具有更强的可控制性、安全性和自适应能力，机器人机械手对目标物体的感知能力，尤其是在浑浊的水下环境中缺乏视觉感知的情况下的感知能力值得研究。目前已有的传感器包括电阻传感器，电容传感器，压电传感器，和光学传感器，通常用于机器人抓取手对目标物体的感知例如，将自供电摩擦电热纳米发生器与手指钳相结合，根据电路中电压的变化确定物体的弯曲位置和弯曲角度，从而推断物体的尺寸。但这些机械电子类原件难以在水下长时间工作，因此，如何利用水环境直接产生触觉也是抓取手设计的难点之一。

有鉴于此，本申请实施例提出一种软体抓手及抓取机器人，通过设置柔性吸盘和驱动泵，其中柔性吸盘包括中间连接部和多个弯曲部，弯曲部的一侧设置有多个吸嘴，同时中间连接部以及弯曲部内部中空并连通，驱动泵的数量与吸嘴数量相同，且每个驱动泵的输出端分别与每个吸嘴通过软管连接；这样，在使用该软体抓手时，便可以利用多个驱动泵分别使每个吸嘴产生吸力，而在吸附到物体时，由于被物体覆盖的吸嘴和未被物体覆盖的吸嘴所产生的流量变化不相同，因此可以根据每个吸嘴的流量情况来分辨物体的尺寸，进而提升了软体抓手的触觉能力，使得软体抓手可以更好地抓取物体。

参照图1所示，为本申请实施例公开的一种软体抓手，该软体抓手包括柔性吸盘和驱动泵。

具体地，柔性吸盘包括中间连接部1和多个条形的弯曲部2，多个弯曲部2沿着中间部的周向均匀间隔设置。其中，中间连接部1和弯曲部2均由弹性材料制成，例如硅胶、橡胶、TPU等等，使得柔性吸盘可以产生一定的变形。弯曲部2的数量可以为2-12个，例如2个、4个、6个、8个等等。

参照图2所示，在弯曲部2的一侧设置有多个吸嘴3，多个吸嘴3沿着条形的弯曲部2的长度方向均匀间隔设置，吸嘴3的形状可以为漏斗状，吸嘴3的数量可以为1-5个，例如1个、2个、3个、4个、5个等等。中间连接部1和多个弯曲部2内部均为中空，且中间连接部1与多个弯曲部2连通，多个吸嘴3与对应的弯曲部2连通。

同时，在本申请实施例中，驱动泵(图中未示出)的数量和柔性吸盘上吸嘴3的数量相同且一一对应的。每个驱动泵的输出端与每个吸嘴3之间通过分布于中间连接部1和弯曲部2内的软管(图中未示出)连接，使得每个驱动泵可以驱动每个单独的吸嘴3产生吸力。

因此，在使用该软体抓手抓取水下物体时，吸嘴3产生吸力便可以吸附住需要抓取的物体，可以理解的是，在吸嘴3产生吸力时，水同时也会被吸入，从而在吸嘴3的位置产生流量(即流量大小不为零)，而在吸嘴3吸附到物体后，物体便会将吸嘴3覆盖，此时被覆盖住的吸嘴3的位置便不能产生流量(即流量大小为零)。并且，本申请实施例中每个吸嘴3是和对应的单独的驱动泵连接的，进而通过每个吸嘴3位置处的流量情况，便可以分辨出抓取物体的大小，从而使得软体抓手产生了一定的触觉能力，在水下环境较为浑浊时，可以使软体抓手更好地抓取物体。同时，将每个吸嘴3单独连接到驱动泵上，可以防止泵吸力的泄露，实现更大的吸力，从而可以实现更牢固的吸附效果。

需要说明的是，每个吸嘴3位置的流量变化可以通过每个驱动泵的工作状态进行判断。

进一步地，参照图1所示，该软体抓手还包括接触背膜4和抓手架5。其中，接触背膜4设置在弯曲部2与吸嘴3之间，且接触背膜4与弯曲部2连接，吸嘴3则穿过接触背膜4与弯曲部2连接。接触背膜4可以通过粘接的方式固定到弯曲部2上，且接触背膜4的半径大于或等于弯曲部2的长度，以使得接触背膜4可以完全覆盖所有吸嘴3。接触背膜4可以为与柔性吸盘相同的弹性材料，例如硅胶、橡胶、TPU等等。

抓手架5与柔性吸盘的中间连接部1固定连接，抓手架5可以便于软体抓手与抓取机器人进行连接。

在一种可选的实施方式中，本申请实施例还提供一种软体抓手，该软体抓手包括驱动装置，驱动装置固定在抓手架5上，且驱动连接与接触背膜4连接。驱动装置用于使接触背膜4变形，并带动多个弯曲部2同时发生弯曲，从而包裹并抓取目标物体。

具体地，参照图1所示，驱动装置包括驱动件6和多个连杆装置7。驱动件6可以固定在抓手架5上。

参照图1和图3所示，连杆装置7包括第一连杆71和第二连杆73。其中，为了更好地使接触背膜4变形，第一连杆71整体为圆弧状。第一连杆71的一端设置有连接块72，第一连杆71与连接块72之间转动连接，而连接块72沿垂直于接触背膜4的方向滑动连接在抓手架5上，需要说明的是，此处垂直于接触背膜4的方向中的接触背膜4是指未变形且处于平整状态下的接触背膜4；第一连杆71的另一端(即远离连接块72的一端)与接触背膜4固定连接。

第二连杆73的一端与第一连杆71转动连接，另一端与驱动件6转动连接。第二连杆73与第一连杆71转动连接的位置位于第一连杆71靠近连接块72的位置，第二连杆73与第一连杆71连接的位置可以决定第一连杆71转动的角度大小，本领域技术人员可以根据实际需求进行调整，故在此不进行赘述。

进一步地，参照图4所示，驱动件6可以带动第二连杆73朝向柔性吸盘移动，使得第二连杆73带动第一连杆71朝向柔性吸盘移动并朝向抓手架5转动，而第一连杆71又与接触背膜4连接，因此第一连杆71可以带动接触背膜4朝向背离弯曲部2的方向发生变形，并带动弯曲部2朝向背离抓手架5的方向弯曲，从而使得接触背膜4可以包裹并抓取物体。而在驱动件6带动第二连杆73朝向远离柔性吸盘的方向移动时，第二连杆73便可以带动第一连杆71朝向远离柔性吸盘方向移动，使得接触背膜4恢复到平整状态。

如此，便可以使软体抓手的接触背膜4包裹物体，进而实现物体的抓取。同时，基于上述结构，本申请实施例提供的软体抓手具备三种抓取模式。

第一，单独吸力抓取模式，在该模式下，驱动件6不工作，仅通过驱动泵使吸嘴3产生吸力来吸附物体，从而实现物体的抓取。

第二，单独吸盘闭合抓取，在该模式下，驱动泵不工作，仅通过驱动件6带动连杆装置7变形，进而带动接触背膜4变形，使得整个柔性吸盘将物体包裹，从而实现物体的抓取。

第三，混合抓取模式，在该模式下，驱动泵和驱动件6同时工作，即在柔性吸盘包裹物体的情况下，再通过吸嘴3的吸力吸附物体，从而使得软体抓手可以更好地抓取物体。

通过上述不同的抓取模式，使得该软体抓手可以抓取多种形状(平面或非平面)和尺寸的物体、散落的多个物体、活体(乌龟和金鱼)、超重物体和超出抓取范围的物体等，并且可以在空气中和水下两栖使用。

进一步地，为了便于水下使用软体抓手，驱动件6可以选用防水电动推杆。在抓取架上设置有容纳防水电动推杆的容纳区域，使得防水电动推杆可以更好地朝向柔性吸盘移动，并且抓取架上还开设有多个条形孔，第二连杆73通过对应的条形孔实现与防水电动推杆的连接。

进一步地，参照图1所示，在抓取架设置有多个滑槽51，滑槽51沿着垂直于接触背膜4的方向延伸，连接块72滑动连接对应的滑槽51内，这样便可以实现连接块72与抓取架的滑动连接，并使连接块72可以更好地沿垂直与接触背膜4的方向滑动。当然，在一些可选的实施方式中，也可以在抓取架上设置滑轨来实现连接块72与抓取架的滑动连接。

进一步地，参照图1所示，在接触背膜4上设置有多个连接耳41，第一连杆71的端部与对应的连接耳41固定连接。

在一种可选的实施方式中，参照图1所示，本申请实施例还提供一种软体抓手，该软体抓手包括连接管8，连接管8的一端与中间连接部1连通，另一端可以延伸至驱动泵所在的位置。其中，连接多个驱动泵和多个吸嘴3的软管均位于连接管8内。通过连接管8可以更好地保护软管。

基于同一发明构思，本申请实施例公开一种抓取机器人，包括如本申请实施例提供的任一软体抓手。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种软体抓手，其特征在于，包括：

柔性吸盘和驱动泵；

所述柔性吸盘包括中间连接部和多个条形的弯曲部，多个所述弯曲部沿着所述中间连接部的周向均匀间隔设置；

所述弯曲部的一侧设置有多个吸嘴，多个所述吸嘴沿着所述弯曲部的长度方向均匀间隔设置；

所述中间连接部以及多个所述弯曲部内部中空，且所述中间连接部与多个所述弯曲部连通，所述多个吸嘴与对应的所述弯曲部连通；

其中，所述驱动泵与所述吸嘴的数量相同，且每个所述驱动泵的输出端分别与每个所述吸嘴之间通过软管连接，所述软管分布于所述中间连接部及所述弯曲部的内部。

2.根据权利要求1所述的软体抓手，其特征在于，所述柔性吸盘还包括：

接触背膜，所述接触背膜设置在所述弯曲部与所述吸嘴之间，所述接触背膜与所述弯曲部连接，所述吸嘴穿过所述接触背膜与所述弯曲部连接。

3.根据权利要求2所述的软体抓手，其特征在于，所述软体抓手还包括：

抓手架，所述抓手架与所述柔性吸盘的中间连接部连接。

4.根据权利要求3所述的软体抓手，其特征在于，所述软体抓手还包括：

驱动装置，所述驱动装置固定在所述抓手架上，且所述驱动装置与所述接触背膜连接；

所述驱动装置用于使所述接触背膜变形，并带动多个所述弯曲部同时发生弯曲，从而包裹并抓取目标物体。

5.根据权利要求4所述的软体抓手，其特征在于，所述驱动装置包括：

驱动件和多个连杆装置，所述驱动件设置在所述抓手架上；

所述连杆装置包括第一连杆和第二连杆；

其中，所述第一连杆的一端设置有连接块，所述第一连杆与连接块转动连接，所述连接块与所述抓手架沿垂直于所述接触背膜的方向滑动连接；所述第一连杆的另一端与所述接触背膜连接；

所述第二连杆的一端与所述第一连杆转动连接，另一端与所述驱动件转动连接；

所述驱动件用于带动所述第二连杆朝向所述柔性吸盘移动，以带动所述第一连杆移动并发生转动，进而带动所述接触背膜变形，并使得多个所述弯曲部发生弯曲。

6.根据权利要求5所述的软体抓手，其特征在于：

所述抓取架上设置有多个滑槽，所述滑槽沿着垂直于所述接触背膜的方向延伸，所述连接块滑动连接于所述滑槽内。

7.根据权利要求5所述的软体抓手，其特征在于：

所述接触背膜上设置有多个连接耳，所述第一连杆的端部与对应的所述连接耳固定连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的软体抓手，其特征在于：

所述驱动件为防水电动推杆。

9.根据权利要求1所述的软体抓手，其特征在于，所述软体抓手还包括：

连接管，所述连接管与所述中间连接部连通，连接多个所述驱动泵和多个所述吸嘴的所述软管均位于所述连接管内。

10.一种抓取机器人，其特征在于：

包括如权利要求1-9任一项所述的软体抓手。