CN116981550A - 用于拣取和放置机器人系统的柔性拣取抓具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于拣取和放置机器人系统的柔性拣取抓具。该柔性拣取抓具包括由集成件制成的本体，该本体包括位于本体远端的多个硬指和软壁腔的一部分，该软壁腔被配置为通过在软壁腔内施加正压或负压而变形，从而使多个硬指从静止位置朝向或远离柔性拣取抓具的中轴运动。该柔性拣取抓具还包括一个或多个指尖，其中该多个硬指中的至少一个硬指包括嵌入在其远端的指尖。一体式设计和指尖使其具有鲁棒性、占用空间小、抓握和扩展力大，以及更有效地实现物体的杂乱抓握和齐平抓握。

Description

用于拣取和放置机器人系统的柔性拣取抓具

技术领域

本发明的实施例属于使用人工智能、计算机视觉和/或机械系统以拣取、分类和放置物体的机器人系统领域，特别涉及用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具。

背景技术

发明背景中的陈述旨在帮助理解发明及其应用和用途，可不构成现有技术。

已经有几种方法用于设计用于分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具，以拣取形状、尺寸、重量、材料和脆性不同的物体。然而，这些方法中的许多方法要么需要很大的占用空间，要么不能使指状夹爪牢固，从而导致拣取抓具不能适用于杂乱或齐平抓取。例如，一种常规方法是使用固定在夹爪本体上并围绕本体的中轴呈径向对称的三指夹爪。然而，这种方法有几个缺点。首先，使用围绕中轴且呈径向对称设置的三指夹爪会导致占用空间大，不适用于杂乱抓取，特别是当夹爪针对尺寸差异很大的物体，如细长物体。占用空间大也妨碍抓取紧靠在墙上的物体(即齐平抓取)，特别是在柔性夹爪中，指状夹爪的指尖不够硬或坚固，从而无法进入目标物体和墙之间。此外，在需要速度的动态应用中，具有分开的固定组件的指状夹爪不太坚固。

因此，在现有技术的基础上提供一种用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具将是本领域的一项进步。

正是基于这一背景，本发明得以发展。

发明内容

本申请涉及一种用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具。其中该柔性拣取抓具的一部分本体和指状夹爪集成在一起，从而表现出更高的鲁棒性和更小的占用空间，并结合指尖实现在杂乱高效抓取物体。这样的柔性拣取抓具可以通过在腔内施加正流体压力或负流体压力来控制，响应于压力，腔体变形从而导致指状夹爪移动。此外，沿各轴线的不对称性将使拣取抓具保持狭窄，从而使设备实现物理紧凑同时提供大抓握或扩展力。这样的拣取抓具可以轻松扩展为具有多组指状夹爪的抓具。

更具体地说，在各种实施例中，本申请是一种用于拣取和放置机器人系统的柔性拣取抓具，包括由集成件制成的本体，该本体包括位于本体远端的多个硬指和软壁腔的一部分，该软壁腔被配置为通过在软壁腔内施加正压或负压而变形，从而使得多个硬指从静止位置朝向或远离柔性拣取抓具的中轴运动。该柔性拣取抓具还包括一个或多个指尖，其中多个硬指中的至少一个硬指包括嵌入在其远端的指尖。一体式设计和指尖使其具有鲁棒性、占用空间小、抓取力大和扩展力大以及更有效地在杂乱中抓取物体。

在某些实施例中，柔性拣取抓具还包括密封软壁腔的近端的适配板，适配板包括适配板中间通道和将本体附接到适配板的嵌入式安装环。

在某些实施例中，柔性拣取抓具还包括附接到适配板的抓具快换器的下部，其中抓具快换器的下部通过抓具快换器的上部与拣取和放置机器人系统连接，其中，抓具快换器的下部包括与适配板中间通道对齐的抓具快换器中间通道。

在某些实施例中，柔性拣取抓具的本体包括两个硬指，其中两个硬指沿着与柔性拣取抓具的中轴垂直的横轴放置，以及两个硬指的运动是围绕与柔性拣取抓具的横轴和中轴垂直的正面轴的旋转运动。

在某些实施例中，柔性拣取抓具的本体、嵌入式安装环和适配板沿正面轴比沿横轴窄。

在某些实施例中，多个硬指中的硬指的数量和空间排列被配置为用于抓取特定形状的物体。

在某些实施例中，软壁腔呈半球形。

在某些实施例中，软壁腔呈抛物面形。

在某些实施例中，软壁腔呈椭球形。

在某些实施例中，一个或多个指尖是可拆卸的。

在某些实施例中，多个硬指中的每个硬指被配置为在软壁腔内施加任一压力时都不接触多个硬指中的另一硬指。

在某些实施例中，多个硬指中的至少一个硬指被配置为在软壁腔内施加某些压力时接触多个硬指中的另一硬指。

在某些实施例中，在柔性拣取抓具的软壁腔内施加多个压力会导致多个硬指中的每个硬指对物体施加相应的多个力。

在某些实施例中，柔性拣取抓具的多个硬指从静止位置开始的运动是一种仅朝向柔性拣取抓具的中轴的抓握运动。

在某些实施例中，柔性拣取抓具的多个硬指从静止位置开始的运动是一种仅远离柔性拣取抓具的中轴的展开运动。

在某些实施例中，柔性拣取抓具还包括外阀门，其被配置为维持软壁腔内的压力。

在某些实施例中，柔性拣取抓具还包括传感器，用于确定选自以下组的信息：多个硬指中的一个或多个硬指的位置、物体相对于柔性拣取抓具的位置和柔性拣取抓具的多个硬指中的一个或多个硬指施加的力。

在某些实施例中，柔性拣取抓具的传感器选自由压力传感器、力传感器、接近传感器、电流传感器和摄像头组成的组。

在某些实施例中，发送到柔性拣取抓具的压力根据从传感器确定的信息进行调整，以将柔性拣取抓具的多个硬指中一个或多个硬指施加的力保持在预定力范围内。

在某些实施例中，预定力范围对应于抓取物体而不损坏物体。

在某些实施例中，柔性拣取抓具还包括机器学习模块，用于确定选自以下组的信息：多个硬指中的一个或多个硬指的位置、物体相对于柔性拣取抓具的位置和多个硬指中的一个或多个硬指施加的力。

在各种实施方案中，本发明是一种包括柔性拣取抓具的拣取和放置机器人系统，该柔性拣取抓具包括由集成件制成的本体，该本体包括位于本体远端的多个硬指和软壁腔的一部分，该软壁腔被配置为通过在软壁腔内施加正压或负压而变形，从而使得多个硬指从静止位置朝向或远离柔性拣取抓具的中轴运动。该柔性拣取抓具还包括一个或多个嵌入式指尖，其中多个硬指中的至少一个硬指包括嵌入在其远端的指尖。

本发明其他方面和实施例包括包含本文所述步骤的方法和过程，还包括本文所述系统和设备的过程和操作方式。然而，当结合附图阅读本发明的详细描述时，本发明的其他方面和实施方案将变得明显。

附图说明

本文所述的本发明实施例是示例性的，而非限制性的。现在将通过示例并参照附图描述实施例，其中：

图1A、1B和1C示出了根据一些实施例的示例性的机器人系统。

图2A示出了根据本发明的一个实施例在拣取、分类和放置机器人系统背景下的示例性的柔性拣取抓具。

图2B示出了根据本发明的一个实施例的附接到拣取、分类和放置机器人系统的示例性的末端执行器的示例性的柔性拣取抓具，其中，显示了柔性拣取抓具的各种组件。

图3A示出了根据本发明的一个实施例的附接在拣取、分类和放置机器人系统的示例性的末端执行器的示例性的柔性拣取抓具的侧视图，其中，显示了柔性拣取抓具的各种组件。

图3B示出了根据本发明的一个实施例在拣取、分类和放置机器人系统的末端执行器背景下的示例性的柔性拣取抓具的等轴视图，其中，显示了柔性拣取抓具的各种组件。

图4A示出了根据本发明的一个实施例的用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各种组件的侧视图，其中柔性拣取抓具的本体被显示为透明的。

图4B示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各种组件的横截面侧视图。

图5A示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各种组件的横截面侧视图。

图5B示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各种组件的横截面等轴视图。

图6示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各种组件的横截面侧视图，其中包括示意性示出硬指在张开和闭合时所处的位置。

图7A和7B示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的正视图和示例尺寸。

图7C示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的俯视图和示例尺寸。

图7D示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各个组件的爆炸图。

图8A、8B和8C示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各个照片。

图9A示出了根据本发明的一个实施例的张开用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具的示意性流程图。

图9B示出了根据本发明的一个实施例的闭合用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具的示意性流程图。

图10提供了根据本发明的一个实施例的服务器(管理计算实体)的方框图。

图11提供了可与本发明的实施例结合使用的客户端(用户计算实体)的说明性示意图。

图12示出了在客户端-服务器环境中实现本发明一个实施例的示意性系统架构图。

具体实施方式

概述

参照所提供的图，现在详细描述本发明的实施例。在下面的描述中，为了解释目的，提供了大量具体细节以便彻底理解本发明。然而，对于本领域内的技术人员来说，本发明可以不需要这些具体细节而实施。在其他情况下，为避免使本发明不清楚，使用示意图、用例和/或流程图显示结构、设备、活动和方法。尽管下面的描述包含许多具体内容以便说明，但任何熟悉本领域的人都会认识到，许多对建议细节的变化和/或更改都在本发明的范围内。同样，尽管本发明的许多特征是以相互关联或结合使用的方式描述的，但熟悉本领域的人会认识到，许多这些特征可以独立于其他特征提供。因此，本发明的描述是在不失一般性和不对本发明施加限制的情况下提出的。

柔性拣取抓具在机器人系统中的背景

图1A、1B和1C显示了根据本发明技术的一些实施例的示例性的机器人系统100。机器人系统100被配置为操纵各种各样的物体103，该物体103包括系统之前未曾拣取、未曾放置甚至未曾识别过的新物体。在某些实施例中，机器人系统100是拣取、分类和放置机器人系统。

在某些实施例中，机器人系统100包括末端执行器，该末端执行器进一步包括操纵物体的抓具。在某些实施例中，当物体的位置被控制时，该末端执行器和该抓具相对于机器人系统100保持静止。例如，机器人系统100可以改变物体所处表面的坡度或其他特征，使物体滑入固定的抓具中，如夹爪或吸盘。

在其他实施例中，末端执行器和抓具附接在运动装置上，如可移动的机械臂102。抓具可以包括例如可切割或刺戳物体的刀、可开锁的钥匙或可在板子上做标记的中心冲头。在某些实施例中，该抓具在拣取、分类和放置机器人系统中很有用。这类抓具可以包括夹爪和吸盘。尽管下文描述了用于拣取、分类和放置机器人系统的抓具及相关系统，但对于熟悉本领域的技术人员来说，对于其他类型的抓具有用的实施例是显而易见的。

拣取、分类和放置机器人系统100包括机械臂102、各种输入输出组件和结构，如分拣台150和接收台180。操作者101可以监督或协助机械臂102(见图1A)。在某些情况下，分拣台150和/或接收台180被替换为传送带184、播种墙186和/或自动化导引车(automatedguided vehicle，AGV)188，如图1B所示。机械臂102从分拣台150的料箱152中识别物体103，拣取物体并将夹持的物体放置在接收台180中的位置(例如，箱子182)上。如图1C所示，分拣台150可以包括支撑结构154，支撑结构154是栓接在一起的金属支撑件形成的系统。支撑结构154与机械臂102相对的一侧可以包括开口，以允许料箱(例如，料箱152)或其他接收容器插入分拣台150。分拣台150可选择性地包括用于支撑接收容器的底座156。

拣取、分类和放置机器人系统100还包括控制系统170以监控和管理机器人运动。控制系统170提供用于移动(例如，旋转、伸展、缩回)机械臂102的各个组件的指令和/或命令信号。控制系统170包括处理器171、存储器172(例如，非易失性计算机可读存储介质)、数据链路173、通信接口和其他组件。控制系统170还可以包括可选的具有处理器175和数据库176的云组件174，其可通过本地或远程网络(例如，因特网)访问。

拣取、分类和放置机器人系统100还包括具有视觉处理器169、传感设备160和其他组件的视觉系统。每个传感设备160可以具有一个或多个摄像头162、各种传感器163(例如，图像、深度、可见光和/或红外传感器)、条形码读取器164或其他组件。在某些情况下，摄像头162捕获包括可见光数据(例如，RGB数据)和/或深度信息(例如，图像中物体离摄像头有多远)的图像数据。捕获的图像数据被发送到控制系统170进行处理。视觉系统可以具有任意数量的传感器和摄像头。其组件可以由任一机器人、输入或输出组件或结构支持，并且可以位于其他位置。

拣取、分类和放置机器人系统100还包括运动控制器177。视觉处理器169和运动控制器177可以在控制系统170的外部或位于控制系统170的内部。例如，图1A和1B示出了外部的运动控制器177和位于控制系统170内部的视觉处理器169。

拣取、分类和放置机器人系统100还可以包括光幕系统，该光幕系统包括产生光幕166的多个传感器165。拣取、分类和放置机器人系统100还可以包括激光雷达167。光幕系统和激光雷达可以用于安全目的(例如，监控机器人系统周围的人体运动)或操作目的(例如，检测物体或系统组件的运动)。拣取、分类和放置机器人系统100还可以包括可以根据料箱颜色或其他环境和操作因素而变暗的照明设备168。

机械臂102包括用于安装到支撑面(例如，地面或其他支撑结构)的底座104。框架106与底座104旋转连接。下臂108与框架106旋转连接。上臂112与下臂108旋转连接。末端执行器114与上臂112旋转连接。末端执行器114包括一个或多个抓具116以及轴管115。末端执行器114和每个抓具116都具有抓具快换器117部件，抓具快换器117使各种抓具与末端执行器114兼容。抓具架118用于存储和存取各种抓具。抓具架118上的每个抓具槽都有抓具传感器119以指示抓具的存在或不存在。图1A和1B显示了多个夹持和抽吸抓具，如各种尺寸的指状夹爪和抽吸抓具。在图1的情况下，夹爪116是气动夹爪，也可以是其他夹爪，如指状夹爪或其他类型的抽吸夹爪。在某些情况下，末端执行器114是柔性的和/或多用途的。

拣取、分类和放置机器人系统100还可以包括真空源120(例如，泵)或压缩空气源121，以提供使用抓具所需的压力，其中真空表示负压，压缩空气表示正压。每个源都由控制系统170操作的源开关122控制。源选择开关123允许控制系统170选择适当的源来操作当前使用的抓具。软管124从末端执行器穿过机械臂到达源。阀门125允许控制系统170选择压力源，或将软管连接到大气(即不施加正压或负压)。压力传感器126允许控制系统170监测软管内的压力。抓具快换器117部件的组件允许高效且可靠地抓具更换。位于末端执行器上的重量传感器131允许控制系统170监测抓具及其负载的重量(见图1A)。在某些实施例中，从末端执行器行进到底座或框架的抓具导线128允许控制系统170确定是否有抓具附接在末端执行器上。

控制系统170和视觉系统(例如，摄像头和传感器)的所有组件都通过数据链路173连接。此外，机器人系统中所有参与运动或监测的组件(例如，运动控制器177、泵或源开关122或源选择开关123、阀门125、压力传感器126、抓具传感器119、照明设备168)都具有到控制系统170的数据链路173。

当机器人系统使用带有重力传感器的末端执行器114拣取物件时，重力传感器通过作为转换器将施加到重力传感器上的物件的重力，即其重量，转换为机器人系统收集的电输出来检测物件的重量。然而，大多数商用的重力传感器被设计为只能处理和测量单一维度上的力。当重力传感器受到其他方向上的力时，产生的扭转或弯曲可能会损坏重力传感器并使重量测量结果失真。

拣取、分类和放置机器人系统100需要高鲁棒性和灵活性，特别是在需要速度且物体的形状、尺寸、重量、材料和易碎程度各不相同的应用中。在这类应用中，具有低占用空间且组件数量最少的拣取抓具是理想的。特别地，低占用空间将使拣取抓具保持狭窄，从而使设备实现物理紧凑同时为指状夹爪提供大力量。

本发明的一种实施例是用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具，其中腔体和指状夹爪集成在一起，具有更高的鲁棒性和更小的占用空间。此外，指尖嵌在一个或多个硬指的远端，以实现更强力和更准确的抓取，这是在杂乱中抓取的重要特征。

本公开中描述的柔性拣取抓具包括为此目的而设计的系统。

系统组件之间的交互

在某些实施例中，拣取和放置机器人系统包括具有末端执行器的机械臂、抓具快换装置、抓具架、视觉系统及控制系统。该末端执行器被配置为在其远端具有附接的抓具。抓具快换装置进一步包括机械臂附接部分和抓具附接部分。抓具架包括一个或多个抓具板和多个抓具。控制系统包括处理器、非易失性计算机可读存储介质和多个通信接口。

在某些实施例中，至少一个抓具在其近端包括抓具快换装置的抓具附接部分。机械臂附接部分被配置为附接到上述抓具附接部分，且一个或多个抓具板中的至少一个抓具板包括抓具槽。

在某些实施例中，每个抓具板只有一个抓具槽。在其他实施例中，抓具板可能有多个抓具槽。在一实施例中，抓具架进一步包括与抓具槽相关联的一个或多个传感器，其中一个或多个传感器被配置为指示抓具槽中抓具的存在。

在一实施例中，控制系统接收来自抓具架上每个传感器的数据，并且可以随时确定特定的抓具是否位于其在抓具架的槽中。

在另一实施例中，抓具附接部分进一步包括多个凹槽，且多个凹槽空间上对应于抓具板上的抓具槽。

凹槽使得抓具能够滑入抓具架并以稳健且及时的方式从抓具架取回。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括位于末端执行器远端的重量传感器，其中重量传感器被配置为测量所附接的抓具及其负载(例如一个或多个物体)的重量。

重量传感器可以允许控制系统检测抓具的存在或不存在及它所携带的物体的数量。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括电路，其中电路被配置为指示附接在末端执行器上抓具的存在。在一实施例中，电路为抓具导线。

抓具导线可被配置为当抓具附接到末端执行器时与该抓具接触，以便向控制系统传达是否有抓具附接。在一实施例中，通过电气方式(例如，通过检测导线阻抗、电流强度、电压等的变化)确定抓具的存在。

在一实施例中，抓具导线从抓具行进通过直通末端执行器管到达机械臂的近端部分，如其底座或框架，其中信息通过数据链路传送到控制系统。

在某些实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括多个输入输出组件，其中至少一个输出组件对应于物体类型，并且多个输入输出组件选自由分拣台、料箱、接收台、箱子、料箱输送带、物体输送带、播种墙、自动导引车(AGV)和货架组成的组。

物体可以按类型分类。物体类型可以涉及它们的形状(例如，圆形与细长物体)、它们的材料(例如，塑料与金属物体)、它们的颜色或它们的性质(例如，水果与蔬菜，苹果与橙子)。在一实施例中，具有相同条形码或相同目的地(例如，配送地址、办公室或工厂中的目的部门等)的物体属于相同的物体类型。在一实施例中，属于同一订单(例如，具有相同订单号)的物体属于相同的物体类型。在一实施例中，每个不同的输出组件(例如，分拣台中的箱子)都与不同的物体类型相关联。

在某些实施例中，机械臂和抓具附接部分还包括通孔。在某些实施例中，通孔在所附接的抓具和其相应的源泵之间传输真空或压缩空气。在某些实施例中，通孔包括机械通孔。在某些实施例中，通孔包括电气通孔。在进一步的实施例中，机械臂和抓具附接部分包括多个通孔，每个通孔都可以是上述任何一种类型。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统还包括第一软管，其中机械臂附接部分的通孔连接到第一软管的远端。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统还包括压力传感器，其中压力传感器位于第一软管上。来自压力传感器的数据(例如，压力读数)可指示所附接的抓具或拣取的物体的存在或不存在。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统还包括源泵，其中，源泵连接到第一软管的近端，且源泵从真空泵和压缩空气泵组成的组中选择。

在使用单源泵运行的系统中，第一软管是软管124，如图1A和1B所示，所述软管将抓具直接连接到源泵，其中“连接”一词表示空气、真空或压力的流通。

在另一实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括阀门和一个或多个第二软管，其中阀门将第一软管的近端与一个阀门输出连接，该阀门输出选自大气和一个或多个第二软管。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括一个或多个源泵，其中一个或多个第二软管中的至少一个软管将阀门输出连接到一个或多个源泵中的一个源泵，多个抓具中的至少一个抓具对应于一个或多个源泵中的一个源泵，且一个或多个源泵中的源泵选自由真空泵和压缩空气泵组成的组。

在使用多个源泵(例如，一个真空泵和一个压缩空气泵)运行的系统中，需要阀门在泵之间切换或将抓具连接到大气(即与所有泵断开连接)。在这种情况下，第一软管是图1A和1B中所示的软管124的远端区段。此外，需要第二软管将阀门连接到每个源泵。第二软管代表图1A和1B中所示的软管124的近端区段，其将阀门连接到每个源泵。

在一实施例中，每个源泵都有一个泵开关以启动它，并且都具有由控制系统使用的泵选择开关以通过数据链路或任何其他形式的控制信号(例如，电气开/关信号)来启动所需的泵开关。

在其他实施例中，使用流体泵来控制抓具。在这种情况下，通孔、软管、压力传感器和阀门被配置为与流体一起使用。

在一实施例中，视觉系统包括视觉处理器、多个视觉通信接口和选自由摄像头、条形码读取器、深度传感器、红外传感器、光幕系统和激光雷达组成的组中的一个或多个视觉组件；且视觉系统的至少一个组件通过数据链路连接到视觉处理器，并且视觉处理器通过数据链路连接到控制系统。

在一实施例中，拣取和放置机器人系统进一步包括照明源，其中照明源被配置为发出多个光强度。

在一实施例中，控制系统通过运动控制器控制机械臂运动。在一实施例中，运动控制器还控制阀门。

在一实施例中，来自压力传感器、重量传感器、抓具导线、视觉系统传感器、抓具传感器或任何其他具有通信接口的组件的数据以固定时间间隔传输到控制系统(即数据推送)。在另一实施例中，此类数据仅在控制系统请求时传输(即数据拉取)。

在一实施例中，抓具导线被配置为通过电信号连续并即时地向控制系统提供有关末端执行器上附接的抓具的存在信息。

柔性拣取抓具的构造和组件

图2A显示了根据本发明一个实施例的在拣取、分类和放置机器人系统背景下的示例性的柔性拣取抓具206。在这样的机器人系统100中，选择一个柔性拣取抓具206并将其附接到末端执行器202上。在某些实施例中，该附接位于末端执行器202的远端。在某些实施例中，柔性拣取抓具206相对于末端执行器202是模块化的，即它可以通过例如抓具更换机构自动地或手动地轻松换入和换出，即通过抓具快换器204进行连接。在某些实施例中，柔性拣取抓具206直接附接在末端执行器202上。在某些实施例中，几个不同的抓具集成到一个手上。

图2B显示了根据本发明的一个实施例的附接到拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的末端执行器202上的示例性的柔性拣取抓具206，包括末端执行器202的垂直柔性系统、抓具快换器204和柔性拣取抓具206。当机器人系统100使用柔性拣取抓具206拾起负载时，通过穿过垂直柔性系统202和抓具快换器204的真空或流体通道对柔性拣取抓具206施加正压或负压。所施加的压力使抓具206容纳流体(例如，空气)的腔体变形，所述流体位于柔性拣取抓具206本体内，从而导致对位于本体远端的多个硬指施加力。多个硬指随后的运动导致柔性拣取抓具206的张开或闭合。

在某些实施例中，腔体由一个或多个壁形成。在某些实施例中，至少有一些壁是软的，即这些壁响应于腔体内的压力而变形，在这种情况下腔体是软壁腔。在某些这样的软壁腔中，一个或多个壁可能是硬的，即这些壁在响应于腔体内的压力时没有变形或变形很小。在某些实施例中，腔体和硬指之间的集成是通过将包括至少一部分腔体和硬指的本体模制成一体化结构来实现的。在某些这样的实施例中，包含在本体中的腔体部分包括与硬指相邻的软壁。在其他实施例中，通过3D打印将各组件作为一体化结构从而实现集成。在其他实施例中，通过标准手段(如，锁扣、螺钉、夹子和孔)机械地连接各组件来实现集成。将至少部分软壁腔和硬指集成到一体化结构的本体内具有几个优点。第一，与基于单独固定的指状夹爪的拣取抓具相比，这可以减小占用空间。第二，这使得拣取抓具保持狭窄，从而使设备实现物理紧凑同时提供大抓握或大扩展力。第三，在需要机器人系统100快速和重复操作的动态应用中，本体表现出更高的鲁棒性。一体化结构的设计消除了连接、移动气密密封(如，普通气缸中所发现)和其他移动部件的需要。这消除了维护要求并降低了组件故障的可能性。部件数量少和构造简单降低了生产和装配成本。

图3A显示了根据本发明的一个实施例的附接在拣取、分类和放置机器人系统100的示例的末端执行器的示例性的柔性拣取抓具206的侧视图，其中，显示了柔性拣取抓具206的各种组件。柔性拣取抓抓具206基于一个由集成件制成的本体314，该本体314包括至少部分软壁腔和位于本体314远端的多个硬指318。硬指318相对于腔体壁的刚度使柔性拣取抓具206能够对负载(例如，物体)施加足够的力。柔性拣取抓具206的本体314内的软壁腔被配置为通过抽真空或流体(例如，空气)来改变腔体内的压力而变形。在某些实施例中，软壁腔的变形导致硬指318从静止位置朝向柔性拣取抓具206的中轴移动，从而导致柔性拣取抓具206的抓握运动，如图6所示。在某些实施例中，软壁腔的变形导致硬指318从静止位置向远离柔性拣取抓具206的中轴运动，从而导致柔性拣取抓具206的展开运动。在某些实施例中，同一柔性拣取抓具206可以响应于施加到腔体上的不同压力而呈现出扩展或抓握运动或不同位置。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206的本体314采用橡胶模制。在其他实施例中，可以使用其他软材料。在某些实施例中，本体314由柔性聚氨酯橡胶制成。在某些实施例中，本体314由柔性硅橡胶制成。在某些实施例中，一部分软壁腔和硬指318被模制成由相同材料制成的一体化结构。在其他实施例中，一部分软壁腔采用橡胶模制，但硬指318不是。与腔体壁不同的是硬指318是硬的，因为当对柔性拣取抓具206施加压力时它们不会变形。这与本体314的设计和软壁腔的范围有关，如下文图5A和5B所述。特别地，在某些实施例中，软壁腔并未延伸到硬指318。

在某些实施例中，硬指318被设计为具有增加对抓握物体的牵引力的附加特征。例如，硬指318的表面可以是锯齿状的。在某些实施例中，柔性拣取抓具206进一步包括被嵌入到一个或多个硬指318远端的一个或多个指尖316。在某些实施例中，指尖316比硬指318坚硬。在某些实施例中，指尖316比硬指318柔软。在某些实施例中，指尖316由塑料或金属制成。在某些实施例中，指尖316现场浇铸。在其他实施例中，指尖316是可从他们对应的硬指上分离的。在其他实施例中，指尖316是可替换的。在其他实施例中，指尖316通过螺钉固定到硬指318上。在某些实施例中，指尖316由各向同性聚合物制成。在某些实施例中，指尖316由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或尼龙制成。在某些实施例中，指尖316由铝、POM塑料或不锈钢制成。可以使用任何在拣取操作过程中不发生变形或几乎不发生变形的材料。指尖316可以是锯齿状的以改善它们的抓握力。锯齿可以朝向中轴线以抓握，远离中轴线以扩展，或两者兼有(图3B显示了各种操作轴)。

指尖316扩展了柔性拣取抓具206的拣取和操纵能力。例如，指尖316允许硬指318穿过物体之间或靠近墙壁的狭窄空间。它们还允许硬指318使用比其他方式所需的更小的力来抓取易碎物体(例如，水果)。这一特性可以在杂乱的环境中更精确、更灵活地抓取物体，尤其是当无法通过基于吸力的方法拣取目标物体时。

柔性拣取抓具206的本体314的软壁使得柔性拣取抓具206可以承受施加在其硬指318上的高压而不被损坏。此外，它避免了拣取物体时的滑动或压碎。总之，本体314和指尖316的组合扩大了柔性拣取抓具206能够处理的物体的范围。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206进一步包括嵌入式安装环312和适配板310，其中嵌入式安装环312附接在本体314和适配板310上，如图3A所示。在某些实施例中，嵌入式安装环312和适配板310是一体化组件。适配板310密封软壁腔的近端，使得软壁腔的壁包括嵌入式安装环312和适配板310。在某些实施例中，嵌入式安装环312和适配板310比由本体314贡献的软壁腔的壁更坚硬。在某些实施例中，适配板310包括适配板中间通道，其允许将真空或流体泵入或抽出腔体。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206进一步包括抓具快换器204的下部308，该下部308附接在适配板310上并通过抓具快换器204的上部306连接到机器人系统100。抓具快换器204的上部306和下部308允许机器人系统轻松快速地从一种抓具更换到另一种抓具。在某些实施例中，抓具快换器204的上部306和/或下部308都包括一个抓具快换器中间通道，其允许将真空或流体泵入或抽出腔体。抓具快换器中间通道与适配板中间通道对齐。在某些实施例中，抓具快换器204的上部306进一步通过管夹304连接到真空管302。

在某些实施例中，嵌入式安装环312是本体314与柔性拣取抓具206的硬组件之间的附接组件。在某些实施例中，当没有压力施加到柔性拣取抓具206时，它采用软壁腔处于静止位置时的形状，如图3A所示。在某些实施例中，嵌入式安装环312由塑料或金属制成。在某些实施例中，嵌入式安装环312由各向同性聚合物制成。在某些实施例中，嵌入式安装环312由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或尼龙制成。在某些实施例中，嵌入式安装环312由铝、POM塑料或不锈钢制成。塑料材料更轻，通常更容易大量生产(通过注塑、3D打印等)。

在某些实施例中，适配板310比嵌入式安装环312坚硬，并能够将大范围的本体314或嵌入式安装环312与位于末端执行器202近端的标准轴组件连接。在某些实施例中，适配板310由尼龙制成。在其他实施例中，可以使用其他硬材料制作适配板310。

在某些实施例中，本体314由柔性聚氨酯橡胶或硅橡胶制成，它们提供耐用性、柔性和可模制性。在某些实施例中，抓具快换器204(下部308)由ABS、POM或尼龙制成。在某些实施例中，嵌入式安装环312、指尖316、适配板310和抓具快换器204(上部306)是由铝、不锈钢、ABS、POM或尼龙制成。铝和不锈钢具有耐腐蚀性。所列材料具有较高的耐久性、冲击强度和耐磨性(对指尖特别有帮助)。此外，这些材料重量轻，其中塑料最轻，而铝比不锈钢轻。

图3B显示了根据本发明的一个实施例在拣取、分类和放置机器人系统100的末端执行器202背景下的示例性的柔性拣取抓具206的等轴视图300，其中，显示了柔性拣取抓具的各种组件。特别地，图3B示出了根据本发明的一种实施例中从抓具执行器的近端到其远端的各种组件的相对位置。在抓具执行器的近端(图3B的顶部)，图3B显示了真空管302、管夹304和抓具快换器204的上部306。抓具快换器204的上部306通过抓具快换器204的下部308连接到柔性拣取抓具206。图3B显示了根据本发明的一种实施例的抓具快换器204的其余部分。从抓具执行器的近端到远端包括抓具快换器204的下部308、使用安装螺钉320固定到嵌入式安装环312的适配板310、橡胶拣取抓具本体314和嵌入式指尖316。

此外，图3B示出了根据本发明的一种实施例的柔性拣取抓具206相对于正面轴(或旋转轴)(标记为X轴)、横轴(标记为Y轴)和中轴(真空或流体管的轴)(标记为Z轴)的位置。在图3B中，两个硬指318沿横轴模制，该横轴垂直于柔性拣取抓具的中轴，其中两个硬指318的运动是围绕正面轴(或旋转轴)旋转，该正面轴垂直于横轴和柔性拣取抓具的中轴。

尽管柔性拣取抓具206可能包括两个以上的手指，但两指设计使得拣取抓具保持占用空间小同时允许每个手指施加更大范围的力。占用空间大的夹爪有可能使目标物体周围的物体变形或损坏。相反，占用空间小使得柔性拣取抓具206保持狭窄，从而使设备实现物理紧凑同时提供潜在的大抓握力。总之，与其他设计相比，一体式双指设计可以通过较少数量的手指施加更大范围的力。此外，当与指尖配合使用时，整体设计允许更好地抓握和改善进入更狭窄空间的能力。这些因素有助于拣取形状和大小不规则的物体，以及涉及松散包装的物体(例如，非盒装物体)。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206包括单个手指。这样的抓具可以用于例如推动或按压物体以进行一般物体操纵或适应不规则形状的物体。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206中手指的数量和空间排列被配置为抓取特定形状的物体。改变手指的数量和空间排列以实现特定结果对于本领域技术人员来说是显而易见的。

图4A示出了根据本发明的一个实施例的用于拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的柔性拣取抓具206的各种组件的侧视图400，其中柔性拣取抓具206的本体314被显示为透明的。图4A显示了抓具快换器204的下部308、适配板310、嵌入式安装环312、橡胶拣取抓具本体314和嵌入式指尖316。

图4B示出了根据本发明的一个实施例的用于拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的柔性拣取抓具206的各种组件的横截面侧视图420。特别地，图4B描绘了穿过抓具快换器204的下部308和适配板310的真空通道402的横截面420，柔性拣取抓具206的本体314内真空腔404的横截面，以及用于将适配板310附接到抓具快换器204的下部308上的安装螺钉320。

图5A示出了根据本发明的一个实施例的用于拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的柔性拣取抓具206的各种组件的横截面侧视图500。这些各种组件包括适配板310、嵌入式安装环312、橡胶拣取抓具本体314和嵌入式指尖316。

图5B示出了根据本发明的一个实施例的用于拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的柔性拣取抓具206的各种组件的横截面等轴视图520。这些各种组件包括适配板310、嵌入式安装环312、橡胶拣取抓具本体314和嵌入式指尖316。

图5A和5B根据一个实施例示出了软壁真空腔404的边界。将真空腔404仅限制在本体的上部，不包括硬指318，使得硬指318比真空腔404的壁厚，从而导致它们与真空腔404的壁相比具有相对的硬度。

图4A、4B、5A和5B示出了包括两个硬指318的柔性拣取抓具206的实施例。在某些实施例中，柔性拣取抓具的本体314、嵌入式安装环312和适配板310沿正面轴比沿横轴窄。这允许软壁腔404的形状横向拉长，如图4A、4B、5A和5B所示。在某些实施例中，软壁腔404呈球形或半球形。在某些实施例中，软壁腔404呈非球形(例如，抛物面状、圆柱状、卵形、椭球状)。图5B显示了软壁腔404呈大致圆柱形。此外，柔性拣取抓具的基座(即容纳腔体404、嵌入式安装环312和适配板310的本体314的近端部分)的横向拉长形状使基座沿正面轴缩小，从而使抓具不那么笨重。例如，这允许抓具在齐平抓握应用中避免撞击容器壁。

在某些实施例中，当对柔性拣取抓具施加压力时，在正面轴和横轴之间的本体314的形状不对称导致软壁腔404在硬指318闭合方向上发生更多变形。

在某些实施例中，当通过真空管302对本体314施加负压(真空)时，软壁腔404向内收缩，导致在闭合抓具的方向(即朝向中轴)上对硬指318施加力，这将夹爪的硬指318拉到一起。当通过真空管对抓具本体314施加正压时，软壁腔404向外扩展，导致对在张开抓具的方向(即远离中轴)上对硬指318施加力，这将夹爪的硬指318拉开。在其他实施例中，压力的效果相反：对抓具本体314施加正压导致软壁腔404向内收缩，导致在闭合抓具的方向上对硬指318施加力；而对本体314施加负压(真空)导致软壁腔404向外扩展，导致在张开抓具的方向上对硬指318施加力。

在某些实施例中，软壁腔404的收缩或扩展是围绕软壁表面的大致均匀运动。在其他实施例中，软壁腔404的收缩或扩展是围绕软壁表面的非均匀运动，这取决于软壁腔404的形状。在某些实施例中，软壁腔404呈球形或半球形。在某些实施例中，软壁腔404呈非球形(例如，抛物面状、圆柱状、卵形、椭球状)，这有助于减小杂乱抓握应用中柔性拣取抓具的整体占用空间。横向拉长设计也有益于齐平抓握，如上所述。在某些实施例中，软壁腔404是不对称的。例如，软壁腔404可能沿两个横向中的一个具有更厚的壁，导致硬指318的非对称运动，由此响应于施加到柔性拣取抓具206的给定压力，使硬指318呈现出不同的施加力或位置(例如，开口角度)。

在某些实施例中，本体314被设计成使得硬指318不相同或对给定施加压力的响应不相同。形状、大小或对压力的响应(例如，不同的开口角度)的不对称性可有助于拣取特定形状的物体(例如，书)。此外，在某些实施例中，位于一个或多个硬指318的远端的指尖316可具有不同的形状或由不同的材料制成。例如，宽手指或指尖316可能更适合同时拣取一组小物体。例如，使用一个更宽的手指和/或指尖316可有助于作为拣取动作的一部分的横向挖取和提升。对于本领域技术人员来说，通过设计各种手指配置和指尖形式可以实现各种专用柔性拣取抓具。

图6示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统100的示例性的柔性拣取抓具206的各种组件的横截面侧视图600，包括示意性示出硬指在张开和闭合时所处的位置。在一实施例中，对柔性拣取抓具206施加的压力导致硬指318从静止位置向中轴604运动，从而导致柔性拣取抓具206的抓握运动。在图6中，对柔性拣取抓具206施加的特定压力导致其中一个硬指318将其开口角度602减小到角度θ，其中开口角度602是硬指318与柔性拣取抓具的中轴604之间形成的角度。在某些实施例中，每个硬指318足够硬，以使每个硬指在开口角度602变化时发生的变形小于腔体404发生的变形。在某些实施例中，每个硬指318足够硬，以使每个硬指在开口角度602变化时不发生变形。在某些实施例中，当腔体404的变形足够大时，硬指318会相互接触。这可能发生在指尖316处或沿着硬指318的其他地方。在其他实施例中，无论腔体404变形多少，硬指318都永远不会相互接触。在某些实施例中，至少在硬指318彼此接触或与物体接触之后，它们才会变形。

在某些实施例中，柔性拣取抓具因此会对不同程度的施加压力(例如，不同大小的压力导致不同大小的力)做出反应。经过校准后，可以通过适当调整所施加的压力来实现柔性拣取抓具206所需的力。因此，在某些实施例中，施加到软壁腔404内部的多个压力可能导致多个硬指318中的每一个在物体上施加多个相应大小的力，或导致多个硬指318中的每一个的多个相应位置。

在某些实施例中，柔性拣取抓具可包括一个外阀门，该外阀门可以由用户或自动系统打开或关闭以保持软壁腔404内部特定的压力，从而避免为维持特定手指位置或力而继续对柔性拣取抓具206施加压力。

在某些实施例中，柔性拣取抓具可包括一个比例空气阀，其使得能够对柔性拣取抓具206施加特定的压力，从而导致硬指318持续被施加相应的力，或导致硬指318的相应位置(例如，开口角度)。在某些实施例中，比例空气阀控制真空压力。在这些实施例中，比例空气阀通过具有模拟电压信号的I/O控制器进行控制，并通过I/O控制器和模拟压力传感器监测压力。

在某些实施例中，多个硬指318从静止位置开始的运动可能是仅朝向柔性拣取抓具206的中轴604发生的抓握运动，如图6所示；可能是仅远离中轴604的展开运动(图6未显示)；或可能是相对于中轴604的抓握和展开运动的组合。因此，具有开放腔体(例如，杯子)或具有凹形结构或部分(例如，环、锥、钩)的物体可以通过应用展开运动进行拣取或移动。在一实施例中，指尖316可以包含在远离中轴604的手指318的表面。在朝向中轴604的手指318表面包含指尖316可以代替或附加于在远离中轴604的手指318的表面包含指尖316。当需要在拥挤的环境中占用更少空间时、当物体的外表面难以抓握时、以及当一机械臂将物体交给另一机械臂或用于从外表面抓握时，以这种方式拣取或移动物体将是有利的。机械臂也可以使用扩展来将物体彼此分开、远离墙壁或远离其他障碍物。

图7A和7B示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的正视图700、720和示例尺寸。图7C示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的俯视图740和示例尺寸。特别地，如图7C所示，腔体沿正面轴和横轴的大小不同。这种不对称性导致当对柔性拣取抓具施加压力时，在硬指318闭合方向上软壁腔404发生更多变形。由于所描述的实施例是示例性的，其他实施例对于本领域技术人员来说是显而易见的。

图7D示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各个组件的爆炸图760。

图8A、8B和8C示出了根据本发明的一个实施例用于拣取、分类和放置机器人系统的示例性的柔性拣取抓具的各个照片800、820、840。在某些实施例中，柔性拣取抓具206包括一个或多个传感器，它是传感器系统的一部分，被配置为用于确定一个或多个硬指的位置、物体相对于柔性拣取抓具的位置或一个或多个硬指施加的力的大小。一个或多个传感器可以是压力传感器、力传感器、接近传感器、电流传感器、磁场传感器或视觉传感器(例如，摄像头)。

在某些实施例中，柔性拣取抓具206是机器人系统100的一部分，该系统包括反馈机构，该反馈机构使用真空背压或其他方式来确定硬指是否抓住了负载。在某些实施例中，该反馈机构确定抓握的强度。可以使用多个视觉传感器、触觉传感器或压力传感器来实现这一目的。例如，反馈机构可以包括指向夹爪的RGB摄像头，以视觉检测夹爪是否抓住了负载。在某些实施例中，机器人系统100可包括有关抓握各种类型的物体的抓握压力范围的信息。例如，易碎物体可能具有较低的可接受抓握压力阈值，超过该阈值，抓具会损坏或破坏物体；重物可能有较高的可接受抓握压力阈值，低于该阈值，抓具将无法夹住该重物。在某些实施例中，使用人工智能(AI)系统训练反馈机构，该系统被配置为检测异常行为，如双重拣取或弱抓握。在某些实施例中，机器学习模块确定一个或多个硬指的位置、物体相对于柔性拣取抓具的位置或一个或多个硬指施加的力的大小。在某些实施例中，为了实现特定目标(例如，在预定压力范围内抓握物体或与物体接触)，响应于确定的信息调整发送到柔性拣取抓具的压力。

在某些实施例中，末端执行器可包括多个柔性拣取抓具，其中多个柔性拣取抓具可以协调地运作。例如，这种设置可以用来夹住一个长物体，其稳定性和力度是单个柔性拣取抓具难以或无法实现的，相当于人类用两只手抓住长物体。多个柔性拣取抓具的设置也可以被配置为抓取具有特定形状的物体。在某些实施例中，这种组合抓具共享同一个末端执行器但具有独立的本体。位于抓具的适配板的近端的空气阀连接器可以被配置为将总施加压力的固定比例施加到每个柔性拣取抓具上(例如，在两个柔性拣取抓具相同且始终配置为施加相同力的情况下，比例为50％)。共享同一末端执行器的抓具也可以共享一个抓具快换器(即空气阀位于适配板和抓具快换器之间，如图3A和3B所示)。在这种配置中，以这种方式组合的抓具组被机器人系统100视为相同抓具。

在另一种实施例中，空气阀连接器位于抓具的上部抓具快换器的近端。在这种配置中，以这种方式组合的每个抓具都被机器人系统100视为单独的抓具。在其他实施例中，可以为位于同一机械臂上的每个柔性拣取抓具使用单独的真空管。

操作中的柔性拣取抓具

图9A示出了根据本发明的一个实施例的张开用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具的示意性流程图900。流程图900从步骤902开始：对柔性拣取抓具施加正压或负压。在步骤904中，由集成件制成的柔性拣取抓具的本体的软壁腔在正压或负压的作用下发生变形。在步骤906中，响应于软壁腔的变形，对柔性拣取抓具的本体的多个硬指施加力。在步骤908中，多个硬指的运动使柔性拣取抓具张开。

图9B示出了根据本发明的一个实施例的闭合用于拣取、分类和放置机器人系统的柔性拣取抓具的示意性流程图920。流程图920从步骤910开始：对柔性拣取抓具施加正压或负压。在步骤912中，由集成件制成的柔性拣取抓具的本体的软壁腔在正压或负压的作用下发生变形。在步骤914中，响应于软壁腔的变形，对柔性拣取抓具的本体的多个硬指施加力。在步骤916中，多个硬指的运动使柔性拣取抓具闭合。

展示多个柔性拣取抓具运动组合的流程图对于本领域技术人员来说是显而易见的。

示范性的系统架构

本公开的示例性实施例可包括一个或多个服务器(管理计算实体)、一个或多个网络和一个或多个客户端(用户计算实体)。例如，服务器可以在远端远程控制所述拣取与放置机器人系统，并且客户端设备也可以远程控制机器人系统的运行。类似地，机器人系统的各种计算组件可以使用本文所述的服务器或客户端设备架构来实现。这些组件、实体、设备和系统(本文中可互换使用的类似术语)中的每一个都可以通过相同或不同的有线或无线网络与彼此直接或间接通信。此外，虽然图10和图11将各种系统实体描述为单独的、独立的实体，但各种实施例并不局限于这种特定的架构。

示例性管理计算实体

图10提供了根据本发明的一个实施例的服务器(管理计算实体1002)的方框图1000。一般来说，本文中可互换使用的计算实体、计算机、实体、设备、系统和/或类似词语可以指例如一台或多台计算机、计算实体、台式计算机、移动电话、平板电脑、平板手机、笔记本电脑、便携式电脑、分布式系统、游戏控制器、手表、眼镜、iBeacons、邻近信标、小型安全终端、射频识别(RFID)标签、耳机、扫描仪、电视机、加密狗、摄像头、腕带、可穿戴物品或设备、自助服务终端、输入终端、服务器或服务器网络、刀片服务器(blade)、网关、交换机、处理设备、处理实体、机顶盒、中继器、路由器、网络接入点、基站等，和/或适用于执行此处描述的功能、操作和/或处理的设备或实体的任何组合。这些功能、操作和/或处理包括例如传输、接收、操作、处理、显示、存储、确定、创建或生成、监控、评估和/或比较(本文中类似术语可互换使用。在一个实施例中，这些功能、操作和/或处理可以在数据、内容和/或信息(本文中类似术语可互换使用)上执行。

如所示的，在一个实施例中，管理计算实体1002还可以包括一个或多个通信接口1010，以与各种计算实体进行通信，例如通过传输、接收、操作、处理、显示、存储等方式通信数据、内容和/或信息(本文中类似术语可互换使用)。

如图10所示，在一个实施例中，管理计算实体1002可包括一个或多个处理元件1004(也称为处理器和/或处理电路，本文中类似术语可互换使用)或与一个或多个处理元件1004通信，例如该处理元件1004通过总线与管理计算实体1002内的其他元件通信。如将理解的那样，处理元件1004可以以多种不同方式实施。例如，处理元件1004可以以一个或多个复杂可编程逻辑装置(CPLDs)、微处理器、多核处理器、协同处理实体(coprocessingentities)、专用指令集处理器(ASIPs)、微控制器和/或控制器的形式实施。此外，处理元件1004可以以一个或多个其他处理设备或电路的形式实施。术语“电路”可以指整个硬件实现或硬件与计算机程序产品的结合。因此，处理元件1004可以以集成电路、专用集成电路(ASICs)、现场可编程门阵列(FPGAs)、可编程逻辑阵列(PLAs)、硬件加速器、其他电路等形式实施。因此，可以理解，处理元件1004可被配置为用于特定用途，或被配置为执行存储在易失性或非易失性介质中的指令或其他处理元件1004可访问的指令。因此，无论由硬件还是计算机程序产品配置或通过它们的组合配置，处理元件1004在配置后都能够执行本公开内容的各种实施例中的步骤或操作。

在一个实施例中，管理计算实体1002还可以包括非易失性介质(也称为非易失性存储装置、存储器、记忆存储器和/或存储器电路，本文中类似术语可互换使用)或与非易失性介质通信。在一个实施例中，非易失性存储装置或存储器可以包括一个或多个非易失性存储器或存储器介质1006，包括但不限于硬盘、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、MMCs、SD存储卡、记忆棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、NVRAM、MRAM、RRAM、SONOS、FJG RAM、千足虫存储器(Millipede memory)、赛道存储器(racetrack memory)等。如将理解的那样，非易失性存储装置或存储器介质可以存储数据库、数据库实例、数据库管理系统、数据、应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等。术语“数据库、数据库实例和/或数据库管理系统”(本文中类似术语可互换使用)可以指使用一个或多个数据库模型(例如，分层数据库模型、网络模型、关系模型、实体关系模型、对象模型、文档模型、语义模型、图形模型等)存储在计算机可读存储介质中的记录或数据的集合。

在一个实施例中，管理计算实体1002还可以包括易失性介质(也称为易失性存储装置、存储器、记忆存储器、存储器电路，本文中类似术语可互换使用)，或与易失性介质通信。在一个实施例中，易失性存储装置或存储器还可以包括一个或多个易失性存储器或存储器介质1008，包括但不限于RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、TTRAM、T-RAM、Z-RAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、高速缓冲存储器、寄存器存储器等。如将理解的那样，易失性存储器或存储器介质可以用于至少部分地存储例如由处理元件1004执行的数据库、数据库实例、数据库管理系统、数据、应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码和/或可执行指令等。因此，在处理元件1004和操作系统的协助下，数据库、数据库实例、数据库管理系统、数据、应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、和/或可执行指令等可以用于控制管理计算实体1002操作的某些方面。

如所示的，在一个实施例中，管理计算实体1002还可以包括一个或多个通信接口1010，用于与各种计算实体通信，例如，通过传输、接收、操作、处理、显示、存储等方式通信数据、内容和/或信息(本文中类似术语可互换使用)。这种通信可以使用有线数据传输协议来执行，例如光纤分布式数据接口(FDDI)、数字用户线路(DSL)、以太网、异步传输模式(ATM)、帧中继、电缆服务接口规范(DOCSIS)或任何其他有线传输协议。同样，管理计算实体1002可以被配置为使用各种协议通过无线外部通信网络进行通信，例如通用分组无线电服务(GPRS)、通用移动通信系统(UMTS)、码分多址2000(CDMA2000)、CDMA2000 1X(1xRTT)、宽带码分多址(WCDMA)、时分-同步码分多址(TD-SCDMA)、长期演进(LTE)、演进通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)、演进数据优化(EVDO)、高速分组接入(HSPA)、高速下行分组接入(HSDPA)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、Wi-Fi直连、802.16(WiMAX)、超宽带(UWB)、红外(IR)协议、近场通信(NFC)协议、超低功耗蓝牙无线技术(Wibree)、蓝牙协议、无线通用串行总线(USB)协议等。

虽然未显示，但管理计算实体1002可以包括一个或多个输入元件，例如键盘输入、鼠标输入、触摸屏或显示输入、运动输入、移动输入、音频输入、定点设备输入、操纵杆输入、按键输入等，或与该一个或多个输入元件通信。管理计算实体1002还可以包括或与一个或多个输出元件(未显示)，例如音频输出、视频输出、屏幕或显示输出、运动输出、移动输出等，或与该一个或多个输出元件通信。

如将理解的那样，管理计算实体1002的一个或多个组件可能位于远离其他管理计算实体1002组件的位置，例如在分布式系统中。此外，一个或多个组件可能被组合，并且执行本文所述功能的附加组件可包括在管理计算实体1002中。因此，管理计算实体1002可以适应各种需求和情况。如将理解的那样，这些架构和描述仅出于示例目的提供，并不限制各种实施例。

示例性的用户计算实体

用户可以是个人、公司、组织、实体、组织内部门、组织和/或个人的代表等。图11提供了可与本公开内容的各种实施例一起使用的客户端(用户计算实体)1102的示例性示意图1100。一般来说，本文中可互换使用的设备、系统、计算实体、实体和/或类似词语可以指例如一台或多台计算机、计算实体、台式机、移动电话、平板电脑、平板手机、笔记本电脑、便携式电脑、分布式系统、游戏控制器、手表、眼镜、小型安全终端(key fobs)、射频识别(RFID)标签、耳机、扫描仪、摄像头、腕带、自助服务终端、输入终端、服务器或服务器网络、刀片服务器(blade)、网关、交换机、处理设备、处理实体、机顶盒、中继器、路由器、网络接入点、基站等，以及/或执行本文所述功能、操作和/或处理的任何设备或实体的组合。用户计算实体1102可以由各方操作。如图11所示，用户计算实体1102可包括天线1110、发射器1104(例如，无线电)、接收器1106(例如，无线电)和处理元件1108(例如，CPLDs、微处理器、多核处理器、协同处理实体、ASIPs、微控制器和/或控制器)，分别向发射器1104和接收器1106提供信号并从发射器1104和接收器1106接收信号。

提供给发射器1104和接收器1106的信号和从发射器1104和接收器1106接收的信号可包括符合适用无线系统的空中接口标准的信令信息。在这方面，用户计算实体1102能够与一个或多个空中接口标准、通信协议、调制类型和访问类型一起操作。更具体地说，用户计算实体1102可以按照任何一个无线通信标准和协议操作，例如上面关于管理计算实体1002所描述的那些。在一个特定的实施例中，用户计算实体1102可以按照多个无线通信标准和协议操作，例如UMTS、CDMA2000、1xRTT、WCDMA、TD-SCDMA、LTE、E-UTRAN、EVDO、HSPA、HSDPA、Wi-Fi、Wi-Fi直连、WiMAX、UWB、IR、NFC、蓝牙、USB等。同样，用户计算实体1102可以根据多种有线通信标准和协议运行，例如上面所描述的经由网络接口1116关于管理计算实体1002的那些标准和协议。

通过这些通信标准和协议，用户计算实体1102可以使用诸如非结构化补充业务数据(USSD)、短消息服务(SMS)、多媒体消息服务(MMS)、双音多频信令(DTMF)和/或订户身份模块拨号器(SIM拨号器)等概念与各种其他实体通信。用户计算实体1102还可以为其固件、软件(例如，包括可执行指令、应用程序、程序模块)和操作系统下载更改、附加组件和更新。

根据一种实施例，用户计算实体1102可以包括位置确定方面、设备、模块、功能和/或本文可互换使用的类似词语。例如，用户计算实体1102可以包括室外定位方面，例如适用于获取例如纬度、经度、海拔、地理编码、路线、方向、航向、速度、世界时间(UTC)、日期和/或各种其他信息或数据的位置模块。在一个实施例中，位置模块可以通过识别观察到的卫星的数量和这些卫星的相对位置来获取数据，有时称为星历数据。卫星可以是各种不同的卫星，包括近地轨道(LEO)卫星系统、国防部(DOD)卫星系统、欧盟伽利略定位系统、中国北斗导航系统、印度区域导航卫星系统等。或者，位置信息可以通过三角剖分用户计算实体1102与各种其他系统(包括蜂窝塔、Wi-Fi接入点等)的位置来确定。同样，用户计算实体1102可以包括室内定位方面，例如适用于获取例如纬度、经度、海拔、地理编码、路线、方向、航向、速度、时间、日期和/或各种其他信息或数据的位置模块。一些室内系统可能使用包括RFID标签、室内信标或发射器、Wi-Fi接入点、蜂窝塔、附近计算设备(例如智能手机、便携式电脑)等的各种位置或定位技术。例如，这些技术可包括iBeacons、Gimbal邻近信标、蓝牙低能耗(BLE)发射器、NFC发射器等。这些室内定位方面可以用于各种环境，以在英寸或厘米范围内确定某人或某物的位置。

用户计算实体1102还可以包括用户界面(可以包括与处理元件1108耦合的显示器1112)和/或与处理元件1108耦合的用户输入界面。例如，用户界面可以是在用户计算实体1102上执行和/或通过用户计算实体1102访问的用户应用程序、浏览器、用户界面和/或本文中可互换使用的类似词语，以与管理计算实体1002交互和/或导致来自管理计算实体1002的信息显示。用户输入界面可以包括允许用户计算实体1102接收数据的任一设备或接口，例如键盘1114(硬或软)、触摸显示器1112、语音/言语或运动接口或其他输入设备。在包括键盘1114的实施例中，键盘1114可以包括(或导致显示)常规数字(0-9)和相关键(#，*)，以及用于操作用户计算实体1102的其他键，并且可以包括一整套字母键或一组可以被激活以提供一整套字母数字键的键。除了提供输入外，用户输入界面还可以用于例如激活或停用某些功能，如屏幕保护程序和/或睡眠模式。

用户计算实体1102还可以包括易失性存储器或存储器1118和/或非易失性存储器或存储器1120，它们可以是嵌入式的和/或可以是可移除的。例如，非易失性存储器可以是ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、MMCs、SD存储卡、记忆棒、CBRAM、PRAM、FeRAM、NVRAM、MRAM、RRAM、SONOS,、FJG RAM、千足虫存储器(Millipede memory)、赛道存储器(racetrackmemory)等。易失性存储器可以是RAM、DRAM、SRAM、FPM DRAM、EDO DRAM、SDRAM、DDR SDRAM、DDR2 SDRAM、DDR3 SDRAM、RDRAM、TTRAM、T-RAM、Z-RAM、RIMM、DIMM、SIMM、VRAM、高速缓冲存储器、寄存器存储器等。易失性和非易失性存储器或存储器可以存储数据库、数据库实例、数据库管理系统、数据、应用程序、程序、程序模块、脚本、源代码、目标代码、字节代码、编译代码、解释代码、机器代码、可执行指令等以实现用户计算实体1102的功能。如图所示，这可包括驻留在实体上或可通过浏览器或其他用户界面访问的以与管理计算实体1002和/或各种其他计算实体通信的用户应用程序。

在另一种实施例中，用户计算实体1102可包括与管理计算实体1002的组件或功能相同或类似的一个或多个组件或功能，如上文详细描述的那样。如将理解的那样，这些架构和描述仅出于示例目的提供，并不限制各种实施例。

本发明可以在客户端服务器环境中实施。图12显示了在客户端服务器环境中实施本发明的一种实施例的示例性的系统架构1200。客户端的用户设备1202可包括智能手机1204、便携式电脑1206、台式电脑1208、平板电脑1210或其他设备。这些用户设备1202通过某些网络连接1212(例如，因特网)访问系统服务器1214的服务。

结论

本领域的普通技术人员知道可以以其他顺序或组合来执行用例、结构、示意和流程，但是其在不脱离本发明的更广泛范围的情况下保持本发明的发明构思。每个实施例都可以是独一无二的，方法或步骤可以被删减或增加，与其他活动重叠、推迟、延迟、并在时间间隔后继续以实施本发明的方法。

尽管本发明已经通过参考具体的示例性实施例进行了描述，但显然对这些实施例进行各种的修改和变化不偏离本发明更广泛的范围。因此，说明书和附图应被视为说明性而非限制性。对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述描述的实施例是单一的更广泛发明的具体示例，其可以具有比任何单一描述教导的范围更大的范围。在不偏离本发明范围的情况下，可以对说明书进行许多更改。

Claims (22)

1.一种用于拣取和放置机器人系统的柔性拣取抓具，包括：

由集成件制成的本体，所述本体包括：

位于所述本体远端的多个硬指，及

软壁腔的一部分，其被配置为通过在所述软壁腔内施加正压或负压而变形，从而使得所述多个硬指从静止位置朝向或远离所述柔性拣取抓具的中轴运动；以及

一个或多个嵌入式指尖，其中所述多个硬指中的至少一个硬指包括嵌入其远端的指尖。

2.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述柔性拣取抓具进一步包括：

密封所述软壁腔的近端的适配板，所述适配板包括适配板中间通道；以及

将所述本体附接到所述适配板的嵌入式安装环。

3.根据权利要求2所述的柔性拣取抓具，其中，所述柔性拣取抓具进一步包括附接到所述适配板的抓具快换器的下部，

其中，所述抓具快换器的所述下部通过所述抓具快换器的上部与所述拣取和放置机器人系统连接，及

其中，所述抓具快换器的所述下部包括与所述适配板中间通道对齐的抓具快换器中间通道。

4.根据权利要求3所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指是一组两个硬指；

其中，所述两个硬指沿着与所述柔性拣取抓具的中轴垂直的横轴放置；以及

其中，所述两个硬指的运动是围绕与所述柔性拣取抓具的所述横轴和所述中轴垂直的正面轴的旋转运动。

5.根据权利要求4所述的柔性拣取抓具，其中，所述本体、所述嵌入式安装环和所述适配板沿所述正面轴比沿所述横轴窄。

6.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指中的硬指的数量和空间排列被配置为用于抓取特定形状的物体。

7.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述软壁腔呈半球形。

8.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述软壁腔呈抛物面形。

9.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述软壁腔呈椭球形。

10.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述一个或多个嵌入式指尖是可拆卸的。

11.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指中的每个硬指被配置为在所述软壁腔内施加任一压力时都不接触所述多个硬指中的另一硬指。

12.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指中的一个硬指被配置为在所述软壁腔内施加某些压力时接触所述多个硬指中的另一硬指。

13.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，在所述软壁腔内施加的多个压力会导致所述多个硬指中的每个硬指对物体施加相应的多个力。

14.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指从所述静止位置开始的运动是一种仅朝向所述柔性拣取抓具的中轴发生的抓握运动。

15.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述多个硬指从所述静止位置开始的运动是一种仅远离所述柔性拣取抓具的中轴发生的展开运动。

16.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述柔性拣取抓具进一步包括：

外阀门，其被配置为维持所述软壁腔内的压力。

17.根据权利要求1所述的柔性拣取抓具，其中，所述柔性拣取抓具进一步包括传感器，用于确定选自以下组的信息：所述多个硬指中的一个或多个硬指的位置、物体相对于所述柔性拣取抓具的位置和所述柔性拣取抓具的所述多个硬指中的一个或多个硬指施加的力。

18.根据权利要求17所述的柔性拣取抓具，其中，所述传感器选自由压力传感器、力传感器、接近传感器、电流传感器和摄像头所组成的组。

19.根据权利要求17所述的柔性拣取抓具，其中，发送到所述柔性拣取抓具的压力根据从所述传感器确定的信息进行调整，以将所述柔性拣取抓具的所述多个硬指中的一个或多个硬指施加的力保持在预定力范围内。

20.根据权利要求19所述的柔性拣取抓具，其中，所述预定力范围对应于抓住物体而不损坏物体。

21.根据权利要求17所述的柔性拣取抓具，其中，所述柔性拣取抓具进一步包括机器学习模块，用于确定选自以下组的信息：所述多个硬指中的一个或多个硬指的位置、物体相对于所述柔性拣取抓具的位置和所述多个硬指中的一个或多个硬指施加的力。

22.一种拣取和放置机器人系统，包括

柔性拣取抓具，所述柔性拣取抓具包括：

由集成件制成的本体，所述本体包括：

位于本体远端的多个硬指，和

软壁腔的一部分，其被配置为通过在所述软壁腔内施加正压或负压而变形，从而使得所述多个硬指从静止位置朝向或远离所述柔性拣取抓具的中轴运动；以及

一个或多个嵌入式指尖，其中所述多个硬指中的至少一个硬指包括嵌入在其远端的指尖。