CN206297736U - 柔性机械手及应用该柔性机械手的无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性机械手及应用该柔性机械手的无人机，涉及无人机领域。柔性机械手包括机械臂壳体、中空的柔性手、加压装置、驱动机构和牵引件。柔性手安装在机械臂壳体上，并连通形成密闭空间。加压装置和驱动机构设置于机械臂壳体的内部，柔性手包括可变形的吸头，牵引件的两端分别连接驱动机构和吸头。加压装置将密闭空间加压至预设值时，在驱动机构的驱动下，牵引件可牵引吸头朝机械臂壳体运动，并使吸头与物品之间形成负压；或者可释放其对吸头的牵引力，使负压消除。本实用新型提供的柔性机械手能抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品。本实用新型提供的无人机采用该柔性机械手，操作简单、灵活自由。

Description

柔性机械手及应用该柔性机械手的无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，具体而言，涉及一种柔性机械手及应用该柔性机械手的无人机。

背景技术

无人机在民用方面用途广泛，尤其在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等领域。

机械手是无人机空中抓取、搬运物品的主要设备之一，该技术是期望无人机在人无法触及如高空等位置执行抓取、搬运物品任务过程中，能够实现对物品的稳定抓取，完成指定的工作任务。

当前的机械手控制复杂，体型较大，重量较重，抓取物品时动作复杂，控制较难，而且抓取目标物品种类局限性较大，在抓取高空物品和狭窄位置物品时没有特别好的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性机械手，该柔性机械手重量轻、操作简单、灵活自由、便携，且能够实现抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品。

本实用新型的另一目的在于提供一种无人机，其能实现抓取、释放和运输不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品，且可通过该柔性机械手执行设定的抓取任务。

本实用新型解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：

一种柔性机械手，用于抓取或释放物品，该柔性机械手包括机械臂壳体、中空的柔性手、加压装置和执行装置。所述柔性手安装于所述机械臂壳体上，并与所述机械臂壳体连通形成密闭空间。所述加压装置设置于所述机械臂壳体的内部，用于将所述密闭空间加压至预设值。所述执行装置包括驱动机构和牵引件，所述驱动机构设置于所述机械臂壳体的内部，所述柔性手包括可变形的吸头，所述牵引件的一端与所述驱动机构连接，所述牵引件的另一端与所述吸头连接。所述驱动机构用于驱动所述牵引件运动。

所述牵引件用于在所述密闭空间处于所述预设值的状态下，牵引所述吸头，使所述吸头朝向所述机械臂壳体运动，并使所述吸头与所述物品之间形成负压；或者，释放其对所述吸头的牵引力，使所述吸头远离所述机械臂壳体运动，并使所述吸头与所述物品之间的负压消除。

进一步地，所述柔性手还包括可变形的吸肚，所述吸肚与所述吸头连接，所述吸肚与所述机械臂壳体连接。

进一步地，所述吸肚与所述吸头连接形成锥形结构，且所述吸头的截面尺寸小于所述吸肚的截面尺寸。

进一步地，所述吸头的外壁具有一吸附面，所述吸附面为平面、凸面或者凹面。

进一步地，所述机械臂壳体向外延伸有连接部，所述柔性手套设于所述连接部外；所述连接部设置有通孔，所述机械臂壳体通过所述通孔与所述柔性手连通。

进一步地，所述连接部的外周缘设置有卡口，所述柔性手的内周缘凸设有卡持部，所述卡持部与所述卡口配合。

进一步地，所述牵引件为导向线，所述驱动机构包括电机和收线器，所述电机与所述收线器转动连接，所述导向线的一端固定于所述收线器上，所述导向线的另一端固定连接于所述吸头。所述收线器可正向转动，并将所述导向线缠绕于所述收线器上，以使所述导向线牵引所述吸头；或者，所述收线器可反向转动，并将所述导向线从所述收线器上释放，以使所述导向线释放其对所述吸头的牵引力。

进一步地，所述加压装置为气泵。

一种应用该柔性机械手的无人机，包括无人机本体和柔性机械手。所述柔性机械手用于抓取或释放物品，其包括机械臂壳体、中空的柔性手、加压装置和执行装置。所述机械臂壳体与所述无人机本体连接。所述柔性手安装于所述机械臂壳体上，并与所述机械臂壳体连通形成密闭空间。所述加压装置设置于所述机械臂壳体的内部，用于将所述密闭空间加压至预设值。所述执行装置包括驱动机构和牵引件，所述驱动机构设置于所述机械臂壳体的内部，所述柔性手包括可变形的吸头，所述牵引件的一端与所述驱动机构连接，所述牵引件的另一端与所述吸头连接。所述驱动机构用于驱动所述牵引件运动。

所述牵引件用于在所述密闭空间处于所述预设值的状态下，牵引所述吸头，使所述吸头朝向所述机械臂壳体运动，并使所述吸头与所述物品之间形成负压；或者，释放其对所述吸头的牵引力，使所述吸头远离所述机械臂壳体运动，并使所述吸头与所述物品之间的负压消除。

进一步地，所述机械臂壳体远离所述柔性手的一侧设置有卡扣，所述无人机本体上设置有卡槽，所述卡扣与所述卡槽配合。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型实施例提供的柔性机械手在工作时，通过加压装置将密闭空间加压至预设值，密闭空间处于预设值的状态下，牵引件在驱动机构的驱动下牵引吸头，使吸头朝向机械臂壳体运动，并使吸头与物品之间形成负压，从而将物品抓取；或者，牵引件在驱动机构的驱动下，释放其对吸头的牵引力，使吸头远离机械臂壳体运动，并使吸头与物品之间的负压消除，从而释放物品。因此，本实用新型实施例提供的柔性机械手重量轻、便携、操作简单、灵活自由，且能够实现抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品。

本实用新型实施例提供的应用该柔性机械手的无人机由于采用该柔性机械手执行设定的抓取和释放物品的任务，操作简单、灵活自由。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本实用新型具体实施例提供的无人机的结构示意图。

图2为本实用新型具体实施例提供的柔性机械手的第一剖面视图。

图3为本实用新型具体实施例提供的柔性机械手的机械臂壳体的结构示意图。

图4为本实用新型具体实施例提供的柔性机械手的柔性手的结构示意图。

图5为本实用新型具体实施例提供的柔性机械手的第二剖面视图。

图标：100-柔性机械手；110-机械臂壳体；112-连接部；1121-通孔；1123-卡口；114-卡扣；120-柔性手；122-吸头；1221-吸附面；124-吸肚；1241-卡持部；130-加压装置；140-执行装置；142-驱动机构；1421-电机；1423-收线器；144-牵引件；150-密闭空间；200-无人机本体；210-卡槽；300-无人机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型的较佳实施例提供了一种抓取和搬运物品的设备，该设备包括相互连接的机体和柔性机械手100。由于采用该柔性机械手100，该设备能通过柔性机械手100执行设定的抓取任务，抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品。该设备可以是无人机300或机器人等，相应地，该机体可以是无人机本体200或机器人本体等，另外，该柔性机械手100也可以独立使用。

请参照图1，本实施例中，以该抓取和搬运物品的设备为无人机300为例进行具体说明。本实施例提供的无人机300包括相互连接的无人机本体200和柔性机械手100。该柔性机械手100可通过其内部压力实现抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品，操作简单、灵活自由。

本实施例中，无人机本体200设置有卡槽210，用于与柔性机械手100配合，以将柔性机械手100安装于无人机本体200上。

请参照图2，本实施例提供的柔性机械手100包括机械臂壳体110、柔性手120、加压装置130和执行装置140。

柔性手120安装在机械臂壳体110上。加压装置130设置于机械臂壳体110的内部。执行装置140设置于机械臂壳体110的内部，并且执行装置140与柔性手120连接。

柔性手120与机械臂壳体110相互连通，即形成了密闭空间150。加压装置130用于将密闭空间150加压至预设值，以使柔性手120在与物品的表面接触时相互贴合，以吸取物品。执行装置140用于带动柔性手120朝向机械臂壳体110运动，并且柔性手120贴合被抓取物品的形状向柔性机械手100的内部凹陷变形，产生负压，实现抓取物品的功能，或者，用于释放其对柔性手120的牵引力，从而释放物品。

请参照图3，机械臂壳体110大致呈长方体形壳体结构，其为中空结构，且一侧与柔性手120连通，用以与柔性手120形成密闭空间150。

本实施例中，机械臂壳体110的一侧向外延伸有连接部112。该连接部112用于安装柔性手120。本实施例中，连接部112的外周缘设置有至少一圈卡口1123，用于与柔性手120配合。连接部112的中部设置有通孔1121，可以理解的是，机械臂壳体110和柔性手120通过该通孔1121相互连通，并形成密闭空间150。并且，该通孔1121可供执行装置140穿过，以使执行装置140与柔性手120连接。

机械臂壳体110远离连接部112的一侧用于与无人机本体200连接。本实施例中，机械臂壳体110远离连接部112的一侧设置有卡扣114，卡扣114与无人机本体200上的卡槽210配合，以实现柔性机械手100挂载在无人机本体200上，从而执行无人机本体200设定的抓取任务。并且，本实施例中，卡扣114和卡槽210还可以通过螺栓进一步固定。

应当理解，本实用新型的其他实施例中，无人机本体200与机械臂壳体110的连接结构并不限于卡扣114与卡槽210的配合，也可以是其他连接结构。例如，可以通过在无人机本体200上设置夹持件，在机械臂壳体110远离连接部112的一侧设置夹持部，夹持部与夹持件配合以完成柔性机械手100和无人机本体200的连接。

并且，本实施例中，机械臂壳体110为刚性结构，由轻质的塑料制成。

请参照图4，柔性手120包括相互连接的吸头122和吸肚124，本实施例中，吸头122和吸肚124一体成型。并且，吸头122和吸肚124在外力作用下，均可发生形变。应当理解，柔性手120为柔性的可变形的中空结构，用于抓取或者释放物品。

吸肚124的内周缘凸设有至少一圈卡持部1241，卡持部1241用于与卡口1123配合。通过卡持部1241与卡口1123的配合，吸肚124可稳定地套设在连接部112上，以实现机械臂壳体110与柔性手120的紧密贴合，保证密闭空间150的气密性。

吸头122的内壁和执行装置140连接，吸头122的外壁具有一吸附面1221。可以理解的是，加压装置130向密闭空间150加压至预设值时，吸附面1221与被抓取的物品表面接触，吸附面1221可贴合被抓取物体的形状，在执行装置140的牵引作用下，吸附面1221可向柔性机械手100的内部凹陷变形，并在物品表面与吸附面1221之间形成负压，实现抓取物品的功能；在执行装置140释放其对吸头122牵引作用时，吸附面1221可恢复原状，负压消除，从而释放物品。

需要说明的是，只要能实现吸附面1221在挤压力作用下，能与物品紧密贴合，并在执行装置140的作用力下产生负压，吸取物品，或者，在执行装置140释放作用力时，恢复形状，吸附面1221可以设计为平面、凸面或者凹面。

作为优选，本实施例中，柔性手120呈锥形结构。且吸头122的截面尺寸小于吸肚124的截面尺寸。

可以理解的是，吸头122的截面尺寸小，与物品表面接触时，可快速产生负压。并且，吸头122吸取物品后，在执行装置140的牵引作用下，物品朝向机械臂壳体110运动，由于吸肚124的截面尺寸较大，吸肚124发生形变，可向物体表面施加更大的压力，以保证柔性手120更牢固的抓取，实现最大的抓取力量。

优选地，本实施例中，柔性手120由变形效果好的橡胶材料制成，重量轻，可实现对手机、微型电机、螺丝刀等多种物品的抓取。

请参照图5，作为优选，本实施例中，加压装置130为气泵。气泵固定在机械臂壳体110的内壁上。

通过加压装置130将密闭空间150加压至预设值，可在密闭空间150内形成一定压力，挤压柔性手120的内壁，使柔性手120与被抓取的物品表面接触时，可产生挤压力。

需要说明的是，在实际生产中，可根据本领域技术人员的经验，将加压装置130向密闭空间150加压的预设值设定为适当的值，使密闭空间150形成一定压力，并使柔性手120与不同种类、不同尺寸及不同重量的被抓取的物品的表面接触时，产生挤压力。

应当理解，在其他较佳实施例中，加压装置130还可以有不同的变化，例如，设计为加热器等，以实现在密闭空间150内形成一定压力的效果。

执行装置140包括驱动机构142和牵引件144，驱动机构142设置于机械臂壳体110的内部，牵引件144的一端与驱动机构142连接，牵引件144的另一端穿过通孔1121，并与吸头122的内壁连接。

并且，驱动机构142用于驱动牵引件144运动。牵引件144与吸头122的内壁相互连接，因此，所述牵引件144用于在密闭空间150处于预设值的状态下牵引吸头122，并使吸头122朝向机械臂壳体110运动，以使吸头122与物品之间形成负压；或者，释放其对吸头122的牵引力，使吸头122远离机械臂壳体110运动，以使吸头122与物品之间的负压消除。

作为优选，本实施例中，驱动机构142包括电机1421和收线器1423，电机1421与收线器1423转动连接，牵引件144为导向线。导向线的一端固定于收线器1423上，导向线的另一端穿过通孔1121，并固定连接于吸头122的内壁上。

可以理解的是，随着电机1421的正向转动，收线器1423可正向转动，并将导向线缠绕于收线器1423上，以使导向线牵引吸头122。随着电机1421的反向转动，收线器1423可反向转动，并将导向线从收线器1423上释放，以使导向线释放其对吸头122的牵引力。

导向线牵引吸头122时，由于吸附面1221与物品表面的负压作用，可实现抓取物品。导向线释放其对吸头122的牵引力时，由于密闭空间150内加压装置130提供的压力作用，使吸附面1221与物品表面的负压消除，可释放物品。

当然，在其他较佳实施例中，执行装置140还可以有不同的变化，例如，执行装置140可为凸轮机构，该凸轮机构包括凸轮和连接杆。连接杆用于与凸轮机构及吸头122连接，凸轮机构用于牵引连接杆运动，以实现带动吸头122朝向或远离机械臂壳体110运动，进一步地，实现抓取或释放物品的作用。

需要说明的是，整体上，柔性机械手100体积适中，总重不超过300克，便于携带。当然，生产时，可根据本行业技术人员的操作经验和实际需要，对柔性机械手100的尺寸做不同的变化。

本实施例提供的柔性机械手100的工作原理是：

通过加压装置130将密闭空间150加压至预设值，在密闭空间150产生一定压力，此时，导向线对吸头122未产生拉力，整体移动柔性机械手100，使吸头122与物品的表面接触，吸附面1221贴合被抓取物体的形状。此时，电机1421正向转动，带动收线器1423正向转动，将导向线缠绕在收线器1423上，从而牵引吸头122朝向机械臂壳体110运动，吸附面1221向柔性机械手100的内部凹陷变形，并在物品表面与吸附面1221之间形成负压，实现抓取物品。并且，吸肚124发生形变，可向物体表面施加更大的压力，以保证柔性手120更牢固的抓取，实现最大的抓取力量。电机1421反向转动时，导向线可从收线器1423上释放，进一步地，可释放其对吸头122的牵引力，由于密闭空间150内存在由气泵产生的压力，使吸附面1221恢复形状，吸头122与物品之间的负压消除，从而实现释放物品。

综上所述，本实用新型提供的柔性机械手100体积小、重量轻、便携，能够抓取和释放不同位置、不同种类及不同形态结构的多种物品。本实用新型提供的无人机300包括该柔性机械手100，操作简单、灵活自由。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性机械手，用于抓取或释放物品，其特征在于，包括机械臂壳体、中空的柔性手、加压装置和执行装置；所述柔性手安装于所述机械臂壳体上，并与所述机械臂壳体连通形成密闭空间；所述加压装置设置于所述机械臂壳体的内部，以将所述密闭空间加压至预设值；所述执行装置包括驱动机构和牵引件，所述驱动机构设置于所述机械臂壳体的内部，所述柔性手包括可变形的吸头，所述牵引件的一端与所述驱动机构连接，所述牵引件的另一端与所述吸头连接；所述驱动机构驱动所述牵引件运动；

所述牵引件在所述密闭空间处于所述预设值的状态下，牵引所述吸头并使所述吸头朝向所述机械臂壳体运动，以使所述吸头与所述物品之间形成负压；或者，释放其对所述吸头的牵引力，使所述吸头远离所述机械臂壳体运动，以使所述吸头与所述物品之间的负压消除。

2.如权利要求1所述的柔性机械手，其特征在于，所述柔性手还包括可变形的吸肚，所述吸肚与所述吸头连接，所述吸肚与所述机械臂壳体连接。

3.如权利要求2所述的柔性机械手，其特征在于，所述柔性手整体呈锥形结构，且所述吸头的截面尺寸小于所述吸肚的截面尺寸。

4.如权利要求1所述的柔性机械手，其特征在于，所述吸头的外壁具有一吸附面，所述吸附面为平面、凸面或者凹面。

5.如权利要求1所述的柔性机械手，其特征在于，所述机械臂壳体向外延伸有连接部，所述柔性手套设于所述连接部外；所述连接部设置有通孔，所述机械臂壳体通过所述通孔与所述柔性手连通。

6.如权利要求5所述的柔性机械手，其特征在于，所述连接部的外周缘设置有卡口，所述柔性手的内周缘凸设有卡持部，所述卡持部与所述卡口配合。

7.如权利要求1-6任一项所述的柔性机械手，其特征在于，所述牵引件为导向线，所述驱动机构包括电机和收线器，所述电机与所述收线器转动连接，所述导向线的一端固定于所述收线器上，所述导向线的另一端固定连接于所述吸头；所述收线器可正向转动，并将所述导向线缠绕于所述收线器上，以使所述导向线牵引所述吸头；或者，所述收线器可反向转动，并将所述导向线从所述收线器上释放，以使所述导向线释放其对所述吸头的牵引力。

8.如权利要求1-6任一项所述的柔性机械手，其特征在于，所述加压装置为气泵。

9.一种应用该柔性机械手的无人机，包括无人机本体，其特征在于，所述无人机还包括如权利要求1-8任一项所述的柔性机械手，所述机械臂壳体与所述无人机本体连接。

10.如权利要求9所述的应用该柔性机械手的无人机，其特征在于，所述机械臂壳体远离所述柔性手的一侧设置有卡扣，所述无人机本体上设置有卡槽，所述卡扣与所述卡槽配合。