CN213106917U - 柔性抓取装置 - Google Patents

Abstract

一种柔性抓取装置，包括连接座、柔性囊体和中空伸缩管，连接座上固定连接有第一接头和第二接头，柔性囊体连接在连接座上，柔性囊体内具有与第一接头连通的腔室，中空伸缩管设置于腔室中，中空伸缩管连接于连接座与柔性囊体之间，第二接头与中空伸缩管连通；对柔性囊体和中空伸缩管配合施加正压或负压，柔性囊体可实现抓取物体。本实用新型的柔性抓取装置能避免颗粒物质驱动造成刚性压缩的缺点。

Description

柔性抓取装置

技术领域

本实用新型涉及机械手技术领域，特别涉及一种柔性抓取装置。

背景技术

传统刚性抓手一般由刚性连杆通过旋转关节连接而成，采用液压缸、电机等刚性器件进行驱动，每个连杆实现一个自由度，但存在成本高、结构复杂、柔顺性差、安全性低、环境适应能力差等一系列缺点。相比较于传统刚性抓手每个刚性连杆实现一个自由度，柔性抓手则拥有柔性致动器和柔性材料的外皮，这种结构赋予了柔性抓手更多的自由度和变形能力，能够通过致动器施加的压力改变自身的形状和尺寸，更具有灵活性。

相关技术中，柔性抓取装置具有中空腔体的抓取端、穿设于抓取端的中空伸缩管以及位于抓取端下端且与中空伸缩管连通的吸盘，该结构的中空腔体内有大量的流动性颗粒物质，充气时颗粒散开，抽气时颗粒变成刚性体。这种装置在设计上仍存在一些缺陷，可操作性并不高，主要不足体现在：当抽气时形成的刚形体会很大程度上影响中空伸缩管的运动，致使伸缩管失效，很难实现带动吸盘的抓取行为；其次，该装置的底部采用类似于花瓣状的凹陷结构，在接触一些尺寸小的物体时根本无法完成物体的抓取。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种柔性抓取装置，能避免颗粒物质驱动造成刚性压缩的缺点。

一种柔性抓取装置，包括连接座、柔性囊体和中空伸缩管，连接座上固定连接有第一接头和第二接头，柔性囊体的开口端固定连接在连接座上，柔性囊体内具有填充流体的腔室，第一接头与腔室连通，中空伸缩管设置于腔室中，中空伸缩管的开口端固定连接在该连接座上，该中空伸缩管的密封端固定连接在柔性囊体的内壁上，第二接头与中空伸缩管连通；对柔性囊体和中空伸缩管配合施加正压或负压，柔性囊体可实现抓取物体。

在本实用新型的实施例中，上述连接座包括外部连接件和中部连接件，该外部连接件上设有安装孔，该中部连接件固定连接在该安装孔内，该中部连接件的端部伸入该中空伸缩管中，该中空伸缩管的开口端固定连接于该中部连接件与该外部连接件之间。

在本实用新型的实施例中，上述中部连接件包括盖板、中间柱和卡位块，该中间柱的一端固定连接于该盖板，该中间柱的另一端固定连接于该卡位块，该中空伸缩管靠近开口端的管壁内陷形成颈部，该中空伸缩管的开口端抵靠在该盖板上，该中间柱穿过该颈部设置，该颈部的内壁抵靠在该中间柱上，该颈部的外壁抵靠在该安装孔的孔壁上，该颈部远离该开口端的内侧抵靠在该卡位块上。

在本实用新型的实施例中，上述安装孔包括沿轴线方向内径依次减小的第一安装段、第二安装段和第三安装段，该盖板安装在该第一安装段内，该中空伸缩管的开口端安装在该第二安装段内，该颈部安装在该第三安装段内。

在本实用新型的实施例中，上述外部连接件包括上连接件和下连接件，该下连接件沿着该上连接件的周向设置，该下连接件固定连接在该上连接件的外壁上，该柔性囊体的开口端固定连接于该上连接件与该下连接之间。

在本实用新型的实施例中，上述外部连接件上设有第一通孔，该第一通孔贯穿该外部连接件，该第一接头的一端安装在该第一通孔中；该中部连接件上设有第二通孔，该第二通孔贯穿该中部连接件，该第二接头的一端安装在该第二通孔中。

在本实用新型的实施例中，上述连接座远离该柔性囊体的端面固定连接有多个磁性件，该磁性件用于与外部器件磁性吸附连接。

在本实用新型的实施例中，上述柔性抓取装置还包括传感器，该传感器固定连接于该柔性囊体的底部。

在本实用新型的实施例中，上述柔性抓取装置还包括控制系统，该控制系统包括流体源、第一管路、第二管路、第一阀门组件和第二阀门组件，该第一管路的一端与该流体源连接，该第一管路的另一端与该第一接头固定连接，该第一阀门组件连接在该第一管路上，用以控制对该柔性囊体施加正压或负压；该第二管路的一端与该流体源连接，该第二管路的另一端与该第二接头固定连接，该第二阀门组件连接在该第二管路上，用以控制对该中空伸缩管施加正压或负压。

在本实用新型的实施例中，上述第一阀门组件包括减压阀、第一换向阀和第一压力表，该减压阀、该第一换向阀和该第一压力表沿施加正压方向依次连接在该第一管路上。

在本实用新型的实施例中，上述第二阀门组件包括第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、真空发生器和第二压力表，该第二管路包括正压管路和负压管路，该正压管路的一端与该流体源连接，该正压管路的另一端与该第二接头固定连接，该第二换向阀、该第四换向阀和该第二压力表沿施加正压方向依次连接在该正压管路上，该负压管路的一端连接在该流体源与该第二换向阀之间的该正压管路上，该负压管路的另一端与该第三换向阀连接，该第三换向阀和该真空发生器连接在该负压管路上。

本实用新型的柔性抓取装置的柔性囊体内未填充颗粒物，柔性囊体和中空伸缩管均采用流体驱动方式，如液体或气体时，压缩效果明显，压缩过程中不会对被抓取的物体造成损坏，避免了颗粒物质驱动造成刚性压缩的一系列缺点，不仅能抓取大体积的物体，还能抓取小尺寸的躯体，实现了全柔性抓取，抓持力大，效果明显，对于工业生产中的3C产品、电子电气、以及食品等具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的柔性抓取装置的局部结构示意图。

图2是图1的柔性抓取装置的剖视结构示意图。

图3是本实用新型的柔性抓取装置抓取小球时的结构示意图。

图4是图3所示的柔性抓取装置抓取小球时的剖视结构示意图。

图5是本实用新型的连接座的拆分结构示意图。

图6是本实用新型的柔性抓取装置的控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

图1是本实用新型的柔性抓取装置的局部结构示意图，图2是图1的柔性抓取装置的剖视结构示意图，如图1和图2所示，柔性抓取装置包括连接座11、柔性囊体12和中空伸缩管13，连接座11上固定连接有第一接头14和第二接头15，柔性囊体12的开口端固定连接在连接座11上，柔性囊体12内具有填充有流体的腔室101，第一接头14与腔室101连通，中空伸缩管13设置于腔室101中，中空伸缩管13的开口端固定连接在连接座11上，中空伸缩管13的密封端固定连接在柔性囊体12的内壁上，第二接头15与中空伸缩管13连通；对柔性囊体12和中空伸缩管13配合施加正压或负压，柔性囊体12可实现抓取物体。

图3是本实用新型的柔性抓取装置抓取小球时的结构示意图，图4是图3所示的柔性抓取装置抓取小球时的剖视结构示意图，如图3和图4所示，当对柔性囊体12和中空伸缩管13施加正压(充气或充液)时，柔性囊体12逐渐接近小球，直至柔性囊体12按压在小球上；当对柔性囊体12和中空伸缩管13施加负压(排气或排液)时，柔性囊体12包覆小球，实现抓取动作。

本实用新型的柔性抓取装置的柔性囊体12内未填充颗粒物，柔性囊体12和中空伸缩管13均采用流体驱动方式，如液体或气体时，压缩效果明显，压缩过程中不会对被抓取的物体造成损坏，避免了颗粒物质驱动造成刚性压缩的一系列缺点，不仅能抓取大体积的物体，还能抓取小尺寸的物体，实现了全柔性抓取，抓持力大，效果明显，对于工业生产中的3C产品、电子电气、以及食品等具有广阔的应用前景。

图5是本实用新型的连接座的拆分结构示意图，如图2和图5所示，连接座11包括外部连接件111和中部连接件112，外部连接件111上设有安装孔102，中部连接件112固定连接在安装孔102内，中部连接件112的端部伸入中空伸缩管13中，中空伸缩管13的开口端固定连接于中部连接件112与外部连接件111之间。

如图2和图5所示，中部连接件112包括盖板112a、中间柱112b和卡位块112c，中间柱112b的一端固定连接于盖板112a，中间柱112b的另一端固定连接于卡位块112c，中空伸缩管13靠近开口端的管壁内陷形成颈部131，中空伸缩管13的开口端抵靠在盖板112a上，中间柱112b穿过颈部131设置，颈部131的内壁抵靠在中间柱112b上，颈部131的外壁抵靠在安装孔102的孔壁上，颈部131远离开口端的内侧抵靠在卡位块112c上。在本实施例中，中空伸缩管13的开口端抵靠在盖板112a上，能有效防止中空伸缩管13漏气，同时中间柱112b和卡位块112c组成宝塔头结构，能够牢牢压在中空伸缩管13中，起到双重保护作用。

如图2和图5所示，安装孔102包括沿轴线方向内径依次减小的第一安装段102a、第二安装段102b和第三安装段102c，盖板112a安装在第一安装段102a内，中空伸缩管13的开口端安装在第二安装段102b内，颈部131安装在第三安装段102c内。在本实施例中，第一安装段102a的底部设有多个第一螺孔，盖板112a上设有多个与各第一螺孔对应的第二螺孔，中间连接件通过沉头螺丝与第一螺孔、第二螺孔配合固定连接在安装孔102内。

如图2和图5所示，外部连接件111包括上连接件111a和下连接件111b，下连接件111b沿着上连接件111a的周向设置，下连接件111b固定连接在上连接件111a的外壁上，柔性囊体12的开口端固定连接于上连接件111a与下连接件111b之间。在本实施例中，柔性囊体12的内壁抵靠在上连接件111a的外壁上，柔性囊体12的外壁抵靠在下连接件111b的内壁上，从而实现密封柔性囊体12，防止柔性囊体12漏气。

如图2所示，外部连接件111上设有第一通孔103，第一通孔103贯穿外部连接件111，第一接头14的一端安装在第一通孔103中；中部连接件112上设有第二通孔104，第二通孔104贯穿中部连接件112，第二接头15的一端安装在第二通孔104中。在本实施例中，第一接头14和第二接头15选用密封效果好的90°弯头快插接头，实现与各部分结构的密封连接。

如图1和图2所示，连接座11远离柔性囊体12的端面固定连接有多个磁性件16，磁性件16用于与外部器件磁性吸附连接。在本实施例中，磁性件16优选为具有超强磁性的钕铁硼强磁铁或具有超强磁性的电磁铁；磁性件16的形状例如为圆柱形或方形磁铁，以增大接触面积，增强磁性，保证与其他构件的准确定位连接或更换，以及实现模块化快换等效果。

如图2所示，柔性抓取装置还包括传感器17，传感器17固定连接于柔性囊体12的底部。具体地，柔性囊体12的底部为柔性囊体12抓取物体的端部，当柔性囊体12充气或充液靠近待抓取的物体时，柔性囊体12的底部首先与物体接触，此时传感器17采集物体的数据。在本实施例中，传感器17优选为高精度距离传感器、多维度运动感知器、电容传感器、生物电阻抗传感器、气压传感器或温湿度传感器中的一种或几种，根据选择的传感器种类的不同，从而实现不同数据的获取，例如传感器17能够感知不同物体的压力，还能够感知物体的形状及温度等，实现智能化感知效果。

图6是本实用新型的柔性抓取装置的控制系统示意图，如图2和图6所示，柔性抓取装置还包括控制系统18，控制系统18包括流体源181、第一管路182、第二管路183、第一阀门组件184和第二阀门组件185，第一管路182的一端与流体源181连接，第一管路182的另一端与第一接头14固定连接，第一阀门组件184连接在第一管路182上，用以控制对柔性囊体12施加正压或负压；第二管路183的一端与流体源181连接，第二管路183的另一端与第二接头15固定连接，第二阀门组件185连接在第二管路183上，用以控制对中空伸缩管13施加正压或负压。在本实施例中，控制系统18采用双重控制策略，通过控制第一管路182对柔性囊体12充气或抽气，通过控制第二管路183对中空伸缩管13充气或抽气，能够同时实现两种不同状态的施压控制，不仅控制操作简便，而且控制精度较高，同时双重控制策略相互不受干扰，功能明显，可在工业生产中进行大规模的推广应用。

进一步地，控制系统18还包括真空过滤器186，第一管路182和第二管路183经过真空过滤器186后与流体源181连接，当流体源31为气体时，真空过滤器186能够充分过滤掉流体源181中的水汽。

在本实施例中，流体源31以气源为例进行展开说明，如下所述。

如图6所示，第一阀门组件184包括减压阀184a、第一换向阀184b和第一压力表184d，减压阀184a、第一换向阀184b和第一压力表184d沿施加正压方向依次连接在第一管路182上。在本实施例中，第一换向阀184b为两位三通阀，但并不以此为限。

进一步地，第一阀门组件184还包括消音器184c，消音器184c连接在第一换向阀184b上。当第一管路182为柔性囊体12施加正压时，气体依次经过真空过滤器186、减压阀184a和第一换向阀184b，此时，第一换向阀184b处于直通状态，可通过第一压力表184d查看当前的压力值，如果压力值过大则可调节减压阀184a适当减小压力，防止柔性囊体12受压过大而损坏；其次，在柔性囊体12充入一定的气体后，柔性囊体12与待抓持物体接触，并按压柔性囊体12直至与物体表面充分包覆，在按压过程中，第一换向阀184b连通消音器184c，柔性囊体12中的气体经过消音器184c排出，保证内外压力平衡。

如图6所示，第二阀门组件185包括第二换向阀185a、第三换向阀185b、第四换向阀185c、真空发生器185d和第二压力表185e，第二管路183包括正压管路183a和负压管路183b，正压管路183a的一端与流体源181连接，正压管路183a的另一端与第二接头15固定连接，第二换向阀185a、第三换向阀185b和第二压力表185e沿施加正压方向依次连接在正压管路183a上，负压管路183b的一端连接在流体源181与第二换向阀185a之间的正压管路183a上，负压管路183b的另一端与第三换向阀185b连接，第四换向阀185c和真空发生器185d连接在负压管路183b上。当第二管路183为中空伸缩管13施加正压时，气体通过真空过滤器186，然后经过第二换向阀185a、第三换向阀185b实现对中空伸缩管13供气，流体源181经过第二换向阀185a实现正向压力通气，此时，中空伸缩管13开始膨胀，表现为中空伸缩管13整体体积变大，其目的是为了抓取各种形状不同尺寸、不同体积的物体，并保持足够大的行程；然后，在开始抓取物体时，中空伸缩管13中的气压又通过第三换向阀185b、真空发生器185d、第四换向阀185c实现负压操作，排出中空伸缩管13内的气体，实现物体的包覆行为；通过柔性囊体12和中空伸缩管13的同时作用，便可实现物体的准确接触、快速包覆、大力抓取、长时间保持不脱落等一系列效果，从而满足工业及生产生活中不同物料的抓持。在本实施例中，第二换向阀185a和第四换向阀185c为两位二通阀，第三换向阀185b为两位三通阀，但并不以此为限。

本实用新型的柔性抓取装置实现包覆式抓取小球的步骤如下所述：

首先，如图3和图4所示，对柔性囊体12和中空伸缩管13施加正压，流体源181通过第一管路182和第二管路分别为柔性囊体12和中空伸缩管13施加正压，其中，第一管路182内的气体依次经过真空过滤器186、减压阀184a和第一换向阀184b后对柔性囊体12充气，同时，第二管路183内的气体经过第二换向阀185a、第三换向阀185b实现对中空伸缩管13供气，此时柔性囊体12与待抓持物体接触，并按压柔性囊体12直至与物体表面充分包覆。

接着，中空伸缩管13中的气体通过第三换向阀185b、真空发生器185d、第四换向阀185c实现负压操作，排出中空伸缩管13内的气体，实现物体包覆抓取。

进一步地，真空发生器185d内设有消音器，用以降低噪音。

本实用新型的柔性囊体12采用抗拉伸效果好、流动性好的超弹性柔性材料，例如柔性硅胶或硅橡胶等，柔性囊体12整体厚度适中，能够满足正压伸长包覆物体，负压压缩抓取物体的效果。柔性囊体12整体为椭圆结构，能够实现物体的包覆并进行准确的抓取。在本实施例中，在进行物体抓取时，可根据物体的形状改变柔性囊体12的形状和/或结构，例如柔性囊体12抓取杆形物体时，可将柔性囊体12改变为夹持状，球形或柱形物体抓取时改变为包覆状，从而实现适应性抓取效果。

进一步地，中空伸缩管13采用收缩行程大的，弹性效果好的中空结构波纹管或其他结构，能够实现正压伸长，负压收缩的效果。

进一步地，连接座11的圆周设有圆角或倒角结构，使各部分过渡圆滑，手感温和。

本实用新型的柔性抓取装置柔顺性好，能够在流体驱动的策略下实现可变刚度的特性，工作效率高，操作简单，抓取力度大，可控性能好，并且实现了各种不同形状，不同体积的物体抓取，在未来应对多种复杂的非结构化环境中具有非常好的应用前景。

本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (11)

1.一种柔性抓取装置，其特征在于，包括连接座、柔性囊体和中空伸缩管，该连接座上固定连接有第一接头和第二接头，该柔性囊体的开口端固定连接在该连接座上，该柔性囊体内具有可填充流体的腔室，该第一接头与该腔室连通，该中空伸缩管设置于该腔室中，该中空伸缩管的开口端固定连接在该连接座上，该中空伸缩管的密封端固定连接在该柔性囊体的内壁上，该第二接头与该中空伸缩管连通；对该柔性囊体和该中空伸缩管配合施加正压或负压，该柔性囊体可实现抓取物体。

2.如权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，该连接座包括外部连接件和中部连接件，该外部连接件上设有安装孔，该中部连接件固定连接在该安装孔内，该中部连接件的端部伸入该中空伸缩管中，该中空伸缩管的开口端固定连接于该中部连接件与该外部连接件之间。

3.如权利要求2所述的柔性抓取装置，其特征在于，该中部连接件包括盖板、中间柱和卡位块，该中间柱的一端固定连接于该盖板，该中间柱的另一端固定连接于该卡位块，该中空伸缩管靠近开口端的管壁内陷形成颈部，该中空伸缩管的开口端抵靠在该盖板上，该中间柱穿过该颈部设置，该颈部的内壁抵靠在该中间柱上，该颈部的外壁抵靠在该安装孔的孔壁上，该颈部远离该开口端的内侧抵靠在该卡位块上。

4.如权利要求3所述的柔性抓取装置，其特征在于，该安装孔包括沿轴线方向内径依次减小的第一安装段、第二安装段和第三安装段，该盖板安装在该第一安装段内，该中空伸缩管的开口端安装在该第二安装段内，该颈部安装在该第三安装段内。

5.如权利要求2所述的柔性抓取装置，其特征在于，该外部连接件包括上连接件和下连接件，该下连接件沿着该上连接件的周向设置，该下连接件固定连接在该上连接件的外壁上，该柔性囊体的开口端固定连接于该上连接件与该下连接之间。

6.如权利要求2所述的柔性抓取装置，其特征在于，该外部连接件上设有第一通孔，该第一通孔贯穿该外部连接件，该第一接头的一端安装在该第一通孔中；该中部连接件上设有第二通孔，该第二通孔贯穿该中部连接件，该第二接头的一端安装在该第二通孔中。

7.如权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，该连接座远离该柔性囊体的端面固定连接有多个磁性件，该磁性件用于与外部器件磁性吸附连接。

8.如权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，该柔性抓取装置还包括传感器，该传感器固定连接于该柔性囊体的底部。

9.如权利要求1所述的柔性抓取装置，其特征在于，该柔性抓取装置还包括控制系统，该控制系统包括流体源、第一管路、第二管路、第一阀门组件和第二阀门组件，该第一管路的一端与该流体源连接，该第一管路的另一端与该第一接头固定连接，该第一阀门组件连接在该第一管路上，用以控制对该柔性囊体施加正压或负压；该第二管路的一端与该流体源连接，该第二管路的另一端与该第二接头固定连接，该第二阀门组件连接在该第二管路上，用以控制对该中空伸缩管施加正压或负压。

10.如权利要求9所述的柔性抓取装置，其特征在于，该第一阀门组件包括减压阀、第一换向阀和第一压力表，该减压阀、该第一换向阀和该第一压力表沿施加正压方向依次连接在该第一管路上。

11.如权利要求9所述的柔性抓取装置，其特征在于，该第二阀门组件包括第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、真空发生器和第二压力表，该第二管路包括正压管路和负压管路，该正压管路的一端与该流体源连接，该正压管路的另一端与该第二接头固定连接，该第二换向阀、该第三换向阀和该第二压力表沿施加正压方向依次连接在该正压管路上，该负压管路的一端连接在该流体源与该第二换向阀之间的该正压管路上，该负压管路的另一端与该第三换向阀连接，该第三换向阀和该真空发生器连接在该负压管路上。

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