CN215789924U - 一种多自由度软体夹爪 - Google Patents

Abstract

一种多自由度软体夹爪，包括指根基座、至少两个镜像相对分布或环形阵列分布在指根基座上的夹爪手指、将夹爪手指与指根基座作挠性连接以使夹爪手指具有至少两个不同方向的第一摆转自由度的指根骨节以及驱使夹爪手指相对于指根基座作摆转运动的指根软体驱动器，每个第一摆转自由度均对应有至少一个指根软体驱动器。利用指根软体驱动器的软驱动形式并结合指根骨节和夹爪手指的刚性机械结构，实现整个夹爪的刚柔耦合的动力输出效果，并且通过赋予夹爪手指多个不同方向的摆转自由度，可在指根软体驱动器的驱动作用下，使两个夹爪手指具备产生相向靠近、相背远离或相对错位偏移等多种空间姿态的运动能力，以执行诸如夹取、揉搓、折叠、扭转等系列动作。

Description

一种多自由度软体夹爪

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种多自由度软体夹爪。

背景技术

随着机器人在诸如工业自动化生产、水下资源开发、宇宙空间探索、医疗护理、家政服务等领域的广泛应用，机器人夹爪（又称机械手、机械抓手等）作为机器人的末端执行机构（或末端执行器）得到了越来越广泛的关注，并逐渐成为热门的研究方向之一。

传统的机器人夹爪大多为刚性机构，即：利用电机、液压缸等刚性驱动器作为动力源输入，在减速器、传动机构等系列刚性部件的配合下，最终转换成夹爪运动的输出，以通过模仿人手或手臂的某些动作功能，来执行诸如物件的抓取、搬运、摆放等作业项目。传统的机器人夹爪虽然可控性很强，如能够稳定且高精度地输出足够大的抓取力，但却存在刚性大、自重大、灵活性差等诸多缺点，大多只适用于结构化应用场景内，如实现单一的物体夹持抓取功能，而无法应用于如非结构化、特种、极端恶劣等应用场景。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种多自由度软体夹爪，以达到提升夹爪性能的目的。

一种实施例中提供一种多自由度软体夹爪，包括：

指根基座；

夹爪手指，所述指根基座上分布有至少两个夹爪手指，所述夹爪手指呈镜像相对分布或环形阵列分布；

指根骨节，用于将所述夹爪手指约束在指根基座上，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有至少两个不同方向的第一摆转自由度，每个所述夹爪手指均通过对应的一个指根骨节挠性连接指根基座；以及

指根软体驱动器，用以驱使所述夹爪手指相对于指根基座作摆转运动，以使所述指根基座上的夹爪手指相向靠近、相背远离或相对错位偏移，每个所述第一摆转自由度均对应有至少一个指根软体驱动器，所述指根软体驱动器的一端连接指根基座、另一端连接对应的夹爪手指。

一个实施例中，所述至少两个不同方向的第一摆转自由度中包括一个第一自由度和一个第二自由度，所述第一自由度的方向与第二自由度的方向空间垂直交叉或平面垂直交叉。

一个实施例中，所述指根骨节包括十字连接件、第一枢转连接件和第二枢转连接件；

所述十字连接件具有沿前后方向分布的第一枢转连接部和沿左右方向分布的第二枢转连接部，所述第一枢转连接件和第二枢转连接件中的一个设置在夹爪手指上、另一个设置在指根基座上；

所述第一枢转连接件与第一枢转连接部同轴转动连接，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有一个左右方向的第一自由度，所述第二枢转连接件与第二枢转连接部同轴转动连接，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有一个前后方向的第二自由度。

一个实施例中，至少其中一个所述夹爪手指包括：

指尖骨骼；

指中骨骼，所述指中骨骼的一端同时连接指根骨节和指根软体驱动器；

指尖骨节，用于将指尖骨骼约束在指中骨骼上，以使所述指尖骨骼相对于指中骨骼具有至少一个方向的第二摆转自由度，所述指尖骨骼通过指尖骨节挠性连接指中骨骼；以及

指尖软体驱动器，用于驱使所述指尖骨骼相对于指中骨骼沿左右方向作摆转运动，所述指尖软体驱动器的一端连接指尖骨骼、另一端连接指中骨骼。

一个实施例中，所述指尖骨骼和/或指中骨骼具有指腹面，所述指腹面上设置有防护垫。

一个实施例中，所述指尖骨骼和/或指中骨骼为中空结构体。

一个实施例中，至少其中一个所述夹爪手指还包括指中骨节和指中软体驱动器，且所述指中骨骼至少两个，邻近所述指根基座的指中骨骼同时连接指根骨节和指根软体驱动器，邻近所述指尖骨骼的指中骨骼同时连接指尖骨节和指尖软体驱动器；

所述指中骨节连接于相邻的两个指中骨骼之间，以使其中一个所述指中骨骼相对于另一个指中骨骼具有至少一个方向的第三摆转自由度；所述指中软体驱动器连接于相邻的两个指中骨骼之间，用以驱使其中一个所述指中骨骼相对于另一个指中骨骼沿左右方向或前后方向作摆转运动。

一个实施例中，所述指尖骨节和/或指中骨节为转动副连接件、弹性体折转连接件或形状记忆合金折转连接件。

一个实施例中，所述指根软体驱动器包括软体伸缩件，所述软体伸缩件连接于指根基座与夹爪手指之间；所述软体伸缩件具有流体腔室以及与流体腔室连通的流体出入口，所述流体出入口用于供流体介质出入流体腔室，以使所述软体伸缩件伸展或收缩。

一个实施例中，所述指根基座包括基体部和承载部，所述承载部由基体部的边缘朝基体部的中心区域作倾斜弯折后成型；每个所述夹爪手指均对应有一个承载部，且所述指根骨节位于对应的承载部远离基体部的边缘的一端，所述软体伸缩件器连接于承载部与夹爪手指之间。

依据上述实施例的多自由度软体夹爪，包括指根基座、两个镜像相对分布或环形阵列分布在指根基座上的夹爪手指、将夹爪手指与指根基座作挠性连接以使夹爪手指具有至少两个不同方向的第一摆转自由度的指根骨节以及驱使夹爪手指相对于指根基座作摆转运动的指根软体驱动器，每个第一摆转自由度均对应有至少一个指根软体驱动器。利用指根软体驱动器的软驱动形式并结合指根骨节和夹爪手指的刚性机械结构，实现整个夹爪的刚柔耦合的动力输出效果，并且通过赋予夹爪手指多个不同方向的摆转自由度，可在指根软体驱动器的驱动作用下，使两个夹爪手指具备产生相向靠近、相背远离或相对错位偏移等多种空间姿态的运动能力，以执行诸如夹取、揉搓、折叠、扭转等系列动作，从而以高灵活度的性能来适应各种结构化、非结构化、特种、极端恶劣的应用场景。

附图说明

图1为一种实施例的软体夹爪处于双指全开状态时的结构装配示意图。

图2为一种实施例的软体夹爪的夹爪手指的结构装配示意图。

图3为一种实施例的软体夹爪的结构分解示意图（一）。

图4为一种实施例的软体夹爪的结构分解示意图（二）。

图5为一种实施例的软体夹爪处于双指全弯状态时的结构装配示意图。

图6为一种实施例的软体夹爪在执行单指侧向偏移动作时的状态示意图。

图7为一种实施例的软体夹爪处于单指侧向偏移状态时的结构装配示意图。

图8为一种实施例的软体夹爪处于单指局部弯曲状态时的结构装配示意图。

图中：

10、指根基座；11、基体部；12、承载部；20、指根骨节；21、十字连接件；21-1、第一枢转连接部；21-2、第二枢转连接部；21-3、定位光轴；22、第一枢转连接件；23、第二枢转连接件；

30、夹爪手指；31、指尖骨骼；31-1、壳体部；31-2、端盖部；32、指尖骨节；32-1、第一铰接件；32-2、第二铰接件；32-3、铰接轴；33、指中骨骼；34、指尖软体驱动器；35、防护垫；40、指根软体驱动器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

本文中所用术语“摆转自由度”指的是某一构件（如指根夹爪）相对于另一构件（如指根基座）所具有的独立运动的形式和数目；其中，“摆转”指的是独立运动的形式，即：摆转运动（又可称为旋摆运动、摆旋转运动、摆动运动等），而独立运动的数量则通过不同方向的摆转自由度、一个方向的摆转自由度等方式进行表述。

请参考图1至图8，本实施例提供一种多自由度软体夹爪，包括指根基座10、指根骨节20、夹爪手指30和指根软体驱动器40；下面分别说明。

请参阅图1至图8，指根基座10为一具有固定结构构造的刚性结构体，主要作为整个夹爪的相关组成部件的安装载体以及整个夹爪与机器人主体（如机器人的机械臂等）的装配载体来使用。

请参阅图1至图5及图7和图8，指根骨节20主要作为指根基座10与夹爪手指30之间的连接部件来使用，以在起到约束指根基座10与夹爪手指30之间的结构位置关系的同时，使夹爪手指30相对于指根基座10能够具有多个不同方向的摆转自由度（具体的，可将该摆转自由度定义为第一摆转自由度），从而使得夹爪手指30具备相对于指根基座10进行多个不同方向的摆转运动的条件；指根骨节20可根据软体夹爪的整体结构构造、尺寸大小、动力输出形式等实际情况采用诸如球头式转动副、轴杆式转动副等挠性连接结构，以利用指根骨节20在指根基座10与夹爪手指30之间建立挠性连接关系（其中，需要说明的是，所述及的“挠性连接”又称可曲挠连接或柔性连接，是指允许连接部位发生弯折、转动、伸缩等运动以产生一定位移量的连接方式），从而通过指根骨节20本身所具有的或者所能够产生的性能，使夹爪手指30相对于指根基座10具有前述的摆转自由度；如在采用球头式转动副时，因其本身具有可万向运动的条件，故在将夹爪手指30与指根基座10进行挠性连接约束后，使得夹爪手指30相对于指根基座10可自然形成或具备沿不同方向分布且相互共心的多条旋转轴线，而每条旋转轴线则可自然地形成或对应有一个第一摆转自由度；又如，在采用轴杆式转动副时，因其本身仅具有一条经过旋转轴的旋转轴线，故通过将若干个轴杆式转动副进行叠加组合，亦可形成多条方向不同或相同的旋转轴线。

请参阅图1至图8，夹爪手指30主要作为整个夹爪与物体进行接触的部件来使用，夹爪手指30的数量不少于两个，本实施例以具有两个夹爪手指30为例作示例性说明，即：两个夹爪手指30互呈左右镜像相对分布，每个夹爪手指30均通过对应的一个指根骨节20与指根基座10挠性连接，从而在指根骨节20的约束作用下，与指根基座10建立结构连接关系和相对运动关系，进而利用其相对于指根基座10所具有的多个不同方向的摆转自由度，可在指根软体驱动器40的驱动作用下，使两个夹爪手指30具备相向靠近、相背远离、相对错位偏移等运动的能力，从而为实现对物体的抓取、揉搓、折叠、扭转等操作创造条件。当然，其他一些实施例中，夹爪手指30也可为三个、四个或者更多，基于夹爪手指30数量的不同，可以采用两两相对（即：左右镜像相对）的方式进行布置，也可采用环形阵列的方式进行布置，以满足不同场景下的应用需求。

请参阅图1至图8，指根软体驱动器40主要作为驱使夹爪手指30相对于指根基座10发生相对运动的动力部件来使用，同时亦可起到配合指根骨节20对夹爪手指30与指根基座10之间的结构位置关系进行约束的作用；本实施例中，每个第一摆转自由度均对应有至少一个指根软体驱动器40，亦相当于指根骨节20的每条旋转轴线均对应有至少一个指根软体驱动器40（如在每条旋转轴线的边侧均至少布置一个指根软体驱动器40）；其中，当某一个第一摆转自由度所对应的指根软体驱动器40的数量大于等于两个时，尤其是在每条旋转轴线的两侧均布置有相应的指根软体驱动器40时，可以配合起到挠性连接作用的指根骨节20在指根基座10与夹爪手指30之间形成拮抗结构，从而增强夹爪手指30与指根基座10相对运动过程中的结构稳定性。指根软体驱动器40则泛指可通过向主体部分抽送或排出流体介质，使主体部分在气压或液压的驱动作用下发生轴向伸缩折叠和/或径向扩缩等形变运动，以最终对外输出动力的一类驱动装置， 其一端与指根基座10固定连接、另一端与对应的夹爪手指30固定连接，该固定连接可以是如胶粘等不可拆卸式的固定连接，也可以是如利用卡箍等部件进行可拆卸式的固定连接；利用软体驱动器40所产生的驱动力，可其能够驱使夹爪手指30绕对应的一条旋转轴线相对于指根基座10进行旋转运动，从而形成或产生夹爪手指30的其中一个方向的第一摆转自由度。

一个实施例中，参阅图1至图8，夹爪手指30相对于指根基座10所具有多个不同方向的第一摆转自由度中，包括一个第一自由度和一个第二自由度；其中，第一自由度的方向与第二自由度的方向空间垂直交叉或者平面垂直交叉；具体地，如在指根骨节20采用诸如球头式转动副时，可将指根骨节20布置在夹爪手指30邻近指根基座10的中心区域的一端，在每个夹爪手指30与指根基座10之间沿前后方向布置两个并排分布的指根软体驱动器40，同时布置一个与指根骨节20沿左右方向分布的指根软体驱动器40，从而利用沿前后方向分布的两个指根软体驱动器40对指根基座10、指根骨节20和夹爪手指30之间的约束，可启用指根骨节20中沿左右方向分布的一条旋转轴线，进而使夹爪手指30相对于指根基座10具有一个沿前后方向的第一摆转自由度（即：第一自由度），而利用与指根骨节20沿左右方向分布的指根软体驱动器40，则可启用指根骨节20中沿前后方向分布的一条旋转轴线，使得夹爪手指30相对于指根基座10具有另一个沿左右方向的第一摆转自由度（即：第二自由度），此时，第一自由度的方向与第一自由度的方向即为平面垂直交叉；而当指根骨节20采用诸如由多个轴杆式转动副叠加而成的结构时，则可使指根骨节20的其中一条旋转轴线沿前后方向分布、另一条旋转轴线沿左右方向分布，则可直接使夹爪手指30相对于指根基座10具有一个沿前后方向的第一摆转自由度和一个沿左右方向的第一摆转自由度，即第一自由度的方向与第二自由度的方向空间垂直交叉。如此，可通过对各指根软体驱动器40的差异化控制（亦可理解为独立控制），可实现对两个夹爪手指30之间的相对位置关系的改变；如，请参阅图5和图8，驱使两个夹爪手指30沿左右方向相向靠近或驱使其中一个夹爪手指30靠近另一个夹爪手指30，以夹持、折叠、纵向揉搓物体；又如，请参阅图6和图7，在两个夹爪手指30在夹持物体后，驱使其中一个夹爪手指30相对于另一个夹爪手指30进行前后方向的错位偏移，以横向揉搓、扭转物体。

其他实施例中，第一摆转自由度的方向也可不严格遵循前后方向和左右方向，如第一自由度的方向与第二自由度的方向的交叉夹角也可采用如30°、60°等，同时，根据软体夹爪的实际应用需求，可对第一摆转自由度的数量进行具体选择设置；亦可理解为，指根骨节20的旋转轴线的方向和数量以及指根软体驱动器40的布置形式和数量等可根据实际应用需求进行调整。

基于此，在指根骨节20的约束作用下，利用夹爪手指30相对于指根基座10所具有的多个不同方向的摆转自由度的特点，使得整个夹爪不但能够在软体驱动器40的软驱动作用下，实现刚柔耦合的动力输出效果，而且可以进行多种空间姿态的调整变换，以自适应物体的结构形态，执行诸如夹取、揉搓、折叠、扭转等系列动作。

其一，通过对各个指根软体驱动器40的伸展或收缩等形变程度的独立调控，并且在指根骨节20的配合下，使得夹爪手指30的运动形式更为灵活多样，除在两个夹爪手指30相向靠近时能够实现抓取、夹持物体的常规动作外，还对两个夹爪手指30进行侧向错位偏移操控，从而实现诸如横向揉搓、纵向揉搓、扭转等系列动作，为扩大整个夹爪的应用领域创造了有利条件，并使其能够应用于各种非结构化、特种作业等应用场景，如在应用于工业生产领域时，可完成对诸如布料、纸张等柔性物体的抓取和折叠作业，诸如笔类等柱状物体的揉搓作业等。

其二，指根软体驱动器40所输出的驱动力被转换为夹爪手指30的夹持力，使得软体夹爪所产生的夹持力不再直接依赖于指根软体驱动器40自身的形变效应，形成指根软体驱动器40与夹爪手指30运动耦合并共同对外输出作用力的效果，从而兼顾了较大负载与高灵活度的双重性能，使得整个夹爪不但具有较高的自适应柔顺程度，还具有高负载的能力，以稳定地输出较大的作用力。

其三，利用指根软体驱动器40本身所具有的参与部件少、重量轻、设计要求低、装配简单、成本低廉等特点以及软体夹爪的刚柔耦合的特点，不但可为降低软体夹爪的结构复杂性、装配及维护难度和夹爪本身的负重以及实现软体夹爪大规模批量化生产创造有利条件，而且通过选择非金属材料的夹爪手指30、指根基座10和指根骨节20等关联部件，可使整个夹爪本身不具备任何电子元件或金属件，能够有效提升夹爪对恶劣环境的耐受性，使其能够直接应用在极端恶劣的应用场景内，如深海作业等。

其四，可直接借助整个夹爪应用环境内的流体介质作为流体源，使指根软体驱动器40能够就地取材并输出驱动力，如在应用于水下作业机器人时，可利用水环境内的水作为动力源或流体源，从而实现指根软体驱动器40的液压驱动效果。同时，指根软体驱动器40亦可实现进行参数化设计，而相关关联部件可采用诸如3D打印技术制作成型，在不同应用场景下，可对整个夹爪进行参数化定制修改，快速进行组合装配，并直接投入使用。

一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，指根骨节20包括十字连接件21、设置在夹爪手指30上的第一枢转连接件22和设置在指根基座10上的第二枢转连接件23；其中，十字连接件21具有沿前后方向分布的第一枢转连接部21-1和沿左右方向分布的第二枢转连接部21-2，因第一枢转连接部21-1的中心轴线与第二枢转连接部21-2的中心轴线呈空间十字交叉分布（即：非平面交叉分布），故而构成十字连接件21的基本结构形态；第一枢转连接件22与第一枢转连接部21-1同轴转动连接，第二枢转连接件23与第二枢转连接部21-2同轴转动连接，从而使得第一枢转连接件22与第一枢转连接部21-1的公共轴线即为指根骨节20的一个旋转轴线，使得夹爪手指30相对于指根基座10具有一个左右方向的第一自由度；第二枢转连接件23与第二枢转连接部21-2的公共轴线即为指根骨节20的另一个旋转轴线，使得夹爪手指30相对于指根基座10具有一个前后方向的第二自由度。如此，在将夹爪手指30与指根基座10进行结构装配时，仅需将十字连接件21置于第一枢转连接件22与第二枢转连接件23之间并完成相应的组合连接，即可使夹爪手指30相对于指根基座10具有两个不同方向的第一摆转自由度，为实现两个夹爪手指30之间的相向靠近、相背远离、相对错位偏移等多种空间运动姿态创造条件。

一个实施例中，第一枢转连接部21-1和第二枢转连接部21-2均为开设于十字连接件21上的通孔结构，两者均通过一个定位光轴21-3与对应的枢转连接件进行同轴转动连接，从而利用第一枢转连接部21-1与第一枢转连接件22之间的定位光轴21-3即可形成一个转动副，以赋予夹爪手指30一个第一摆转自由度，利用第二枢转连接部21-2与第二枢转连接件23之间的定位光轴21-3则可形成另一个转动副，并可赋予夹爪手指30另一个第一摆转自由度，以此使得夹爪手指30至少具有两个运动自由度。当然，十字连接件21、第一枢转连接件22和第二枢转连接件23也可采用其他结构形式进行转动组合连接，只要能够实现夹爪手指30可在十字连接件21等部件的连接作用下具有两个不同方向的摆转自由度即可。另一个实施例中，指根骨节20包括设置在夹爪手指30上的球头部和设置在指根基座10上的球槽部，球头部嵌合在球槽部内，而指根软体驱动器40则布置在球头部或球槽部的周侧，此时可利用指根软体驱动器40之间的相互配合，使夹爪手指30在某些方向上进行摆转。

一个实施例中，指根软体驱动器40主要由软体伸缩件组成，软体伸缩件又可称为软体肌肉，其设置在指根基座10与夹爪手指30之间，其可采用由弹性材料或塑胶材料等经吹塑、注塑、3D打印等工艺一体制作成型的管状结构体，如波纹式、折纸式或其他具有一定结构伸缩性能的管状结构构造；软体伸缩件具有流体腔室和流体出入口，流体出入口可以位于软体伸缩件的端部并与流体腔室连通，也可位于软体伸缩件的周面上并与流体腔室连通，而软体伸缩件的一端与夹爪手指30固定连接、另一端则与指根基座10固定连接；流体出入口主要用于通过流体管道将流体腔室与流体驱动件进行连通，而流体驱动件则可设置夹爪本体的外部（如机器人主体），并采用诸如水泵、气泵等动力部件，利用流体驱动件可以将诸如水等液态流体介质、诸如空气等气态流体介质或者其他气液混合介质经由流体出入口抽送至流体腔室内或者从流体腔室内排出，从而通过对流体腔室内的流体压强的调节控制，使软体伸缩件产生伸展或收缩的结构形变效应，达到软体伸缩件输出动力的功能，以带动夹爪手指30相对于指根基座10作摆转运动。

为进一步提升夹爪的自适应柔顺程度和灵活性，赋予夹爪手指30具有更多的运动自由度以及使整个夹爪具备执行更为复杂动作的能力。一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，夹爪手指30可主要由指尖骨骼31、指尖骨节32、指中骨骼33和指尖软体驱动器34等部分组成；其中，指尖软体驱动器34与指根软体驱动器40的结构形式、动作原理近似，而指尖骨节32在指中骨骼33与指尖骨骼31之间所产生的功能作用与指根骨节20在夹爪手指30与指根基座10之间所产生的功能作用是相同的，即：用于实现指中骨骼33与指尖骨骼31之间的挠性连接，同时约束两者之间的相对运动关系，使指尖骨骼31在指尖骨节32的约束作用下，相对于指中骨骼33具有至少一个方向的第二摆转自由度，指中骨骼33的一端同时连接对应的指根骨节20和指根软体驱动器40，指中骨骼33的另一端则通过指尖骨节32连接指尖骨骼31，指尖软体驱动器34则布置在指中骨骼33与指尖骨骼31之间，并且指尖软体驱动器34的一端与指尖骨骼31连接、另一端与指中骨骼33连接，从而可使得夹爪手指30具有两个关节或指节（当然，一些实施例中，指中骨骼33也可为多个，以使得夹爪手指30具有两个以上的关节或指节），通过对夹爪手指30中的两个关节间的相对动作关系的调控，可改变夹爪手指30本身的运动姿态，使其具备执行更为复杂的操作动作的能力。本实施例中，指尖骨节32可采用单自由度转动副连接件，其由设置于指中骨骼33上的第一铰接件32-1、指尖骨骼31上的第二铰接件32-2以及贯穿于第一铰接件32-1和第二铰接件32-2分布并将两者连为一体的铰接轴32-3组成，铰接轴32-3沿前后方向分布，利用铰接轴32-3建立第一铰接件32-1与第二铰接件32-2之间的摆转连接关系，进而赋予指尖骨骼31一个左右方向的第二摆转自由度。

如此，通过对不同夹爪手指30所对应的指根软体驱动器40的独立控制，可将指根软体驱动器40所输出的动力转换为夹爪手指30整体的夹持力（尤其是指中骨骼33所在部分的夹持力），以使两个夹爪手指30在相向靠近时具有足够强大的夹持效应，并且能够在进行相对错位偏移时形成揉搓动作效果；而通过对夹爪手指30内的指尖软体驱动器34的控制，则既可以保证指尖骨骼31能够输出足够的夹持力，也可以调整整个夹爪手指30的弯曲程度，利用指尖骨骼31与指中骨骼33之间的配合形成对物体的包裹效果，或者在两个相对的指中骨骼33完成对物体的局部部位的夹持后，通过对指尖骨骼31的驱动，使整个夹爪手指30能够执行对物体的折叠作业。需要说明的是：指尖软体驱动器34的数量可根据指尖骨骼31所预设并输出的夹持力的大小等因素进行选择。

一些实施例中，指中骨骼33为两个或两个以上，以使得夹爪手指30具有两个以上的关节（或指节）。以夹爪手指30具有两个指中骨骼33为例，夹爪手指30还包括指中骨节和指中软体驱动器；其中，两个指中骨骼33呈逐级分布，两个指中骨骼33之间通过指中骨节和指中软体驱动器连为一体，而邻近指根基座10一端的指中骨骼33则同时连接指根骨节20和指根软体驱动器40，邻近指尖骨骼31一端的指中骨骼33则同时连接指尖骨节32和指尖软体驱动器34。需要说明的是：指中骨节的结构形式、功能作用等与指尖骨节32相同或相似，以使相邻的两个指中骨骼33中，其中一个指中骨骼33相对于另一个指中骨骼33具有至少一个方向的第三摆转自由度；指中软体驱动器的结构形式、功能作用等与指尖软体驱动器34相同，从而在相邻的两个指中骨骼33中，指中软体驱动器所输出的动力可驱使其中一个指中骨骼33（尤其是邻近指尖骨骼31一端的指中骨骼33）相对于另一个指中骨骼33作摆转运动。基于此，可进一步增加夹爪手指30的运动自由度，在指中软体驱动器和指尖软体驱动器34的作用下，使得每个指中骨骼33和每个指尖骨骼31均能够输出夹持力，从而既可以便于从物体表面的不同位置实现对物体的接触抓取，又可以通过采用具有多个运动自由度的夹爪手指30，使整个夹爪具备形成封闭式形状构造的条件，以便于对物体进行包裹式抓取，或者执行更为复杂的操作动作。

基于夹爪手指30在整个夹爪内的功能作用，在应用于具体场景时，根据应用场景的实际需求，整个夹爪所具备的两个夹爪手指30的指节数量可以是相同的，如图1至图8所示的夹爪，其两个夹爪手指30均为双指节结构，且指根骨节20具有两条旋转轴线（即：夹爪手指30整体相对于指根基座10具有一个左右方向的第一摆转自由度和一个前后方向的第一摆转自由度），指尖骨节32具有一个旋转轴线（即：指尖骨骼31相对于指中骨骼33具有一个左右方向的第二摆转自由度），从而使得夹爪具有六个运动自由度。其他实施例中，两个夹爪手指30的指节数量也可以是不同的，如：其中一个夹爪手指30为单指节结构，另一个夹爪手指30为双指节结构，并且指根骨节20均具有两个旋转轴线，而双指节结构的夹爪手指30的指尖骨节32则具有一个旋转轴线，从而使得整个夹爪具有五个运动自由度。基于此原理对将两个夹爪手指30进行搭配组合，可使夹爪能够依据实际应用场景变换结构形式，以具备不同运动自由度的方式来对夹爪进行定制化组合装配。

一个实施例中，指尖骨节32和指中骨节可根据实际情况（如软体夹爪的结构构造、尺寸大小等）选择由弹性体或形状记忆合金等材料制成的折转连接件，该类折转连接件可由原始坯料预制成一具有一定的弯折角度或曲度的结构体，而其旋转轴线即相当于自然形成在结构体上的一条分界线，在折转连接件受力时可沿预设方向发生形变，从而在起到对诸如指中骨骼33与指尖骨骼31连接约束作用的同时，使指尖骨骼31相对于指中骨骼33具有一个方向的第二摆转自由度。其他实施例中，指尖骨节32也可参考指根骨节20的结构形式进行选择设置，使得指尖骨节32具有多个不同方向的第二摆转自由度，虽然会增加夹爪手指30的结构复杂性以及控制的复杂性，但可以更为有效地适应非结构化应用场景。

一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，指中骨骼33和/或指尖骨骼31采用中空结构体，具体地，以指尖骨骼31为例，其包括壳体部31-1和端盖部31-2，壳体部31-1设有端口，而端盖部31-2则可拆卸地盖合壳体部31-1的端口，从而使指尖骨骼31具有相对封闭的内部空间；不但可以降低指尖骨骼31或指中骨骼33的自身重量，为进一步减小整个软体夹爪的自身负重创造条件，而且能够为诸如指尖软体驱动器34、指中软体驱动器等部件的流体管路的布置创造结构空间。

一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，指中骨骼33和/或指尖骨骼31具有指腹面，在指腹面上设置有防护垫35，防护垫35可以为包覆于指中骨骼33或指尖骨骼31的外表面上的包胶层，也可以使装配于诸如前述实施例的端盖部31-2上的胶垫，当然，防护垫35的材质也可采用其他具有一定柔软度的材料；利用防护垫35可实现指尖骨骼31或指中骨骼33与物体表面的间接接触，既可以通过防护垫35来增加接触面积、增大可夹取物体的尺寸范围、增大摩擦力、防止物体侧滑等，又可以实现夹爪与物体的柔性接触，避免对物体表面造成损伤；另外，由于防护垫35可依托实际需求进行自主设计或自主更换配置，也使得整个软体夹爪对各种形状、尺寸的物体具有很好的自适应性。

一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，根据软体夹爪具体应用场景，指根基座10可以由金属材料或非金属材料制作成型，如指根基座10可采用诸如塑胶等非金属材料一体注塑成型；具体地，指根基座10为一中空结构体或者镂空结构体，其包括基体部11和承载部12两部分；其中，基体部11主要用于与机器人主体进行固定连接，以将整个软体夹爪装配到机器人上，而承载部12则主要用于为指根软体驱动器40和指根骨节20提供结构装配或设置空间，承载部12由基体部11的边缘朝基体部11的中心区域作倾斜弯折后成型，如承载部12由基体部11的左右边缘作相向倾斜弯折后成型，从而使得整个指根基座10的外观形状近似于山脊状、截断面的形状则近似于等腰三角形，同时使每个夹爪手指30均对应有一个承载部12，以此，可使得夹爪手指30以两两相对的形式进行组合搭建。又如，承载部12由基体部11的外周边缘朝其中心区域作倾斜弯折成型，则可使得整个指根基座10的外观形态近似于圆台状、截断面形状则近似于等腰梯形，从而可利用承载部12将多个夹爪手指30以环形阵列的形式进行组合搭建。而依据指根骨节20的具体结构构造，可将其布置在承载部12远离基体部11的边缘的一端或者承载部12的中心区域，指根软体驱动器40则位于指根骨节20的外侧或者周侧。如此，利用承载部12相对于基体部11所呈现出的倾斜状态，以及通过对承载部12的倾斜角度的选择性设计，可以优化指根软体驱动器40的安装角度以及指根骨节20的偏转距离；同时，由承载部12和基体部11所组成的指根基座10是以镂空状或中空状的构造存在的，有利于降低指根基座10的本身的重量，从而为降低整个夹爪的自身负重创造了有利条件。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种多自由度软体夹爪，其特征在于，包括：

指根基座；

夹爪手指，所述指根基座上分布有至少两个夹爪手指，所述夹爪手指呈镜像相对分布或环形阵列分布；

指根骨节，用于将所述夹爪手指约束在指根基座上，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有至少两个不同方向的第一摆转自由度，每个所述夹爪手指均通过对应的一个指根骨节挠性连接指根基座；以及

指根软体驱动器，用以驱使所述夹爪手指相对于指根基座作摆转运动，以使所述指根基座上的夹爪手指相向靠近、相背远离或相对错位偏移，每个所述第一摆转自由度均对应有至少一个指根软体驱动器，所述指根软体驱动器的一端连接指根基座、另一端连接对应的夹爪手指。

2.如权利要求1所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述至少两个不同方向的第一摆转自由度中包括一个第一自由度和一个第二自由度，所述第一自由度的方向与第二自由度的方向空间垂直交叉或平面垂直交叉。

3.如权利要求2所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指根骨节包括十字连接件、第一枢转连接件和第二枢转连接件；

所述十字连接件具有沿前后方向分布的第一枢转连接部和沿左右方向分布的第二枢转连接部，所述第一枢转连接件和第二枢转连接件中的一个设置在夹爪手指上、另一个设置在指根基座上；

所述第一枢转连接件与第一枢转连接部同轴转动连接，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有一个左右方向的第一自由度，所述第二枢转连接件与第二枢转连接部同轴转动连接，以使所述夹爪手指相对于指根基座具有一个前后方向的第二自由度。

4.如权利要求2所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，至少其中一个所述夹爪手指包括：

指尖骨骼；

指中骨骼，所述指中骨骼的一端同时连接指根骨节和指根软体驱动器；

指尖骨节，用于将指尖骨骼约束在指中骨骼上，以使所述指尖骨骼相对于指中骨骼具有至少一个方向的第二摆转自由度，所述指尖骨骼通过指尖骨节挠性连接指中骨骼；以及

指尖软体驱动器，用于驱使所述指尖骨骼相对于指中骨骼沿左右方向作摆转运动，所述指尖软体驱动器的一端连接指尖骨骼、另一端连接指中骨骼。

5.如权利要求4所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指尖骨骼和/或指中骨骼具有指腹面，所述指腹面上设置有防护垫。

6.如权利要求4所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指尖骨骼和/或指中骨骼为中空结构体。

7.如权利要求4所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，至少其中一个所述夹爪手指还包括指中骨节和指中软体驱动器，且所述指中骨骼至少两个，邻近所述指根基座的指中骨骼同时连接指根骨节和指根软体驱动器，邻近所述指尖骨骼的指中骨骼同时连接指尖骨节和指尖软体驱动器；

所述指中骨节连接于相邻的两个指中骨骼之间，以使其中一个所述指中骨骼相对于另一个指中骨骼具有至少一个方向的第三摆转自由度；所述指中软体驱动器连接于相邻的两个指中骨骼之间，用以驱使其中一个所述指中骨骼相对于另一个指中骨骼沿左右方向或前后方向作摆转运动。

8.如权利要求7所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指尖骨节和/或指中骨节为转动副连接件、弹性体折转连接件或形状记忆合金折转连接件。

9.如权利要求1-8中任一项所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指根软体驱动器包括软体伸缩件，所述软体伸缩件连接于指根基座与夹爪手指之间；所述软体伸缩件具有流体腔室以及与流体腔室连通的流体出入口，所述流体出入口用于供流体介质出入流体腔室，以使所述软体伸缩件伸展或收缩。

10.如权利要求9所述的多自由度软体夹爪，其特征在于，所述指根基座包括基体部和承载部，所述承载部由基体部的边缘朝基体部的中心区域作倾斜弯折后成型；每个所述夹爪手指均对应有一个承载部，且所述指根骨节位于对应的承载部远离基体部的边缘的一端，所述软体伸缩件器连接于承载部与夹爪手指之间。

Images