TW201725102A - 具有打開及閉合夾持模式之夾爪裝置 - Google Patents

Abstract

一種夾爪裝置，其可包含基座、第一夾指及第二夾指。第一夾指可轉動地或可移動地連結至基座，而第二夾指可連結至基座。第一夾指及第二夾指可選擇性地進入打開夾持模式及閉合夾持模式以夾取一物體。當進入打開夾持模式時，第一夾指及第二夾指由物體之同一側夾取此物體，而當進入閉合夾持模式時，第一夾指及第二夾指由物體之不同側夾取此物體。

Description

具有打開及閉合夾持模式之夾爪裝置

本發明係有關於一種夾爪裝置，特別是一種具有打開夾持模式及閉合夾持模式的夾爪裝置，或可切換夾持模式的夾爪裝置。

夾爪裝置一種最常安裝於機械手臂上使用的工具，其允許機械手臂依照操作的需求以抓取或移動物體。然而，沒有任何一種夾爪裝置的設計可以完美的適用於所有的任務，這對用於機械手臂上的夾爪裝置來說是一個嚴重的問題，因為用於機械手臂上的夾爪裝置經常必須執行許多不同的任務。

目前常見的夾爪裝置大多具有二個夾指，其可以關閉及打開的方式來夾緊及放開物體。但當物體具有不同的形狀、尺寸或靠折牆壁時，夾爪裝置就不能抓住此物體。此時，夾爪裝置必須以吸盤或其他方式來夾住物體，或將物體移到另一個地方以進行夾取。

因此，如何提出一種夾爪裝置，能夠有效改善上述的的情況已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種具有打開夾持模式及閉合夾持模式的夾爪裝置以夾取具有不同尺寸或位於不同環境的物體，藉此以滿足各種不同夾取任務的需求。

根據本發明之其中一目的，提出一種夾爪裝置，其可包含基座、第一夾指及第二夾指。第一夾指可轉動地或可移動地連結至基座，而第二夾指可連結至基座。第一夾指及第二夾指可選擇性地進入打開夾持模式及閉合夾持模式以夾取一物體。當進入打開夾持模式時，第一夾指及第二夾指由物體之同一側夾取此物體，而當進入閉合夾持模式時，第一夾指及第二夾指由物體之不同側夾取此物體。

此夾爪裝置可更包含第三夾指，其可連結至基座，其中第一夾指、第二夾指及第三夾指可選擇性地進入打開夾持模式及閉合夾持模式以夾取物體。

此夾爪裝置可更包含控制模組及感測模組。控制模組可電性連結至夾爪裝置的第一驅動模組。感測模組可電性連結至控制模組，並可在感測到物體夾取失敗後輸出感測訊號至控制模組。感測模組可在感測物體之尺寸後輸出感測訊號至控制模組。感測模組可在感測物體周圍之障礙物後輸出感測訊號至控制模組。控制模組可控制第一驅動模組根據感測訊號移動第一夾指，使第一夾指及第二夾指由閉合夾持模式切換至打開夾持模式，或由打開夾持模式切換至閉合夾持模式。

根據本發明之實施例，此夾爪裝置可具有打開夾持模式及閉合夾持模式，以夾取具有不同尺寸或位於不同環境的物體。此外，此具有感測模組及控制模組的夾爪裝置可自動判斷切換為打開夾持模式或閉合夾持模式。因此，此智慧型的夾爪裝置可以應用於機械手臂以滿足各種不同任務的需求。

以下的描述將進一步闡明本發明之範疇及應用。然而，需說明的是，以下詳細的描述及各例子僅為本發明之較佳的實施例，其僅用於舉例說明，本發明之技術領域中具有通常知識者應當明瞭，任何未脫離本發明之 精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於本發明之申請專利範圍中。

1、1’、1A、1B、1C‧‧‧夾爪裝置

10、10’、10”、10'''‧‧‧基座

10P‧‧‧基座周邊

11‧‧‧軌道

20‧‧‧第一夾指

30‧‧‧第二夾指

40‧‧‧第三夾指

60‧‧‧感測模組

80‧‧‧驅動模組

81‧‧‧馬達

82‧‧‧驅動齒輪

83‧‧‧中齒輪

84‧‧‧第一齒輪

85‧‧‧第二齒輪

86‧‧‧第三齒輪

120‧‧‧第一驅動裝置

130‧‧‧第二驅動模組

140‧‧‧第三驅動模組

200‧‧‧障礙物

M20、M30、M40‧‧‧驅動單元

SR‧‧‧感測器

JT‧‧‧關節

GE‧‧‧驅動齒輪

SS‧‧‧感測訊號

ST1、ST2、ST3‧‧‧區段

PT40、PT20‧‧‧點

L1、L2‧‧‧直線

C1、C2‧‧‧曲線

20A、20B、20C、30A、30B、40A、40B、40C‧‧‧位置

第1圖至第3圖 係為本發明之第一實施例之執行閉合夾持模式之夾爪裝置之示意圖、前視圖及上視圖。

第4圖 係為本發明之第一實施例之執行打開夾持模式之夾爪裝置之示意圖。

第5圖至第7圖 係為本發明之第一實施例之夾爪裝置之第一至第三變形例之上視圖。

第8圖 係為本發明之第二實施例之夾爪裝置之上視圖。

第9圖 係為本發明之第二實施例之夾爪裝置之部份截面圖。

第10圖 係為本發明之夾爪裝置之方塊圖。

第11圖至第12圖 係為本發明之夾爪裝置之工作示意圖。

第13圖 係為變形夾爪裝置之示意圖。

第14圖至第15圖 係為具有不同形狀之基座之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之具有打開及閉合夾持模式之夾爪裝置之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

第1圖至第3圖係為本發明之第一實施例之執行閉合夾持模式之夾爪裝置1之示意圖、前視圖及上視圖。第4圖係為本發明之第一實施例之執行打開夾持模式之夾爪裝置1之示意圖。

請參閱第1圖至第4圖，夾爪裝置1可包含基座10、第一夾指20及第二夾指30。第一夾20指可轉動地或可移動地連結至基座10，而第二夾指 30可連結至基座10。

第一夾指20及第二夾指30可選擇性地進入打開夾持模式及閉合夾持模式以夾取物體2。當進入閉合夾持模式時(如第1圖所示)，第一夾指20及第二夾指30由物體2之不同側夾取此物體2。而當進入打開夾持模式(如第4圖所示)時，第一夾指20及第二夾指30由物體2之同一側夾取此物體2。

為了移動或轉動第一夾指20，夾爪裝置1可更包含第一驅動裝置120，此第一驅動裝置120可連結至基座10及第一夾指20，並驅動第一夾指20相對於基座10移動或轉動。在本實施例中，第二夾指30可轉動地或可移動地連結至基座10。又，夾爪裝置1可更包含第二驅動模組130，其可連結至基座10及第二夾指30，並可驅動第二夾指30相對於基座10移動或轉動。當然，上述僅為舉例，本發明並不以此為限。在另一實施例中，第二夾指30可固定地連結至基座10，因為僅以可轉動或可移動的第一夾指20即足以達成打開夾持模式及閉合夾持模式。在又一實施例中，第二夾指30可以利用手動的方式轉動或移動。在又一實施例中，第一驅動模組120更可以連結至第二夾指30，並可驅動第一夾指20及第二夾指30相對於基座10同步地且反方向地移動或轉動。

如第1圖所示，夾爪裝置1可更包含第三夾指40，其可連結至基座10。第一夾指20、第二夾指30及第三夾指40能選擇性地進入打開夾持模式及閉合夾持模式以夾取物體2。此外，各個第一夾指20、第二夾指30及第三夾指40可具有一個關節或複數個關節JT，使各個第一夾指20、第二夾指30及第三夾指40能進入伸展狀態或彎曲狀態。然而，上述僅為舉例，本發明並不以此為限，僅一個夾指具有一個關節或複數個關節即足以達成打開夾持模式及閉合夾持模式，而僅一個可移動或可轉動的夾指即足以實施本 發明。

驅動單元M20、M30及M40可轉動第一夾指20、第二夾指30及第三夾指40的連桿以分別驅動各個夾指，因此各個夾指均可伸展狀態或彎曲狀態。值得注意的是，該些夾指可以利用其它的形式呈現，並以其它習知的機構實現伸展狀態或彎曲狀態。

第5圖至第7圖係為本發明之第一實施例之夾爪裝置1A、1B及1C之第一至第三變形例之上視圖。為了方便各別例子的描述，第二夾指30係固定於基座10，而第三夾指40係可移動地或可轉動地連結至基座10。在第5圖的例子中，第一驅動模組120可連結至基座10及第一夾指20，並驅動第一夾指20相對於基座10移動或轉動。值得注意的是，第一夾指20可以點PT20為軸轉動，並相對於基座10之周邊10P移動。第三驅動模組140可連結至基座10及第三夾指40，並可驅動第三夾指40相對於基座10移動或轉動。值得注意的是，第三夾指40可以點PT40為軸轉動，並相對於基座10之周邊10P移動。由於第一夾指及第三夾指可獨立移動，因此當第一夾指20可位於位置20A、20B、20C或另一個位置時，第三夾指40可位於位置40A、40B、40C或另一個位置。例如，當物體的三個側邊需要被夾持時，第一夾指20可位於位置20A，第三夾指40則可位於位置40B。

在第6圖的例子中，夾爪裝置1B可包含驅動模組80。驅動模組80可連結至基座10、第一夾指20及第三夾指40，並可驅動第一夾指20及第三夾指40相對於基座10同步地且反方向地移動或轉動。更詳細的來說，驅動模組80可包含馬達81、驅動齒輪82、中齒輪83、第一齒輪84、第二齒輪85及第三齒輪86。馬達81可連結至基座10及驅動齒輪82。中齒輪83可與驅動齒輪82嚙合。第一齒輪84可與中齒輪83嚙合，並可連結至第一夾指20，使第一夾指20能隨著第一齒輪84的旋轉而轉動。第二齒輪85與 中齒輪83嚙合。第三齒輪86可與第二齒輪85嚙合，並可連結至第三夾指40，使第三夾指40能隨著第三齒輪86的旋轉而轉動。因此，馬達81可驅動第一夾指20及第三夾指40相對於基座10同步地且反方向地移動或轉動。由於第一夾指20及第三夾指40可被驅動以相對於基座10同步地且反方向地移動或轉動，因此當第一夾指20位於位置20C時，第三夾指40可位於位置40C；當第一夾指20位於位置20A時，第三夾指40可位於位置40A；當第一夾指20位於位置20B時，第三夾指40可位於位置40B。

在第7圖的例子中，僅有第一夾指20可沿著基座10的軌道11移動，其即為基座10的周邊10P。在另一例子中，第一夾指20、第二夾指30及第三夾指40中的至少二個可被設置以沿著軌道11移動。基座10之周邊10P的形狀可為彎曲形狀，其可由相對的二直線L1及L2及相對的二曲線C1及C2所構成，該些曲線C1及C2可連結至該些直線L1及L2。在另一實施例中，基座10”之周邊的形狀可為圓形(如第14圖所示)，或基座10'''之周邊的形狀可為橢圓形(如第15圖所示)。雖然第二夾指30及第三夾指40可固定地連結至基座10，但在閉合夾持模式時，可移動的第一夾指20可移動至位置20A，而在打開夾持模式時，可移動的第一夾指20可移動至位置20B。

第8圖係為本發明之第二實施例之夾爪裝置1’之上視圖。如第8圖所示，第二實施例的夾爪裝置1’與第7圖的夾爪裝置1幾乎相同，僅除了第一夾指20及第二夾指30的呈現方式有所不同。當第一夾指20及第二夾指30分別位於位置20A及位置30A時，此時進入第一閉合夾持模式。當第一夾指20及第二夾指30分別位於位置20B及位置30B時，此時進入第二閉合夾持模式。當第一夾指20及第二夾指30分別位於位置20C及位置30A時，此時進入打開夾持模式。當夾爪裝置1’利用第一閉合夾持模式無法夾 取大型物體時，夾爪裝置1’的各個夾指可切換至第二閉合夾持模式，此是由於基座10在Y軸方向的寬度較X軸方向的寬度大，或是也可以切換至打開夾持模式以夾取大型物體。

第9圖係為本發明之第二實施例之夾爪裝置1’之部份截面圖。如第9圖所示，基座10的周邊10P可具有齒部與第一夾指20的驅動齒輪GE嚙合，如此當驅動齒輪GE轉動時，第一夾指20可沿著周邊10P移動，且第一夾指20可被基座10的軌道11所導引。

第10圖係為本發明之夾爪裝置1之方塊圖。為了判斷要進入打開夾持模式或閉合夾持模式，夾爪裝置1更可包含控制模組50及感測模組60。控制模組50可電性連結至第一驅動模組120，並可更進一步連結於第二驅動模組130及第三驅動模組140。感測模組60可電性連結至控制模組50，並在感測物體2周圍之障礙物200後輸出感測訊號SS至控制模組50。由於物體2很靠近障礙物200，如牆面，故夾爪裝置1在閉合夾持模式中無法夾取物體2，但夾爪裝置1在打開夾持模式中則可夾取物體2。在這種狀況下，控制模組50可控制第一驅動模組120根據感測訊號SS移動第一夾指20，使夾爪裝置1的該些夾指可由閉合夾持模式切換至打開夾持模式，或由打開夾持模式切換至閉合夾持模式。

在另一實施例中，感測模組60可感測到物體2夾取失敗後輸出感測訊號SS至控制模組50。例如，感測模組60可包含相機以擷取物體2之影像，且控制模組50可根據擷取的影像判斷物體2是否被夾取或移動。若是當夾爪裝置1移動但物體2沒有移動時，物體2的夾取動作即為失敗。在這種狀況下，控制模組50可控制第一驅動模組120根據感測訊號SS移動第一夾指20，使夾爪裝置1的該些夾指可由閉合夾持模式切換至打開夾持模式，或由打開夾持模式切換至閉合夾持模式。

在又一實施例中，感測模組60可感測到物體2之尺寸後輸出感測訊號SS至控制模組50。例如，感測模組60可擷取物體2及夾指之影像，而由於夾指的尺寸已知，控制模組50可根據物體2及夾指的影像判斷物體2的尺寸。在這種狀況下，控制模組50可控制第一驅動模組120根據感測訊號SS移動第一夾指20，使夾爪裝置1的該些夾指可由閉合夾持模式切換至打開夾持模式，或由打開夾持模式切換至閉合夾持模式。

請參閱第1圖至第10圖，需注意的是，設置於夾指20、30及40上的感測器SR也可電性連結於控制模組50。各個感測器SR可感測物體2上的壓力，且控制模組50可根據感測結果控制該些驅動單元M20、M30及M40的驅動速度及驅動力量，以防止物體2損壞。

第11圖至第12圖係為本發明之夾爪裝置之工作示意圖。如第11圖所示，在伸展狀態時的第一夾指20具有三個區段ST1、ST2及ST3，其藉由關節JT相互連結至基座10，其中該些區段可由連桿的形式呈現。如第12圖所示，此三個區段ST1、ST2及ST3可被驅動使第一夾指20進入彎曲狀態以夾取物體2。需注意的是，基座10並不需要具有與物體2接觸的全平面表面，具有與物體2接觸的彎曲表面也是可行的。在本例中，軌道可以是三維軌道，並不限定於二維軌道。

第13圖係為變形夾爪裝置之示意圖。如第13圖所示，變形夾爪裝置與第12圖的夾爪裝置類似，除了基座10’具有彎曲表面，其有利用於握持具有彎曲表面的物體。

根據本發明的實施例，夾爪裝置可以具有打開夾持模式以及閉合夾持模式，以夾取具有不同尺寸或位於不同環境下的物體。此外，具有感測模組及控制模組的夾爪裝置可自動判斷切換至打開夾持模式或閉合夾持模式。因此，此智慧型的夾爪裝置可以應用於機械手臂以滿足各種不同任務 的需求。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧夾爪裝置

10‧‧‧基座

10P‧‧‧基座周邊

20‧‧‧第一夾指

30‧‧‧第二夾指

40‧‧‧第三夾指

120‧‧‧第一驅動裝置

130‧‧‧第二驅動模組

140‧‧‧第三驅動模組

M20、M30、M40‧‧‧驅動單元

SR‧‧‧感測器

JT‧‧‧關節

PT40、PT20‧‧‧點

Claims (20)

1. 一種夾爪裝置，係包含：一基座；一第一夾指，係可轉動地或可移動地連結至該基座；以及一第二夾指，係連結至該基座，其中，該第一夾指及該第二夾指能選擇性地進入一打開夾持模式及一閉合夾持模式以夾取一物體，其中，當進入該打開夾持模式時，該第一夾指及該第二夾指由該物體之同一側夾取該物體，而當進入該閉合夾持模式時，該第一夾指及該第二夾指由該物體之不同側夾取該物體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，其中該第二夾指係固定地連結至該基座。
3. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，其中該第二夾指係可轉動地或可移動地連結至該基座。
4. 如申請專利範圍第3項所述之夾爪裝置，更包含：一第二驅動模組，係連結至該基座及該第二夾指，並驅動該第二夾指相對於該基座移動或轉動。
5. 如申請專利範圍第3項所述之夾爪裝置，更包含：一第一驅動模組，係連結至該基座、該第一夾指及該第二夾指，並驅動該第一夾指及該第二夾指相對於該基座同步地且反方向地移動或轉動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，更包含：一第一驅動模組，係連結至該基座及該第一夾指，並驅動該第一夾指相對於該基座移動或轉動。
7. 如申請專利範圍第6項所述之夾爪裝置，更包含： 一控制模組，係電性連結至該第一驅動模組；以及一感測模組，係電性連結至該控制模組，並在感測到該物體夾取失敗後輸出一感測訊號至該控制模組，其中，該控制模組控制該第一驅動模組根據該感測訊號移動該第一夾指，使該第一夾指及該第二夾指由該閉合夾持模式切換至該打開夾持模式，或由該打開夾持模式切換至該閉合夾持模式。
8. 如申請專利範圍第6項所述之夾爪裝置，更包含：一控制模組，係電性連結至該第一驅動模組；以及一感測模組，係電性連結至該控制模組，並在感測該物體之尺寸後輸出一感測訊號至該控制模組，其中，該控制模組控制該第一驅動模組根據該感測訊號移動該第一夾指，使該第一夾指及該第二夾指由該閉合夾持模式切換至該打開夾持模式，或由該打開夾持模式切換至該閉合夾持模式。
9. 如申請專利範圍第6項所述之夾爪裝置，更包含：一控制模組，係電性連結至該第一驅動模組；以及一感測模組，係電性連結至該控制模組，並在感測該物體周圍之障礙物後輸出一感測訊號至該控制模組，其中，該控制模組控制該第一驅動模組根據該感測訊號移動該第一夾指，使該第一夾指及該第二夾指由該閉合夾持模式切換至該打開夾持模式，或由該打開夾持模式切換至該閉合夾持模式。
10. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，其中各個該第一夾指及該第二夾指具有一關節或複數個關節，使各個該第一夾指及該第二夾指能進入一伸展狀態或一彎曲狀態。
11. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，更包含： 一第三夾指，係連結至該基座，其中該第一夾指、該第二夾指及該第三夾指能選擇性地進入該打開夾持模式及該閉合夾持模式以夾取該物體。
12. 如申請專利範圍第11項所述之夾爪裝置，其中各個該第一夾指、該第二夾指及該第三夾指具有一關節或複數個關節，使各個該第一夾指、該第二夾指及該第三夾指能進入一伸展狀態或一彎曲狀態。
13. 如申請專利範圍第11項所述之夾爪裝置，其中該第二夾指及該第三夾指係固定地連結至該基座。
14. 如申請專利範圍第11項所述之夾爪裝置，其中該第二夾指係固定地連結至該基座，而該第三夾指係可轉動地或可移動地連結至該基座。
15. 如申請專利範圍第14項所述之夾爪裝置，更包含：一第一驅動模組，係連結至該基座及該第一夾指，並驅動該第一夾指相對於該基座移動或轉動；以及一第三驅動模組，係連結至該基座及該第三夾指，並驅動該第三夾指相對於該基座移動或轉動。
16. 如申請專利範圍第14項所述之夾爪裝置，更包含：一驅動模組，係連結至該基座、該第一夾指及該第三夾指，並驅動該第一夾指及該第三夾指相對於該基座同步地且反方向地移動或轉動。
17. 如申請專利範圍第16項所述之夾爪裝置，該驅動模組包含：一馬達，係連結至該基座；一驅動齒輪，係連結至該馬達；一中齒輪，係與該驅動齒輪嚙合；一第一齒輪，係與該中齒輪嚙合，並連結至該第一夾指，使該第一 夾指能隨著該第一齒輪的旋轉而轉動。 一第二齒輪，係與該中齒輪嚙合；以及一第三齒輪，係與該第二齒輪嚙合，並連結至該第三夾指，使該第三夾指能隨著該第三齒輪的旋轉而轉動。
18. 如申請專利範圍第1項所述之夾爪裝置，其中，該基座係具有一軌道，該第一夾指係沿著該軌道移動。
19. 如申請專利範圍第18項所述之夾爪裝置，其中，該基座係整合於該基座之一周邊。
20. 如申請專利範圍第19項所述之夾爪裝置，其中，該基座之該周邊之形狀係包含：一圓形；一橢圓形；或一彎曲形狀，係由相對的二直線及相對的二曲線所構成，該些曲線係連結至該些直線。