CN110253606B - 一种仿折纸结构的软体抓手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿折纸结构的软体抓手，属于机械手技术领域。该装置包括：安装架；抓手本体，其一端固定连接至安装架；驱动部，其包括第一传动杆、第二传动杆和滑轨，第一传动杆和第二传动杆的两端均铰接有与滑轨相配合的滑块，滑轨与滑块一一对应，滑轨连接至抓手本体；以及，动力部，设置在安装架上，用于分别驱动第一传动杆和第二传动杆上下移动。本发明通过滑块移动时会带动滑轨翻转，滑轨翻转时带动抓手本体向内收缩或扩张，从而实现抓取和松开的动作，可仅利用一套装置通过改变驱动顺序来实现对抓手本体两种不同抓取模式姿态的调整并驱动抓取不同外表特征、摆放位置各异的目标物体，整个实现方案结构简单、轻便。

Description

一种仿折纸结构的软体抓手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别涉及一种仿折纸结构的软体抓手。

背景技术

抓手是一种仿生的、用于抓取物体的装置。抓手一般包括刚性抓手和软体抓手，相较于传统的刚性抓手，软体抓手拥有良好的环境交互性和人机安全性，因此成为了近年来的研究热点。普通软体抓手的基本原理是先通过特殊工艺使柔性材料(如硅橡胶)成型制成单个软体手指，再集成两个及以上的软体手指形成软体抓手。软体抓手通过充气驱动软体手指背部的气腔发生膨胀，背部材料伸长，而手指内侧由于嵌入的限制层(如布条)导致内侧材料难以伸长，最终两侧材料的变形差异使得手指向内弯曲，多个手指共同作用便可对物体进行抓取。这种软体抓手具有一定的柔顺性，但由于其采用手指弯曲变形的驱动抓取原理，以及固定位置的安装方式，导致抓取范围仍有较大的局限性。

许多发明针对软体抓手的姿态调整问题提出了解决方案，但大多数都需要一套较为复杂的机械结构来实现目标，由此导致整个软体抓手装置的笨重与控制上的复杂。

此外，软体抓手由于自身柔性材料的特性，无法产生足够的刚度来抓取质量较大的目标物体，即当外部载荷较大时，抓手可能脱开导致抓取的失败。

发明内容

本发明提供一种仿折纸结构的软体抓手，可以解决现有技术中的软体抓手姿态调整方案较为复杂、整体较为笨重的问题。

一种仿折纸结构的软体抓手，包括：

安装架；

抓手本体，其一端固定连接至所述安装架；

驱动部，其包括第一传动杆、第二传动杆和滑轨，所述第一传动杆和所述第二传动杆的两端均铰接有与所述滑轨相配合的滑块，所述滑轨与所述滑块一一对应，所述滑轨连接至所述抓手本体，所述滑块在所述滑轨上移动时，带动所述抓手本体向内收缩或向外扩张；以及，

动力部，设置在所述安装架上，用于分别驱动所述第一传动杆和所述第二传动杆上下移动。

更优地，所述动力部包括第一动力装置和第二动力装置，所述第一动力装置固定安装在所述安装架上，驱动连接至所述第一传动杆；所述第二动力装置固定安装在所述安装架上，驱动连接至所述第二传动杆。

更优地，所述第一动力装置为第一气缸，所述第二动力装置为第二气缸。

更优地，所述抓手本体通过一支撑导向杆连接至所述安装架，所述支撑导向杆一端连接至所述抓手本体、另一端连接至所述安装架，所述第一传动杆和所述第二传动杆呈十字交叉布置，所述第一传动杆和所述第二传动杆上分别开设有用于容纳所述支撑导向杆穿过的第一让位孔和第二让位孔。

更优地，所述第一传动杆和所述第二传动杆均呈C字形结构，所述第一传动杆包括第一连杆和设置在所述第一连杆两端的第一驱动臂；所述第二传动杆包括第二连杆和设置在所述第二连杆两端的第二驱动臂；所述滑块分别铰接在所述第一驱动臂和所述第二驱动臂上。

更优地，所述滑轨包括外框架和内框架，所述内框架嵌入所述抓手本体内。

更优地，所述抓手本体为气囊式抓手，所述抓手本体上设置有贯通至内部的抽气软管。

更优地，所述抓手本体为一体结构。

更优地，所述抓手本体包括四个手指，四个所述手指的一端均固定连接至所述支撑导向杆，任意一个所述手指设置在相邻的两个滑轨之间并连接至所述滑轨。

更优地，所述抓手本体内设置有填充颗粒物。

本发明提供一种仿折纸结构的软体抓手，通过动力部驱动第一传动杆和第二传动杆移动，第一传动杆和第二传动杆带动滑块移动，由于滑块移动时会带动滑轨翻转，滑轨翻转时带动抓手本体向内收缩或扩张，从而实现抓取和松开的动作，仅通过一套装置来调整抓手本体的姿态并驱动抓取不同外形特征的物体，整个实现方案结构简单、轻便，制造成本较低；具备两种抓取模式，分别为四指模式和两指模式，可柔顺适应抓取多种外表特征、摆放位置各异的目标物体。

附图说明

图1为本发明提供的一种仿折纸结构的软体抓手的结构示意图一；

图2为本发明提供的一种仿折纸结构的软体抓手的结构示意图二；

图3为图1的***图；

图4为图3中第一传动杆的结构示意图；

图5为图3中滑轨和滑块的***图。

附图标记说明：

11、第一气缸，12、第二气缸，13、安装架，21、第一传动杆，211、第一连杆，212、第一驱动臂，214、第一让位孔，22、第二传动杆，23、滑块，231、第一组件，232、第二组件，24、滑轨，241、外框架，242、内框架，30、抓手本体，31、抽气软管，32、支撑导向杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例一：

如图1至图5所示，本发明实施例提供的一种仿折纸结构的软体抓手，包括：

安装架13；如图3所示，安装架13上具有一插柱，插柱可***如桌面机器人DOBOT的末端插口固定连接，安装架13上开设有用于容纳第一气缸11和第二气缸12的活塞杆穿过的通孔。

抓手本体30，其一端固定连接至安装架13；在本实施例中，抓手本体30具有四个手指且为四指一体结构，其内部为空腔结构，抓手本体30上设置有贯通至内部的抽气软管31，抓手本体30的形状如图1至图3所示，自然状态下(非抽气负压状态)，其结构类似于“东南西北”折纸的形状。抓手本体30的中部通过一支撑导向杆32连接至安装架13，支撑导向杆32一端连接至抓手本体30、另一端连接至安装架13，其中支撑导向杆32与安装架13之间采用螺纹连接，第一传动杆21和第二传动杆22呈十字交叉布置且两者之间具有一定的间隙，第一传动杆21高于第二传动杆22约5mm，以避免运动干涉，第一传动杆21和第二传动杆22上分别开设有用于容纳支撑导向杆32穿过的第一让位孔214和第二让位孔。

驱动部，其包括第一传动杆21、第二传动杆22和滑轨24，第一传动杆21和第二传动杆22的两端均铰接有与滑轨24相配合的滑块23，滑轨24与滑块23一一对应，滑轨24连接至抓手本体30，滑块23在滑轨24上移动时，带动抓手本体30向内收缩或向外扩张；以及，

动力部，设置在安装架13上，用于分别驱动第一传动杆21和第二传动杆22上下移动。

其中，如图5所示，滑轨24包括外框架241和内框架242，外框架241和内框架242均呈L型结构，两者通过螺栓连接构成一矩形结构，其中内框架242嵌入抓手本体30内，抓手本体30包覆在内框架242上，形成一骨骼结构。滑块23包括第一组件231和第二组件232，两者卡设在外框架241上并通过螺栓连接，滑块23与外框架241之间形成滑动副。

具体地，如图1和图2所示，动力部包括第一动力装置和第二动力装置，第一动力装置为第一气缸11或第一电动伸缩杆，第二动力装置为第二气缸12或第二电动伸缩杆，第一动力装置和第二动力装置分别通过螺栓固定安装在安装架13上，第一气缸11和第二气缸12的活塞杆的前端通过螺纹连接的方式分别连接至第一传动杆21和第二传动杆22，第一气缸11和第二气缸12伸缩时，分别带动第一传动杆21和第二传动杆22上下移动。第一传动杆21和第二传动杆22均呈C字形结构，第一传动杆21包括第一连杆211和设置在第一连杆211两端的第一驱动臂212；第二传动杆22包括第二连杆和设置在第二连杆两端的第二驱动臂；滑块23分别铰接在第一驱动臂212和第二驱动臂上，由于滑块23与第一驱动臂212和第二驱动臂铰接，因此第一传动杆21和第二传动杆22上下移动时，会通过滑块23带动外框架241进而带动内框架242向内收拢或扩张，而内框架242嵌入在抓手本体30内，因此抓手会随着内框架242的收拢而收拢，随着内框架242的扩张而扩张，从而实现抓取和松开的动作。

进一步地，抓手本体30内设置有填充颗粒物，如玉米碴等颗粒物，根据颗粒干扰原理，在抓手本体30内部空腔较大时，其可变性量较大，颗粒物对抓手本体30的刚性影响较小；当抓手本体30内的空气被抽出，内部空间得到压缩变形，颗粒物彼此支撑、摩擦，使抓手本体30刚度得到提升，可以进一步改善抓取性能。

若要抓取如球形、立方体等外表特征的目标物体，采用四指模式抓取，此时第一气缸11和第二气缸12同时伸出活塞杆使得第一传动杆21和第二传动杆22直线运动下压，第一传动杆21通过两端的铰链将力作用在滑块23上，滑块23将力传递至滑轨24，使滑块23绕铰链转动的同时沿滑轨24滑动，滑块垂直作用于滑轨框架的力使得平行于Y轴的两个滑轨24绕着中心点向内聚拢旋转，同样地，第二传动杆22通过两端的铰链将力作用在滑块23上，使滑块23绕铰链转动的同时沿滑轨24滑动，滑块23垂直作用于滑轨24的力使得平行于X轴的两个滑轨绕着中心点向内聚拢旋转，由于滑轨24与相邻两边的手指相连，最终使得四个手指同时向内聚拢实现对目标物体的贴合抓取。当目标物体质量较大时，可紧接着通过抽气软管31对手指内部抽气形成负压，腔内的颗粒物质根据颗粒干扰的原理增加软体手的刚度。

若要抓取如长方体、签字笔、黄瓜等长宽比大的目标物体，采用二指模式抓取，此时第一气缸11的活塞杆保持完全缩回状态，第二气缸12先伸出活塞杆使得第二传动杆22直线运动下压，第二传动杆22通过两端的铰链将力作用在滑块23上，使滑块23绕铰链转动的同时沿滑轨24滑动，由于滑轨24与相邻两边的手指相连，滑块23垂直作用于滑轨24的力使得平行于X轴的两个滑轨24绕着中心点向内聚拢旋转，从而导致四个手指以平行于Y轴的滑轨24为中心轴向内翻转，以Y轴为对称轴，两侧的两个小手指贴合到一起构成一个大手指，形成以X轴为对称轴的两个大手指的姿态。确定目标物体在抓取范围内后，第一气缸11再伸出活塞杆使得第一传动杆21直线运动下压，第一传动杆21通过两端的铰链将力作用在滑块23上，使滑块23绕铰链转动的同时沿滑轨24滑动，滑块23垂直作用于滑轨24的力使得两个大手指聚拢实现对目标物体的贴合抓取。同样地，当目标物体质量较大时，可紧接着通过抽气软管31对手指内部抽气形成负压，腔内的颗粒物质根据颗粒干扰的原理增加抓手本体30的刚度。

实施例二：

在另一实施例中，与实施例一不同的是，抓手本体30包括四个手指，四个手指的一端均固定连接至支撑导向杆32，任意一个手指设置在相邻的两个滑轨24之间并连接至滑轨24，其中连接方式可采用粘接或其他现有技术中可实现手指与内框架242连接的方式。

实施例三：

在实施例一或二的基础上，滑轨24上还可以设置向内靠拢的勾部，当对于一些质量较重的物体进行抓取时，仅靠抓手本体30的刚度无法有效夹紧时，依靠滑块23驱动滑轨24的夹紧力，使滑轨24上的勾部可以牢牢夹紧物体，从而实现在软体抓手和普通抓手之间的切换。其中，勾部可采用可拆卸的方式安装在滑轨24远离支撑导向杆32的端部。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，包括：

安装架；

抓手本体，其一端固定连接至所述安装架；

驱动部，其包括第一传动杆、第二传动杆和滑轨，所述第一传动杆和所述第二传动杆的两端均铰接有与所述滑轨相配合的滑块，所述滑轨与所述滑块一一对应，所述滑轨连接至所述抓手本体，所述滑块在所述滑轨上移动时，带动所述抓手本体向内收缩或向外扩张；以及，

动力部，设置在所述安装架上，用于分别驱动所述第一传动杆和所述第二传动杆上下移动；

所述抓手本体通过一支撑导向杆连接至所述安装架，所述支撑导向杆一端连接至所述抓手本体、另一端连接至所述安装架，所述第一传动杆和所述第二传动杆呈十字交叉布置，所述第一传动杆和所述第二传动杆上分别开设有用于容纳所述支撑导向杆穿过的第一让位孔和第二让位孔；

所述第一传动杆和所述第二传动杆均呈C字形结构，所述第一传动杆包括第一连杆和设置在所述第一连杆两端的第一驱动臂；所述第二传动杆包括第二连杆和设置在所述第二连杆两端的第二驱动臂；所述滑块分别铰接在所述第一驱动臂和所述第二驱动臂上。

2.如权利要求1所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述动力部包括第一动力装置和第二动力装置，所述第一动力装置固定安装在所述安装架上，驱动连接至所述第一传动杆；所述第二动力装置固定安装在所述安装架上，驱动连接至所述第二传动杆。

3.如权利要求2所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述第一动力装置为第一气缸，所述第二动力装置为第二气缸。

4.如权利要求1所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述滑轨包括外框架和内框架，所述内框架嵌入所述抓手本体内。

5.如权利要求1所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述抓手本体为气囊式抓手，所述抓手本体上设置有贯通至内部的抽气软管。

6.如权利要求5所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述抓手本体为一体结构。

7.如权利要求5所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述抓手本体包括四个手指，四个所述手指的一端均固定连接至所述支撑导向杆，任意一个所述手指设置在相邻的两个滑轨之间并连接至所述滑轨。

8.如权利要求1所述的一种仿折纸结构的软体抓手，其特征在于，所述抓手本体内设置有填充颗粒物。

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