CN111469150B - 一种气动柔性抓持装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人末端执行装置技术领域，尤其涉及一种气动柔性抓持装置，包括设置于外界悬挂结构的连接架、固定于所述连接架末端的固定板、以及若干个固定于所述固定板上的气动驱动器；若干个所述气动驱动器的一端以所述连接架为圆心分布于所述固定板上，另一端可朝向所述连接架形成的轴心弯曲形成抓爪；所述气动驱动器包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱；所述收缩型气动肌腱向心侧安装。本发明的目的在于提供一种具有良好灵巧性且抓取力大的气动柔性抓持装置，采用本发明提供的技术方案解决了现有气动柔性抓持装置存在抓取力不足的问题。

Description

一种气动柔性抓持装置

技术领域

本发明涉及机器人末端执行装置技术领域，尤其涉及一种气动柔性抓持装置。

技术背景

末端执行器是机器人与操作对象之间联系的重要媒介，传统的末端执行器多为刚性结构，能够快速、精确的完成操作，但是此类机器人通常难以适应复杂多变的外部环境。随着机器人技术的发展，柔性执行器以其在灵活性、柔顺性、安全性等方面的优势，被广泛应用于运输配送、自动化机械装配、医疗护理以及智能家居等领域。

柔性执行器包括电机驱动、气液驱动和功能材料驱动等方式，其中电机驱动机械手的控制性能较好；气液驱动柔性机械手的柔顺性较好，并且气动气源方便、重量轻，气动在轻型柔性机械手中应用广泛；功能材料驱动是采用形状记忆合金、超声波、高分子聚合物和功能性液体进行驱动，其在要求机械手小巧轻便的场合中有其独特的优势。

专利CN201510377294.4公开了一种气动的软体抓持装置，该装置包括有气动软体机械手、导气支撑组件、导气基座、盖板和气源分流器，其将手指设计成叠层排布的褶皱式柔性结构体，利用手指向内或向外弯曲实现对目标的抓取。专利CN201810784613.7公开了一种气动的软体抓持抓手，包括气动软体驱动器、夹持装置；气动软体驱动器是有气腔的空心柱状结构，横截面为半圆形，内含缠线层约束径向尺寸，限制层限制轴向伸长，通过充放气实现驱动器的弯曲，达到对目标物体的抓取。

上述专利公开的柔性软体抓持装置，普遍存在灵巧性好但抓取力不足的问题，对于体积和重量略大的物体则难以抓取，所以设计制造出抓取力大的柔性抓持装置具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好灵巧性且抓取力大的气动柔性抓持装置，采用本发明提供的技术方案解决了现有气动柔性抓持装置存在抓取力不足的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种气动柔性抓持装置，包括设置于外界悬挂结构的连接架、固定于所述连接架末端的固定板、以及若干个固定于所述固定板上的气动驱动器；若干个所述气动驱动器的一端以所述连接架为圆心分布于所述固定板上，另一端可朝向所述连接架形成的轴心弯曲形成抓爪；所述气动驱动器包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱；所述收缩型气动肌腱向心侧安装。

优选的，所述收缩型气动肌腱包括套设有编织网的弹性乳胶管以及分别固定于所述弹性乳胶管两端的通气接头和密封接头；所述伸长型气动肌腱包括波纹管以及分别固定于所述波纹管两端的通气接头和密封接头；所述收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱均通过通气接头固定于所述固定板上。

优选的，所述收缩型气动肌腱的通气接头和/或密封接头通过卡箍固定于所述弹性乳胶管的端部；所述伸长型气动肌腱的通气接头和/或密封接头通过卡箍固定于所述波纹管的端部。

优选的，在所述通气接头和/或密封接头一端部的外周面设有供所述弹性乳胶管和波纹管套设的凸棱，另一端的外周面设置有一段用于安装于所述固定板上的光滑轴段及轴肩。

优选的，还包括上圆盘和下圆盘；所述上圆盘上设置有安装固定板和通气接头的法兰式结构；所述下圆盘上设置有安装密封接头的法兰式结构。

优选的，每个所述气动驱动器外均套设有波纹管外壳；在所述波纹管外壳的末端设置有橡胶底盖。

优选的，所述橡胶底盖为半球形橡胶盖，橡胶底盖的上端面周围设有法兰式结构，通过螺栓与所述下圆盘固定连接。

优选的，所述固定板为若干分支板状结构；所述固定板的分支板均背向所述气动驱动器折起，令所述气动驱动器展开形成敞口结构。

优选的，所述连接架与固定板之间、以及所述固定板与气动驱动器之间均通过法兰式结构连接。

由上可知，本发明提供的技术方案能够面向大负载的气动柔性抓取装置，利用两种气动驱动器成新型驱动器作为气动手指，收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱相辅相成，工作时在其内部同时增压，能够产生较大弯曲力，即具备了柔性抓持装置的灵巧性和柔顺性，又在一定程度上增强了工作时的抓取力，使其抓取能力得到进一步提升，具有柔性机器人良好的柔顺性、灵巧性、人机协作性和环境适应性。为此本发明延续了柔性机器人的优良特性，清洁安全、环境适应能力强、自动化程度高，适用于运输装配、医疗护理等众多领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体示意图

图2为本发明的内部立体示意图

图3为本发明的固定板立体示意图

图4为本发明的连接架立体示意图

图5为本发明的收缩型气动肌腱主面剖视图

图6为本发明的伸长型气动肌腱主面剖视图

图7为本发明的抓取状态的立体示意图

图中：1-连接架、2-固定板、3-防护罩、4-上圆盘、5-下圆盘、6-气管、7-通气接头、8-密封接头、9-乳胶管、10-编织网、11-尼龙绳、12-波纹管外壳、13-橡胶底盖、14-卡箍、15-波纹管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

现有柔性软体抓持装置，普遍存在灵巧性好但抓取力不足的问题，对于体积和重量略大的物体则难以抓取。

为了解决上述技术问题，本实施例提供一种具有良好灵巧性且抓取力大的气动柔性抓持装置，该气动柔性抓持装置属于柔性机器人的范畴，具有柔性机器人良好的柔顺性、灵巧性、人机协作性和环境适应性。

本实施例提供的气动柔性抓持装置主要包括三个部分，一个连接架1、一个固定板2和若干个气动驱动器。其中连接架1是设置于外界悬挂结构上，由于本实施例提供的结构属于柔性机器人，为此外界悬挂结构可以是机器手臂；固定板2则固定于连接架1的末端，用于固定气动驱动器；若干个气动驱动器的一端以连接架1为圆心分布于固定板2上，另一端可朝向连接架1形成的轴心弯曲形成抓爪。连接架1为薄壁圆柱结构，连接架1上端的法兰式结构与机械臂的末端相接，连接架1下端设有法兰式结构，通过螺栓与固定板2相连。

为了在良好灵巧性的基础上，提高抓取力，本实施例提供的抓持装置，其气动驱动器包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱，其中收缩型气动肌腱向心侧安装。

具体的，收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱均呈中间柔性段，两端为硬质段，两端的硬质段分别为通气接头7和密封接头8，并且可以通过卡箍14将通气接头7和/或密封接头8紧固在柔性段的两端。

还可以的，在通气接头7和密封接头8上设在柔性段内的部分均设有凸棱，用以防止柔性段从接头上脱离。还可以的，在通气接头7和密封接头8沿其轴向中部设有一段光滑轴段和轴肩，用以与固定板2固定。

在上述通气接头7中，其中心设有轴向通孔，一端与柔性段连通，另一端与气管6相连，气管6则与气动控制***连接，作为气动肌腱的充放气通道。在上述密封接头8中，其一端与柔性段相连，另一端为封闭结构。

在收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱中，不同的是，收缩型气动肌腱的柔性段为套设有编织网10的弹性乳胶管9，伸长型气动肌腱的柔性段为细长的波纹管15。

在上述气动肌腱的安装结构中，均通过通气接头7固定在固定板2上。具体的，可以包括圆形薄片结构的上圆盘4和下圆盘5。

其中上圆盘4上设置有安装固定板2的法兰式结构，以及用于固定通气接头7的安装孔；下圆盘5上设置有安装密封接头8的安装孔。上述安装孔的数量与收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱的数量相等，即每个气动肌腱均对应一个安装孔。

本实施例提供的气动柔性抓持装置能够面向大负载，气动控制***对气动驱动器完成驱动，位于以连接架1为圆心外侧的伸长型气动肌腱完成伸长动作，位于以连接架1为圆心内侧的收缩型气动肌腱完成收缩动作，使得两者构成的气动驱动器朝向连接架1形成的轴心弯曲形成抓爪，完成抓持动作，利用两种气动驱动器成新型驱动器作为气动手指，收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱相辅相成，工作时在其内部同时增压，能够产生较大弯曲力，即具备了柔性抓持装置的灵巧性和柔顺性，又在一定程度上增强了工作时的抓取力，使其抓取能力得到进一步提升，具有柔性机器人良好的柔顺性、灵巧性、人机协作性和环境适应性。为此本发明延续了柔性机器人的优良特性，清洁安全、环境适应能力强、自动化程度高，适用于运输装配、医疗护理等众多领域。

实施例2

本实施例提供的气动柔性抓持装置包括三个部分，一个连接架1、一个固定板2和若干个气动驱动器。其中连接架1是设置于外界悬挂结构上；固定板2则固定于连接架1的末端；若干个气动驱动器的一端以连接架1为圆心分布于固定板2上，另一端可朝向连接架1形成的轴心弯曲形成抓爪。

其气动驱动器同样包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱，其中收缩型气动肌腱向心侧安装。在上述气动肌腱的安装结构中，均通过通气接头7固定在固定板2上。具体通过圆形薄片结构的上圆盘4和下圆盘5完成固定。

为了提高气动柔性抓持装置的安全性以及运转稳定性，作为技术方案的进一步改进，本实施例在每个气动驱动器外均套设有波纹管15外壳12，在波纹管15外壳12的末端设置有橡胶底盖13，并且还在固定板2上罩合有防护罩3。上圆盘4外侧设有连接波纹管15外壳12的法兰式结构，下圆盘5外侧设有安装波纹管15外壳12和橡胶底盖13的法兰式结构。

其中波纹管15外壳12为橡胶材质，包裹在气动肌腱的外侧，防止被抓取物体对气动肌腱造成破坏，并且增大与被抓取物体的摩擦力，增强了抓取能力。橡胶底盖13为半球型结构，其上端面设有法兰式结构，通过螺栓与下圆盘5相连，同样能够防止破坏和增强抓取力。

防护罩3则为与固定板2相匹配的壳体结构，底端位置设有若干个按圆周均布的光孔，通过螺栓安装到固定板2上，防护罩3的一侧设有长方形通孔，使得气管6从通孔中穿出与外部的气动控制***相连。

实施例3

本实施例提供的气动柔性抓持装置包括三个部分，一个连接架1、一个固定板2和若干个气动驱动器。其中连接架1是设置于外界悬挂结构上；固定板2则固定于连接架1的末端；若干个气动驱动器的一端以连接架1为圆心分布于固定板2上，另一端可朝向连接架1形成的轴心弯曲形成抓爪。

其气动驱动器同样包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱，其中收缩型气动肌腱向心侧安装。在上述气动肌腱的安装结构中，均通过通气接头7固定在固定板2上。具体通过圆形薄片结构的上圆盘4和下圆盘5完成固定。

在本实施例中，固定板2为三分支板状结构，固定板2的分支板均背向气动驱动器折起，令气动驱动器展开形成敞口结构。

固定板2三个分支均上折一定角度，增大抓持开口，在分支末端均设有法兰式结构，通过螺栓与上圆盘4相连，即在每个分支末端均安装一个气动驱动器，安装时三个气动驱动器的收缩型气动肌腱一侧向心安装。

本实施例采用三分支式抓取结构，灵活多变，适应于各种形状物体的抓取。本发明利用三个新型驱动器组成柔性抓持装置，与现有技术相比，即具备了柔性抓持装置的灵巧性和柔顺性，又在一定程度上增强了工作时的抓取力，使其抓取能力得到进一步提升，且采用三分支式抓取结构，灵活多变，适应于各种形状物体的抓取，应用范围更加广泛。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种气动柔性抓持装置，其特征在于：包括设置于外界悬挂结构的连接架、固定于所述连接架末端的固定板、以及若干个固定于所述固定板上的气动驱动器；若干个所述气动驱动器的一端以所述连接架为圆心分布于所述固定板上，另一端可朝向所述连接架形成的轴心弯曲形成抓爪；所述气动驱动器包括并排设置的收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱；所述收缩型气动肌腱向心侧安装；所述收缩型气动肌腱包括套设有编织网的弹性乳胶管以及分别固定于所述弹性乳胶管两端的通气接头和密封接头；所述伸长型气动肌腱包括波纹管以及分别固定于所述波纹管两端的通气接头和密封接头；所述收缩型气动肌腱和伸长型气动肌腱均通过通气接头固定于所述固定板上。

2.根据权利要求1所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：所述收缩型气动肌腱的通气接头和/或密封接头通过卡箍固定于所述弹性乳胶管的端部；所述伸长型气动肌腱的通气接头和/或密封接头通过卡箍固定于所述波纹管的端部。

3.根据权利要求1或2所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：在所述通气接头和/或密封接头一端部的外周面设有供所述弹性乳胶管和波纹管套设的凸棱，另一端的外周面设置有一段用于安装于所述固定板上的光滑轴段及轴肩。

4.根据权利要求3所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：还包括上圆盘和下圆盘；所述上圆盘上设置有安装固定板和通气接头的法兰式结构；所述下圆盘上设置有安装密封接头的法兰式结构。

5.根据权利要求4所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：每个所述气动驱动器外均套设有波纹管外壳；在所述波纹管外壳的末端设置有橡胶底盖。

6.根据权利要求5所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：所述橡胶底盖为半球形橡胶盖，橡胶底盖的上端面周围设有法兰式结构，通过螺栓与所述下圆盘固定连接。

7.根据权利要求1所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：所述固定板为若干分支板状结构；所述固定板的分支板均背向所述气动驱动器折起，令所述气动驱动器展开形成敞口结构。

8.根据权利要求1所述的气动柔性抓持装置，其特征在于：所述连接架与固定板之间、以及所述固定板与气动驱动器之间均通过法兰式结构连接。

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