CN112248018A - 一种柔性手爪及机械手 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种柔性手爪及机械手，涉及工业机器人技术领域。该柔性手爪包括多个手爪单元和控制器。每个手爪单元包括线圈，控制器与线圈电连接，控制器被配置为控制线圈的通电方向。多个手爪单元通过柔性管连接。当线圈正向通电时，相邻两个手爪单元相互吸引或排斥。该机械手包括机架和多个上述的柔性手爪，多个柔性手爪与机架连接。该柔性手爪采用电磁驱动，相较于传统的气压与液压手爪，可用环境更加多样，工作也更加稳定。相较于传统机械与电力驱动的传统柔性手爪，其设计抓取功能更加多样，可适应抓取物体的大小形状也更加复杂。由于电信号可以实现数字化，故该柔性手爪的抓取力度可以由计算精确控制。该机械手对被抓取物品的适应性好。

Description

一种柔性手爪及机械手

技术领域

本申请涉及工业机器人技术领域，具体而言，涉及一种柔性手爪及机械手。

背景技术

现有的柔性机械手爪产品大多数采用液压、气压、机械和电力传动。

液压传动机械手是以油液的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油液泄漏对机械手的工作性能有很大的影响。并且液压传动机械手不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动***，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。

气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是介质来源极方便、气动动作迅速、结构简单、成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。

机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠、动作频率高，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于为工作主机的上、下料。

本申请提供了一种电磁驱动的新型机械手。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种柔性手爪，其旨在改善相关技术中不具备电磁驱动的柔性机械手的问题。

本申请实施例提供了一种柔性手爪，该柔性手爪包括多个手爪单元和控制器。每个手爪单元包括线圈，控制器与线圈电连接，控制器被配置为控制线圈的通电方向。多个手爪单元通过柔性管连接。当线圈正向通电时，相邻两个手爪单元相互吸引或排斥。在手爪单元上设置线圈，当线圈通电时，根据电生磁的原理，线圈会产生N、S磁极。通过控制器控制各个手爪单元中电流的方向从而可以达到控制极性的目的。当相邻手爪单元的线圈中所通电流方向相反时，相邻两手爪单元之间相对的两个面所产生的极性相同，即会产生斥力。当相邻的手爪单元的线圈所通电流方向相同时，相邻两手爪单元之间相对的两个面所产生的极性相反，即会产生吸力。多个手爪单元通过柔性管连接，在斥力或吸力作用的推动下，柔性管将会向一侧弯曲，从而实现了柔性手爪的弯曲动作。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，线圈未通电时，多个手爪单元等间隔地分布。将多个手爪单元等间隔的布置，便于控制器计算，实现精确抓取。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，相邻两个手爪单元之间设置有两个垫片，垫片套设于柔性管。两个垫片间隔设置，两个垫片到与其相邻的手爪单元之间的距离相等。在相邻两个手爪单元之间设置垫片，便于确定相邻两个手爪单元之间的距离，保证每个手爪单元之间的距离相等。另外，当相邻两个手爪单元互相吸引时，垫片可以起到缓冲减压的作用，避免两个手爪单元直接碰撞，产生冲击。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，柔性管设置有两根，两根柔性管间隔设置。采用两根柔性管并排排列，增加柔性手爪的稳定性，避免了由于手爪单元之间极性互斥而可能发生的错位扭曲。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，手爪单元包括导磁材料，线圈缠绕于导磁材料上。导磁材料能够聚磁，使得通入相同强度的电流时，相邻两手爪单元之间的吸引和排斥更加明显。

本申请实施例还提供了一种机械手，该机械手包括机架和多个上述任一项中的柔性手爪，多个柔性手爪与机架连接。该机械手对被抓取物品的适应性好。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，多个柔性手爪环绕设置。将多个柔性手爪环绕设置，使得多个手爪同时向内弯曲时，能够抓取被抓物体。对于具有空腔的被抓物体来说，例如，圆筒结构的物体，多个手爪伸入空腔，并同时向外弯曲时，也能够进行抓取。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，机架为可伸缩结构，当机架伸缩时，多个柔性手爪之间的距离改变。当柔性手爪的柔性不能满足抓取被抓物体的大小时，可以将机架伸长，以适应被抓物体的大小。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，机械手包括方向调节机构，方向调节机构与柔性手爪连接，用于调节柔性手爪的方向。通过设置方向调节机构，实现柔性手爪的转向，提高对于被抓物体的适应性。

作为本申请实施例的一种可选技术方案，方向调节机构包括电机、齿轮组和转动轴。电机的输出端与齿轮组传动连接，转动轴与齿轮组传动连接，转动轴与柔性手爪传动连接。当电机转动时，带动齿轮组转动，齿轮组带动转动轴转动，进而实现对柔性手爪方向的调节。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的柔性手爪的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的机械手的结构示意图；

图3为图2中Ⅲ位置的放大图。

图标：10-柔性手爪；20-机械手；100-手爪单元；110-连接块；120-绕线块；200-柔性管；300-垫片；400-机架；410-第一套管；420-第二套管；430-连接件；440-方向调节机构；441-电机；442-齿轮组；4421-第一齿轮；4422-第二齿轮；443-转动轴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供了一种柔性手爪10，该柔性手爪10包括多个手爪单元100和控制器。每个手爪单元100包括线圈，控制器与线圈电连接，控制器被配置为控制线圈的通电方向。多个手爪单元100通过柔性管200连接。当线圈正向通电时，相邻两个手爪单元100相互吸引或排斥。在手爪单元100上设置线圈，当线圈通电时，根据电生磁的原理，线圈会产生N、S磁极。通过控制器控制各个手爪单元100中电流的方向从而可以达到控制极性的目的。当相邻手爪单元100的线圈中所通电流方向相反时，相邻两手爪单元100之间相对的两个面所产生的极性相同，即会产生斥力。当相邻的手爪单元100的线圈所通电流方向相同时，相邻两手爪单元100之间相对的两个面所产生的极性相反，即会产生吸力。多个手爪单元100通过柔性管200连接，在斥力或吸力作用的推动下，柔性管200将会向一侧弯曲，从而实现了柔性手爪10的弯曲动作。

请参照图1，在本实施例中，手爪单元100包括连接块110和绕线块120。连接块110和绕线块120连接。在本实施例中，连接块110和绕线块120一体成型。线圈缠绕于绕线块120上，柔性管200连接多个连接块110。在本实施例中，所有的手爪单元100的绕线块120的朝向均一致，以便于给线圈通电后，相邻手爪单元100之间相互吸引或排斥。在本实施例中，绕线块120由导磁材料制成。导磁材料能够聚磁，使得通入相同强度的电流时，相邻两手爪单元100之间的吸引和排斥更加明显。

请参照图1，在本实施例中，线圈未通电时，多个手爪单元100等间隔地分布。将多个手爪单元100等间隔的布置，便于控制器计算，实现精确抓取。在一种可选地实施方式中，手爪单元100之间的间隔按预设规则布置。控制器通过该预设规则，来计算各个手段单元的动作，实现抓取。例如，手爪单元100之间的间隔依次减小或依次增大。请参照图1，在本实施例中，相邻两个手爪单元100之间设置有两个垫片300，垫片300套设于柔性管200。两个垫片300间隔设置，两个垫片300到与其相邻的手爪单元100之间的距离相等。在相邻两个手爪单元100之间设置垫片300，便于确定相邻两个手爪单元100之间的距离，保证每个手爪单元100之间的距离相等。另外，当相邻两个手爪单元100互相吸引时，垫片300可以起到缓冲减压的作用，避免两个手爪单元100直接碰撞，产生冲击。在一种可选地实施方式中，相邻两个手爪单元100之间设置有一个垫片300。在一些可选地实施方式中，相邻两个手爪单元100之间设置有三个或三个以上的垫片300。

需要说明的是，在本实施例中，柔性管200是柔性材料制成的管体，能够弯曲，并能在一定程度上发生弹性形变。通过设置柔性管200，一方面，连接多个手爪单元100，提供合适的强度，使柔性手爪10具有柔性；另一方面，管中可以安放电线连接各个手爪单元100上的线圈，实现线圈的通电。请参照图1，在本实施例中，柔性管200设置有两根，两根柔性管200间隔设置。采用两根柔性管200并排排列，增加柔性手爪10的稳定性，避免了由于手爪单元100之间极性互斥而可能发生的错位扭曲。为了便于确定相邻两个手爪单元100之间的距离，保证每个手爪单元100之间的距离相等。并起到缓冲减压的作用，在两根柔性管200上分别设置两个垫片300。

本实施例提供了一种柔性手爪10，该柔性手爪10包括多个手爪单元100和控制器。每个手爪单元100包括线圈，控制器与线圈电连接，控制器被配置为控制线圈的通电方向。多个手爪单元100通过柔性管200连接。当线圈正向通电时，相邻两个手爪单元100相互吸引或排斥。在本实施例中，柔性管200设置有两根，两根柔性管200间隔设置。相邻两个手爪单元100之间设置有四个垫片300，四个垫片300套设于分别套设于两根柔性管200。每根柔性管200上的两个垫片300间隔设置，两个垫片300到与其相邻的手爪单元100之间的距离相等。该柔性手爪10采用电磁驱动，可以通过对电流大小的调节来实现对夹取力度的控制，从而实现对易损目标物的柔顺夹取。每个手爪单元100之间的吸引和排斥的组合方式，可适应不同的抓取目标。

请参照图2，配合参照图3，本实施例还提供了一种机械手20，该机械手20包括机架400和多个上述的柔性手爪10，多个柔性手爪10与机架400连接。该机械手20对被抓取物品的适应性好。

请参照图2，在本实施例中，多个柔性手爪10环绕设置。将多个柔性手爪10环绕设置，使得多个手爪同时向内弯曲时，能够抓取被抓物体。对于具有空腔的被抓物体来说，例如，圆筒结构的物体，多个手爪伸入空腔，并同时向外弯曲时，也能够进行抓取。在一种可选的方式中，柔性手爪10设置有两个，两个柔性手爪10相对设置。

请参照图2，配合参照图3，在本实施例中，机架400为可伸缩结构，当机架400伸缩时，多个柔性手爪10之间的距离改变。当柔性手爪10的柔性不能满足抓取被抓物体的大小时，可以将机架400伸长，以适应被抓物体的大小。请参照图2，配合参照图3，在本实施例中，机架400包括四个套管组和四个连接件430，每个套管组包括第一套管410和第二套管420，第一套管410套设于第二套管420。第一套管410远离第二套管420的一端与一个连接件430连接，第二套管420远离第一套管410的一端与另一个连接件430连接。四个套管组和四个连接件430首尾连接，形成矩形。在一种可选地实施方式中，机架400包括多个套管组和多个连接件430，多个套管组和多个连接件430首尾连接，形成封闭图形。在另一种可选地实施方式中，机架400包括多个直线驱动机构和多个连接件430，多个直线驱动机构和多个连接件430首尾连接形成封闭图形。直线驱动机构可以为直线电机441和直线气缸等。

请参照图2，在本实施例中，连接件430呈圆盘状，柔性手爪10的上端连接于连接件430。柔性手爪10的手爪单元100的大小从靠近连接件430到远离连接件430逐渐缩小。也就是说，靠近连接件430的手爪单元100体积较大，远离连接件430的手爪单元100体积较小。

请参照图2，配合参照图3，在本实施例中，机械手20包括方向调节机构440，方向调节机构440与柔性手爪10连接，用于调节柔性手爪10的方向。通过设置方向调节机构440，实现柔性手爪10的转向，提高对于被抓物体的适应性。请参照图3，在本实施例中，方向调节机构440包括电机441、齿轮组442和转动轴443。电机441的输出端与齿轮组442传动连接，转动轴443与齿轮组442传动连接。齿轮组442包括第一齿轮4421和第二齿轮4422，第一齿轮4421和第二齿轮4422啮合。电机441的输出端与第一齿轮4421键连接，转动轴443与第二齿轮4422键连接。转动轴443与柔性手爪10传动连接。当电机441转动时，带动齿轮组442转动，齿轮组442带动转动轴443转动，进而实现对柔性手爪10方向的调节。在一种可选地实施方式中，方向调节机构440包括直线驱动机构和曲柄滑块机构，直线驱动机构驱动曲柄滑块机构的滑块，曲柄滑块机构的曲柄与柔性手爪10连接。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性手爪，其特征在于，所述柔性手爪包括多个手爪单元和控制器，每个所述手爪单元包括线圈，所述控制器与所述线圈电连接，所述控制器被配置为控制所述线圈的通电方向，所述多个手爪单元通过柔性管连接，当所述线圈正向通电时，相邻两个所述手爪单元相互吸引或排斥。

2.根据权利要求1所述柔性手爪，其特征在于，所述线圈未通电时，所述多个手爪单元等间隔地分布。

3.根据权利要求2所述柔性手爪，其特征在于，相邻两个所述手爪单元之间设置有两个垫片，所述垫片套设于所述柔性管，两个所述垫片间隔设置，两个所述垫片到与其相邻的手爪单元之间的距离相等。

4.根据权利要求1所述柔性手爪，其特征在于，所述柔性管设置有两根，两根所述柔性管间隔设置。

5.根据权利要求1所述柔性手爪，其特征在于，所述手爪单元包括导磁材料，所述线圈缠绕于所述导磁材料上。

6.一种机械手，其特征在于，所述机械手包括机架和多个根据权利要求1-5任一项所述的柔性手爪，所述多个柔性手爪与所述机架连接。

7.根据权利要求6所述机械手，其特征在于，所述多个柔性手爪环绕设置。

8.根据权利要求6所述机械手，其特征在于，所述机架为可伸缩结构，当所述机架伸缩时，多个所述柔性手爪之间的距离改变。

9.根据权利要求6所述机械手，其特征在于，所述机械手包括方向调节机构，所述方向调节机构与所述柔性手爪连接，用于调节所述柔性手爪的方向。

10.根据权利要求9所述机械手，其特征在于，所述方向调节机构包括电机、齿轮组和转动轴，所述电机的输出端与所述齿轮组传动连接，所述转动轴与所述齿轮组传动连接，所述转动轴与所述柔性手爪传动连接。

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