一种柔性抓取装置的制作方法

本发明涉及一种柔性抓取装置。

背景技术：

现有的与机械臂配合的用于抓取物体的抓取端，一般包括刚性手指和柔性手指，刚性手指具有较大的抓取力，但是容易对物体表面造成损伤；而柔性手指则很好的避免了这个问题，但是其抓取力较小。这两种抓取端一般适用于抓取形状规则的物体，对于形状不规则的物体，其抓取难度较大。

针对这种情况，申请号为cn201821435092.6的专利公开了一种抓取装置，通过设置可根据物体表面形状对应凹陷形变的抓取端，并在抓取端的中空腔体中设置在被挤压压缩后具有刚性状态的高流动性颗粒，通过抓取端表面的形状约束以及处于刚性状态的高流动性颗粒提供的夹持力，能够对各种不规则的物体保持较好的夹持效果。

但是这种结构的抓取装置仍旧存在以下缺点：由于抓取端为球形，抓取物体时，需要采用较大的推力使抓取端抵紧物体并发生形变，以在凹陷形变后使物体部分嵌入抓取端中，而较大的推力不仅容易损坏抓取装置，还会对物体造成损伤，对于平面物体的抓取十分困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柔性抓取装置，不仅降低了抓取端通过凹陷形变包覆物体的难度，同时提高了抓取物体的稳定性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种柔性抓取装置，用于抓取物体，所述装置包括连接座、一端连接在所述连接座上的且具有环形中空腔体的抓取端、一端连接在所述连接座上的且可沿自身长度延伸方向伸缩的穿设于所述抓取端中心空隙中的中空伸缩管、连通在所述中空伸缩管另一端的且固定连接在所述抓取端另一端的吸盘、设于所述连接座中的用于连通所述抓取端的第一气管、填充在所述环形中空腔体中的高流动性颗粒、设于所述环形中空腔体和所述第一气管之间的用于阻挡所述高流动性颗粒进入所述第一气管中的过滤层、设于所述连接座中的用于连通所述中空伸缩管的第二气管；

所述抓取端，由软性材料制成，用于在充气时鼓起，还用于在抵触物体后根据物体表面的形状适应性凹陷；

所述高流动性颗粒，具有柔性状态和刚性状态，用于在所述抓取端充气后散开至所述柔性状态，还用于在所述抓取端抽气并凹陷后被挤压至所述刚性状态。

优选地，所述抓取端包括多个间隔均匀环绕排列且内凹的设于其另一端的用于相互配合的抓取物体的内凹面，所述吸盘位于多个所述内凹面的环绕中心。

更优选地，所述内凹面的外表面设有用于增加抓取摩擦力的纹路。

优选地，所述抓取端由硅胶材料制成。

优选地，所述中空伸缩管由硅胶材料制成。

优选地，所述中空伸缩管为波纹管。

优选地，所述高流动性颗粒为低密度和低摩擦的微米级颗粒。

优选地，所述过滤层为过滤隔膜。

优选地，所述连接座包括依次连接的连接法兰、连接盖体、连接罩体，所述抓取端的一端位于所述连接罩体中，所述第一气管、所述过滤层、所述第二气管均位于所述连接盖体中。

优选地，所述装置还包括连接所述吸盘的负压传感器。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种柔性抓取装置，通过设置具有环形中空腔体的抓取端、中空伸缩管以及连接在两者底端的吸盘，对中空伸缩管抽真空时，吸盘吸附物体，中空伸缩管在负压的驱动下收缩，并通过吸盘带动抓取端底端中心向内凹陷，以将物体包覆在抓取端内，再通过对抓取端抽真空，使抓取端在高流动性颗粒的聚集下，固化其形状，并抓取物体。在抓取物体前，中空伸缩管通过吸盘带动抓取端底端中心向内凹陷，降低了抓取端通过凹陷形变包覆物体的难度；同时吸盘能够牢固的吸附物体，也提高了抓取物体的稳定性。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图；

附图2为附图1沿aa线的剖视图；

附图3为附图1沿bb线的剖视图；

附图4为附图1沿cc线的剖视图；

附图5为附图1的仰视图。

其中：1、抓取端；2、中空伸缩管；3、吸盘；4、第一气管；5、第二气管；6、内凹面；7、连接法兰；8、连接盖体；9、连接罩体；10、环形中空腔体。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1-5所示，上述一种柔性抓取装置，用于抓取物体，包括连接座，连接座用于连接机械臂，通过机械臂对连接座实现上升、下降、前进、后退、转动等控制动作。

上述一种柔性抓取装置还包括上端（参见图1所示，图1中的上即为这里的上端）连接在连接座上的且具有环形中空腔体10的抓取端1、上端连接在连接座上的且可沿自身长度延伸方向伸缩的穿设于抓取端1中心空隙中的中空伸缩管2、连通在中空伸缩管2下端的且固定连接在抓取端1下端的吸盘3、设于连接座中的用于连通抓取端1的第一气管4、填充在环形中空腔体10中的高流动性颗粒、设于环形中空腔体10和第一气管4之间的用于阻挡高流动性颗粒进入第一气管4中的过滤层、设于连接座中的用于连通中空伸缩管2的第二气管5。通过第一气管4向环形中空腔体10中充气或抽气，抓取端1在充气时鼓胀，并在抽气时收缩；通过第二气管5向中空伸缩管2中充气或抽气，中空伸缩管2在充气时伸长，并在抽气时缩短。在本实施例中，过滤层为过滤隔膜，用于阻挡高流动性颗粒进入第一气管4中。

中空伸缩管2穿设于抓取端1的内环中，两者之间互不连通。在本实施例中，中空伸缩管2为由硅胶材料制成的波纹管。波纹管的上端固定在连接座上，抽气时，波纹管的下端上升使其整体缩短，充气时，波纹管的下端下降使其整体伸长。

抓取端1由软性材料制成，在本实施例中，抓取端1由硅胶材料制成。高流动性颗粒为具有低密度和低摩擦特性的微米级颗粒，在本实施例中，高流动性颗粒具有柔性状态和刚性状态。

在本实施例中，通过采用标准漏斗法的检测原理，利用霍尔流速计测试了各类粉末颗粒物样品，最终确定pla（聚乳酸）材料的综合性能较好。颗粒密度为1.24g/cm³，材料较轻，可最大程度的降低抓取端1的重量。同时粉末流动性也较好，为40s/50g，粉末颗粒能根据被抓物体的形状迅速流动至物体周围。高流动性颗粒还包括助流剂：在粉体中加入5%的滑石粉、5%的微粉硅胶，进一步改善了其流动性，可以达到36s/50g。

是以玉米、木薯等农作物为原料，经微生物发酵、提取制得乳酸，再经过精制、脱水低聚、高温裂解、聚合而成。pla是一种环保可降解材料，在堆肥降解条件下180天内可生物降解，降解终产物为二氧化碳和水，对环境不产生污染。因此pla为高流动性颗粒的最佳选择，同时由于其材料的经济环保，对以后实现产品的量产也奠定了良好的基础。

抓取端1用于在充气时鼓胀，此时高流动性颗粒散开并布满整个环形中空腔体10，处于柔性状态；抓取端1还用于在抵触物体后根据物体表面的形状进行适应性的凹陷，此时高流动性颗粒由于其高流动性，填充进抓取端1表面的凹陷处，使被抓物体周围充满这种高流动性颗粒，当对环形中空腔体10抽真空时，高流动性颗粒被抓取端1的凹陷形变挤压压缩至刚性状态，使抓取端1对物体的柔性抵触变为刚性抵触和刚性抓取，大幅提高了抓取端1抓取物体的力度，能够对各种形状不规则的物体保持较好的夹持和抓取效果。由于抓取端1在充气时对物体是柔性抵触，因此能够对各种不规则的异形的物体进行较为贴合的形变抵触，能够嵌入不规则物体表面的凹形或空隙中，这样当抽气时，抓取端1对物体变为刚性抵触，就能够牢固的抓取物体。

通过设置吸盘3，对中空伸缩管2抽真空时，吸盘3吸附物体，中空伸缩管2在负压的驱动下收缩，并通过吸盘3带动抓取端1底端中心向内凹陷，以将物体包覆在抓取端1内，再通过对抓取端1抽真空，使抓取端1在高流动性颗粒的聚集下，固化其形状，并抓取物体。在抓取物体前，中空伸缩管2通过吸盘3带动抓取端1底端中心向内凹陷，降低了抓取端1通过凹陷形变包覆物体的难度；同时吸盘3能够牢固的吸附物体，也提高了抓取物体的稳定性。

中空伸缩管2通过吸盘3能够控制抓取端1自发的内凹内陷并包覆物体，不需要通过外力驱动抓取端1大力挤压物体以发生形变内凹并包覆物体，避免了较大推力导致的抓取装置以及物体的损坏。

通过设置吸盘3吸附物体，能够配合的抓取范围更广的物体：例如扁平的、大面积的、球体无法完全包裹的物体，解决了目前工业手爪无法将包覆式抓取和吸取式抓取两者兼容的问题。对物体的抓取通过吸盘3的吸附以及抓取端1的包裹相互配合的完成，提高了抓取的稳定性，且能够用于抓取更多种类的物体。

上述抓取端1包括多个间隔均匀环绕排列且内凹的设于其下端的用于相互配合的抓取物体的内凹面6，吸盘3则连接在多个内凹面6的环绕中心。通过设置内凹面6，抓取端1凹陷形变时能更好的适应被抓物体的形状，从而增大包覆面积，增加抓取摩擦力。在本实施例中，内凹面6的外表面设有用于增加抓取摩擦力的纹路，通过这个设置，提高了抓取端1和物体之间的摩擦力，提高了夹持和抓取效果。抓取端1的下端整体呈球形，抓取端1在充气鼓胀时，内凹面6内凹的设于抓取端1下端底侧部；抓取端1在抽气凹陷时，内凹面6依旧内凹的设于抓取端1中。

上述连接座包括从上往下依次连接的连接法兰7、连接盖体8、连接罩体9。抓取端1的上端和中空伸缩管2的上端均连接在连接盖体8上，抓取端1的上端位于连接罩体9中，抓取端1的下端露出连接罩体9。第一气管4、过滤层、第二气管5均位于连接盖体8中。

上述一种柔性抓取装置还包括连接吸盘3的负压传感器。通过设置该负压传感器，能够实时检测物体是否被成功抓取，以形成抓取的闭环控制。解决了自动抓取中漏抓、输送过程中物体掉落而机器人却无法接收信号的问题。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

首先，通过第一气管4对环形中空腔体10充气，使抓取端1充气后鼓胀，此时，高流动性颗粒散开并流动的充满整个环形中空腔体10；

接着，通过第二气管5对中空伸缩管2抽气，使吸盘3吸附物体直至达到一定的真空度后，中空伸缩管2在负压的驱动下收缩，并通过吸盘3带动抓取端1底端中心向内凹陷，以将物体包覆在抓取端1内，由于抓取端1由软性材料制成，接触物体表面后根据物体表面的形状形变凹陷，此时，高流动性颗粒由于其高流动性，聚集填充进抓取端1表面的凹陷处，使被抓物体周围充满这种高流动性颗粒；

最后，通过第一气管4对环形中空腔体10抽气，使抓取端1继续形变，高流动性颗粒被抓取端1的形变挤压压缩至刚性状态，抓取端1在高流动性颗粒的聚集下，固化其形状，在吸盘3的配合下，能够较为牢固的抓住物体。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。