一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置

本技术属于抓持装置，具体涉及一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置。

背景技术：

1、软体抓持装置具有自适应能力强、柔性顺好、安全性高的优点，一直受到科研机构和企业的广泛关注。但大多数的软体抓持装置负载能力较低,如何大幅度增加软体结构的有效载荷一直是软体机器人领域面临的共同挑战。与其他类型的软体抓持装置相比，封闭环型的软体抓持装置在负载力方面优势显著，但也依然存在如下问题：例如专利公开号为cn108436954b的仿生气动柔性抓持装置，该气动柔性抓持装置中将气动肌腱缠绕在柔性保持架上，之后套设在柔性套内，柔性保持架或柔性套采用硅胶材料或橡胶材料所制，抓取物体时，通过给气动肌腱充气使其缩短变粗，像缠食性动物一样缠紧柔性保持架及柔性套内壁，使柔性套内腔收缩紧紧地夹住物体；释放物体时，通过给气动肌腱放气使其恢复初始状态，同时在柔性保持架及柔性套的弹力作用下恢复原状释放物体。气动柔性抓持装置中柔性套与物体之间的摩擦力决定了抓持装置的提升能力，该专利文件中的柔性套采用硅胶材料或橡胶材料所制，使得气动柔性抓持装置的负载能力主要集中在竖直提升方面，横向承载力小，导致抓持装置的承载力不足，不具备全姿态的大负载能力，而且结构承载能力弱，很难实现大尺寸结构设计。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是供一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，融合刚性轻薄承载结构、柔性纤维强化的气动人工肌肉和软体变形结构，实现封闭式软套抓持装置的全姿态大负载能力和大尺寸的结构设计。

2、本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：提出一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，包括：柔性架、至少一条气动肌腱、若干第一卡箍、接头，所述柔性架为两端开口的管状空心结构，所述柔性架的侧壁上设置有呈矩阵状分布的若干第一通孔，所述第一通孔的孔径大于所述气动肌腱的直径，所述气动肌腱从若干所述第一通孔中穿入穿出从而缠绕在所述柔性架上，所述接头设置于所述柔性架的外侧，所述气动肌腱的端口均通过所述第一卡箍与所述接头相连，所述接头上连接有气管，所述柔性架的内侧套设有柔性防护套，所述柔性架的外侧设有刚性防护罩，所述柔性防护套和所述刚性防护罩均为管状空心结构，所述柔性防护套、柔性架和刚性防护罩的上端和下端间分别设有第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别用于所述柔性防护套、柔性架和刚性防护罩的上端和下端间的连接，所述刚性防护罩上设有与所述气管对应的第二通孔，所述气管通过所述第二通孔从所述刚性防护罩内伸出，通过所述气管向所述气动肌腱充气或者放气，实现抓取动作或释放动作。

3、与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过在缠绕有气动肌腱的柔性架的内侧设有柔性防护套以及在其外侧设置刚性防护罩，既保持了软体抓持装置的特点：可适用于不同物理特征的物体的抓取，例如形状、材料、刚度、表面、重量、尺寸等，同时刚性防护罩提供了柔性防护套与物体之间的足够的支撑力，刚性防护罩通过限制气动肌腱沿轴向向外的扩张，从而获得足够的支撑力，提升抓持装置的提升能力，保证了抓持装置足够的承载能力，实现了封闭式软套抓持装置的全姿态大负载能力和大尺寸的结构设计，而且刚性防护罩还可以保护被抓取物体不受外接干扰和损坏。本实用新型中气动肌腱的端口通过第一卡箍与接头连接的技术属于现有技术，本申请中不多加描述。

4、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述第一连接件包括第二卡箍、连接座和连接法兰，所述连接座包括第一抵接部和管状的第二抵接部，所述第二抵接部的轴向上与所述第一抵接部一体成型，所述第一抵接部抵接在所述柔性架和所述柔性防护套的上端，所述第二抵接部抵接在所述柔性防护套的内侧，所述第二卡箍套设在所述柔性架的外侧，所述第一抵接部上端内侧设有连接块，所述连接块用于与机械人相连，所述第一抵接部上端外侧连接所述连接法兰，所连接法兰与所述刚性防护罩相连。装配时，首先将第二卡箍套设在柔性架的外侧，使柔性架和柔性防护套固定在一起，之后将连接座的第二抵接部抵接在柔性防护套的内侧，将第一抵接部抵接在柔性架和柔性防护套的上端，并将第一抵接部上端的外侧与连接法兰螺栓连接，之后将连接法兰与刚性防护罩相连，实现柔性防护套、柔性架和刚性防护罩上端间的连接。第一抵接部上端的内侧用于机械人相连。第一连接件均为刚性结构，均采用金属材料所制。

5、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述第二抵接部沿周向上设有若干第三通孔，减轻连接座的重量。

6、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述第二连接件包括连接环、连接片、压片，所述柔性防护套的下端沿轴向外延伸形成所述连接片，所述连接环设置在所述柔性架和所述刚性防护罩的下端，且位于所述连接片的上端，所述连接环与所述刚性防护罩连接，所述连接片的下端设有压片，所述压片、连接片与所述连接环之间螺栓连接。装配时，将连接环放置在柔性架和刚性防护罩的下端，且位于连接片的上端，之后将连接环与刚性防护罩螺栓连接，将压片、连接片与连接环之间螺栓连接，实现柔性防护套、柔性架和刚性防护罩下端间的连接。压片的设置可避免使用过程中连接片的磨损，连接环、压片均采用金属材料所制。

7、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述刚性防护罩包括若干外罩板和若干支架，所述外罩板与所述支架相连，所述连接法兰的四周向下延伸设有若干连接板，所述支架的上端与所述连接板相连，所述支架的下端与所述连接环相连。刚性防护罩采用若干外罩板拼接而成，降低制造难度，方便检修。

8、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述外罩板采用塑料材质所制，所述支架采用铝合金材质所制。外罩板采用塑料材质，在保证机构强度的基础上减轻设备的重量，支架采用铝合金材质，保证结构强度。

9、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述柔性防护套采用橡胶材料所制。柔性防护套的内腔与被抓取物体接触，使柔性防护套可适用不同物体的抓取。

10、在上述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置中，所述刚性防护罩上对应所述接头向外凸起形成容置空间，方便接头的布置。

技术特征：

1.一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，包括：柔性架(1)、至少一条气动肌腱(2)、若干第一卡箍(3)、接头(4)，所述柔性架(1)为两端开口的管状空心结构，所述柔性架(1)的侧壁上设置有呈矩阵状分布的若干第一通孔(5)，所述第一通孔(5)的孔径大于所述气动肌腱(2)的直径，所述气动肌腱(2)从若干所述第一通孔(5)中穿入穿出从而缠绕在所述柔性架(1)上，所述接头(4)设置于所述柔性架(1)的外侧，所述气动肌腱(2)的端口均通过所述第一卡箍(3)与所述接头(4)相连，所述接头(4)上连接有气管(6)，其特征在于，所述柔性架(1)的内侧套设有柔性防护套(7)，所述柔性架(1)的外侧设有刚性防护罩(8)，所述柔性防护套(7)和所述刚性防护罩(8)均为管状空心结构，所述柔性防护套(7)、柔性架(1)和刚性防护罩(8)的上端和下端间分别设有第一连接件和第二连接件，所述第一连接件和第二连接件分别用于所述柔性防护套(7)、柔性架(1)和刚性防护罩(8)的上端和下端间的连接，所述刚性防护罩(8)上设有与所述气管(6)对应的第二通孔(9)，所述气管(6)通过所述第二通孔(9)从所述刚性防护罩(8)内伸出，通过所述气管(6)向所述气动肌腱(2)充气或者放气，实现抓取动作或释放动作。

2.根据权利要求1所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述第一连接件包括第二卡箍(10)、连接座(11)和连接法兰(12)，所述连接座(11)包括第一抵接部(13)和管状的第二抵接部(14)，所述第二抵接部(14)的轴向上与所述第一抵接部(13)一体成型，所述第一抵接部(13)抵接在所述柔性架(1)和所述柔性防护套(7)的上端，所述第二抵接部(14)抵接在所述柔性防护套(7)的内侧，所述第二卡箍(10)套设在所述柔性架(1)的外侧，所述第一抵接部(13)上端内侧设有连接块(15)，所述连接块(15)用于与机械人相连，所述第一抵接部(13)上端外侧连接所述连接法兰(12)，所连接法兰(12)与所述刚性防护罩(8)相连。

3.根据权利要求2所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述第二抵接部(14)沿周向上设有若干第三通孔(16)。

4.根据权利要求2所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述第二连接件包括连接环(17)、连接片(18)、压片(19)，所述柔性防护套(7)的下端沿轴向外延伸形成所述连接片(18)，所述连接环(17)设置在所述柔性架(1)和所述刚性防护罩(8)的下端，且位于所述连接片(18)的上端，所述连接环(17)与所述刚性防护罩(8)连接，所述连接片(18)的下端设有压片(19)，所述压片(19)、连接片(18)与所述连接环(17)之间螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述刚性防护罩(8)包括若干外罩板(20)和若干支架(21)，所述外罩板(20)与所述支架(21)相连，所述连接法兰(12)的四周向下延伸设有若干连接板(22)，所述支架(21)的上端与所述连接板(22)相连，所述支架(21)的下端与所述连接环(17)相连。

6.根据权利要求5所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述外罩板(20)采用塑料材质所制，所述支架(21)采用铝合金材质所制。

7.根据权利要求1所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述柔性防护套(7)采用橡胶材料所制。

8.根据权利要求1所述的一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，其特征在于，所述刚性防护罩(8)上对应所述接头(4)向外凸起形成容置空间(23)。

技术总结
本技术属于抓持装置技术领域，提供了一种刚柔软耦合的封闭式软体抓持装置，包括柔性架、至少一条气动肌腱、若干第一卡箍、接头，柔性架的侧壁上设置有呈矩阵状分布的若干第一通孔，第一通孔的孔径大于气动肌腱的直径，气动肌腱从若干第一通孔中穿入穿出从而缠绕在柔性架上，气动肌腱的端口均通过第一卡箍与接头相连，接头上连接有气管，柔性架的内侧套设有柔性防护套，柔性架的外侧设有刚性防护罩，柔性防护套和刚性防护罩均为管状空心结构。与现有技术相比，本技术的优点在于：融合刚性轻薄承载结构、柔性纤维强化的气动人工肌肉和软体变形结构，实现封闭式软套抓持装置的全姿态大负载能力和大尺寸的结构设计。

技术研发人员：俞泓帆,郑威,李海利
受保护的技术使用者：宁波大学
技术研发日：20230322
技术公布日：2024/1/15