一种软抓手组件

1.本发明涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种软抓手组件。


背景技术：

2.现有技术中，软抓手在抓取水中物体时，由于物体在水中游动和随水流浮动等问题，不易抓牢。因此，如何在保证被抓取物不损坏的同时提高抓取成功率，是本领域技术人员亟待解决的题述问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种软抓手组件，通过将被抓取物体吸到抓取区域内，在保证被抓取物不损坏的同时提高抓取成功率。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明公开了一种软抓手组件，包括软抓手，还包括安装于所述软抓手上的吸附组件；所述吸附组件包括用于抽吸液体的吸管，所述吸管位于所述软抓手的抓取中心。
6.优选地，所述软抓手包括安装座、液控系统和抓指；所述抓指为多个，所述液控系统和多个所述抓指均安装于所述安装座上；所述抓指包括驱动层、加热层、变刚度层和接触层，所述变刚度层的材质为形状记忆聚合物；所述加热层与所述变刚度层相连，用于使所述变刚度层升温相变，以降低所述所述变刚度层的刚度；所述接触层与所述变刚度层相连，用于接触被抓取物；所述驱动层与所述变刚度层相连，且位于所述变刚度层远离所述接触层的一侧；所述驱动层具有第一内腔，所述第一内腔充入液体时，所述驱动层能够通过自身膨胀带动所述变刚度层朝向所述接触层一侧弯曲；所述液控系统与所述第一内腔相连，用于调整所述第一内腔内的液体体积。
7.优选地，所述接触层具有第二内腔；所述液控系统与所述第二内腔相连，用于调整所述第二内腔内的液体体积；所述第二内腔充入液体时，所述接触层能够根据所述被抓取物的形状适应性地调整自身外形，以包覆所述被抓取物的部分区域。
8.优选地，所述变刚度层具有用于通入外部水流的镂空结构；所述加热层包括第一加热层和第二加热层；所述第一加热层位于所述变刚度层靠近所述接触层的一侧，所述第二加热层位于所述变刚度层靠近所述驱动层的一侧。
9.优选地，所述驱动层包括基体和梳齿状结构，所述梳齿状结构与所述基体相连，所述梳齿状结构位于基体远离所述接触层的一侧；所述第一内腔包括位于所述基体内的主腔体和位于所述梳齿状结构内的分腔体，所述主腔体与所述分腔体连通。
10.优选地，所述安装座包括安装基座、抓指基座和驱动装置；所述抓指安装于所述抓指基座上，所述抓指基座与所述安装基座铰接；所述驱动装置安装于所述安装基座上且与所述抓指基座相连，用于驱动所述抓指基座摆动。
11.优选地，所述驱动装置包括连杆、滑座、滑座导向装置和滑座驱动装置；所述连杆的第一端与所述滑座铰接，所述连杆的第二端与所述抓指基座铰接；所述滑座沿直线滑动
第一螺纹孔；96-卡槽；97-第二弹簧固定座；10-吸附组件；101-过滤罩；102-延伸管；103-第二螺栓；104-叶轮；105-第三螺栓；106-电机；11-抓指；111-驱动层；112-第二加热层；113-变刚度层；114-第一加热层；115-接触层；116a-接触层注入孔；116b-驱动层注入孔；117a-第一接线端；117b-第二接线端；118-第一内腔；119-第二内腔；12-固定基座；121-第二螺纹孔；122a-第一基座通孔；122b-第二基座通孔；123a-第一基座方口；123b-第二基座方口；13-铰接基座；131-第三螺纹孔；132-第二销孔座；133-第二销孔；134a-第一注液孔；134b-第二注液孔；135a-第一接线口；135b-第二接线口；136-第三销孔座；137-第三销孔；14-导向杆；15-第二弹簧；16-滑座；161-第一销孔；162-第一销孔座；163-中心孔；164-第一弹簧固定座；165-滑座通孔；17-第一弹簧；18-第一螺栓；19-第二螺母。
具体实施方式
31.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做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。
32.本发明的目的是提供一种软抓手组件，通过将被抓取物体吸到抓取区域内，在保证被抓取物不损坏的同时提高抓取成功率。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
34.参照图1～图12，本实施例提供一种软抓手组件，包括软抓手和安装于软抓手上的吸附组件10。吸附组件10包括用于抽吸液体的吸管，吸管位于软抓手的抓取中心。
35.软抓手执行抓取作业前，吸附组件10通过抽吸液体，将被抓取物吸附至软抓手的抓取范围。软抓手执行抓取作业时，吸附组件10工作并使被抓取物保持在抓取范围。因此，该软抓手组件能够避免因被抓取物在水中游动和随水流浮动导致抓取失败的问题，提高抓取成功率。另外，由于使用了软抓手，能够避免对被抓取物造成破坏。
36.作为一种可能的示例，软抓手包括安装座、液控系统和抓指11。抓指11为多个，液控系统和多个抓指11均安装于安装座上。抓指11包括驱动层111、加热层、变刚度层113和接触层115，变刚度层113的材质为形状记忆聚合物。加热层与变刚度层113相连，用于使变刚度层113升温相变，以降低变刚度层113的刚度。接触层115与变刚度层113相连，用于接触被抓取物。驱动层111与变刚度层113相连，且位于变刚度层113远离接触层115的一侧。驱动层111具有第一内腔118，第一内腔118充入液体时，驱动层111能够通过自身膨胀带动变刚度层113朝向接触层115一侧弯曲。液控系统与第一内腔118相连，用于调整第一内腔118内的液体体积。示例性的，驱动层111和接触层115可以是硅胶、橡胶等易于变形的材质。
37.软抓手工作时，先通过加热层对变刚度层113加热，使变刚度层113的温度升高并发生相变，变刚度层113自身刚度降低，从而便于实现较大程度的变形。之后，液控系统向第一内腔118注入液体，驱动层111膨胀并带动变刚度层113朝向接触层115一侧弯曲，使接触层115与被抓取物接触，实现抓取动作。接触层115具有第二内腔119。液控系统与第二内腔119相连，用于调整第二内腔119内的液体体积。第二内腔119充入液体时，接触层115能够根据被抓取物的形状适应性地调整自身外形，以包覆被抓取物的部分区域。需要说明的是，现
有技术中接触层115通常为实心硅胶等材质，虽然能够变形，但变形幅度较小，与被抓取物的接触面积较小。被抓取物局部受力过大，容易破损，并且容易从软抓手中滑脱。该示例在接触层115设置第二内腔119，并在第二内腔119填充变形能力远强于硅胶的液体，接触层115注液膨胀后能够更好地适应被抓取物的形状，从而包覆更大的区域，达到更好的抓取效果，避免被抓取物滑脱。然而，实际实施方式不限于此。根据实际情况的不同，本领域技术人员也可选用其它类型的软抓手。
38.作为一种可能的示例，变刚度层113具有用于通入外部水流的镂空结构，以加快变刚度层113的降温速度，使其在完成抓取作业后尽快恢复原状。相应的，加热层包括第一加热层114和第二加热层112，以对变刚度层113上位于镂空区域两侧的部分同步加热。第一加热层114位于变刚度层113靠近接触层115的一侧，第二加热层112位于变刚度层113靠近驱动层111的一侧。
39.作为一种可能的示例，驱动层111包括基体和梳齿状结构，梳齿状结构与基体相连，梳齿状结构位于基体远离接触层115的一侧。第一内腔118包括位于基体内的主腔体和位于梳齿状结构内的分腔体，主腔体与分腔体连通。液控系统向第一内腔118注入液体时，驱动层111膨胀并朝向接触层115一侧弯曲，以扩大自身容积，从而带动变刚度层113做出相应的弯曲动作。然而，实际实施方式不限于此。例如，梳齿状结构也可以是其它类型的不平整结构，只要在液控系统向第一内腔118注入液体时，驱动层111能够向接触层115一侧弯曲即可。
40.作为一种可能的示例，安装座包括安装基座9、抓指基座和驱动装置。抓指11安装于抓指基座上，抓指基座与安装基座9铰接。驱动装置安装于安装基座9上且与抓指基座相连，用于驱动抓指基座摆动，抓指基座带动抓指11摆动。通过抓指11摆动和抓指11形变的共同作用，可实现抓取动作。与单纯通过抓指11形变抓取的方案相比，通过摆动抓指11可扩大抓取范围。
41.作为一种可能的示例，驱动装置包括连杆5、滑座16、滑座导向装置和滑座驱动装置。连杆5的第一端与滑座16铰接，连杆5的第二端与抓指基座铰接。滑座16沿直线滑动安装于滑座导向装置上，滑座导向装置安装于安装基座9上。滑座驱动装置与滑座16相连，用于驱动滑座16沿直线滑动。滑座16滑动时，可通过连杆5带动抓指基座摆动。然而，实际实施方式不限于此。例如，也可使气缸的活塞杆与抓指基座铰接，以带动抓指基座摆动。
42.作为一种可能的示例，滑座驱动装置包括第一弹簧17、第二弹簧15、第一电路和第二电路。第一弹簧17和第二弹簧15分别位于滑座16的两侧，且均为形状记忆合金材质。第一弹簧17的第一端与第一固定端固连，第一弹簧17的第二端与滑座16固连。第二弹簧15的第一端与第二固定端固连，第二弹簧15的第二端与滑座16固连。第一固定端和第二固定端均相对于安装基座9固定设置。第一弹簧17与第一电路电连接，第二弹簧15与第二电路电连接。第一固定端与第二固定端之间的距离大于第一弹簧17与第二弹簧15的初始长度之和，以使第一弹簧17与第二弹簧15中至少有一个处于拉伸状态。由于第一弹簧17和第二弹簧15具有单程记忆效应，第二弹簧15断电、拉伸状态的第一弹簧17通电后，第一弹簧17迅速恢复初始状态，第二弹簧15伸长。第一弹簧17断电、拉伸状态的第二弹簧15通电后，第二弹簧15迅速恢复初始状态，第一弹簧17伸长。通过改变第一弹簧17和第二弹簧15的长度，即可调整滑座16的位置，进而带动抓指基座摆动。然而，实际实施方式不限于此。例如，可在滑座16的
一侧设置与滑座16相抵的弹簧，另一侧设置与滑座16滑动接触的凸轮，凸轮与驱动电机传动相连，通过凸轮的旋转使滑座16滑动，通过弹簧的弹力使滑座16复位。
43.作为一种可能的示例，滑座导向装置为导向杆14，第一弹簧17和第二弹簧15均套设于导向杆14外侧。然而，实际实施方式不限于此。例如，滑座导向装置还可以是导轨，安装基座9上可以另外设置支撑杆，使第一弹簧17和第二弹簧15位于支撑杆外侧。
44.作为一种可能的示例，吸附组件10还包括电机106、叶轮104和过滤罩101，电机106的输出轴与叶轮104同轴固连，叶轮104伸入吸管内，过滤罩101固定于吸管远离电机106的一端。过滤罩101具有网孔结构，可避免被抓取物或其它杂物进入吸管内。电机106工作时带动叶轮104旋转，产生漩涡流，从而将被抓取物吸入抓取区域内。然而，实际实施方式不限于此。本领域技术人员也可选择其它类型的吸附组件10，只要能够产生向吸管流动的水流即可。
45.作为一种可能的示例，液控系统充入第一内腔118和第二内腔119的液体为硅油，本领域技术人员也可选择水等其它类型的液体。
46.作为一种可能的示例，电机106和吸管分别位于电机安装板3的两侧，且固定于电机安装板3上。液控系统固定于电机安装板3上，液控系统与电机106位于电机安装板3的同侧。电机106的输出轴穿过电机安装板3，并与吸管内的叶轮104相连。吸管上设有排液孔，排液孔位于叶轮104远离过滤罩101的一侧。安装基座9上设有卡槽96，吸管的一端嵌入卡槽96内。滑座16具有中心孔163，中心孔163套设于吸管的外侧，并能够沿吸管的轴向相对于吸管滑动。导向杆14穿过安装基座9、滑座16和电机安装板3，导向杆14的两端分别设置第二螺母，通过第二螺母将导向杆14的两端分别与安装基座9、电机安装板3锁紧。第一弹簧17的第一端与电机安装板3上的第一弹簧固定座164固连，第一弹簧17的第二端与滑座16上的第一弹簧固定座164相连。第二弹簧15的第一端与安装基座9上的第二弹簧固定座97相连，第二弹簧15的第二端与滑座16上的第二弹簧固定座97相连。即，上述的第一固定端为第一弹簧固定座164，上述的第二端为第二弹簧固定座97。
47.作为一种可能的示例，吸管包括壳体4和延伸管102，延伸管102与壳体4通过第二螺栓103固连。延伸管102嵌入卡槽96内，过滤罩101固定于延伸管102上，壳体4固定于电机安装板3上，叶轮104位于壳体4内，排液孔位于壳体4上。
48.作为一种可能的示例，电机安装板3在不同半径的圆周上分别设置有不同尺寸的沉头孔和通孔。直径为29mm圆周上的沉头孔用于固定电机106；直径为66mm圆周上的通孔用于固定液控系统和壳体4；直径为86mm圆周上的通孔用于供导向杆14穿过。
49.作为一种可能的示例，液控系统包括注流器和液源装置1。液源装置1用于存储液体，并分别通过导流管与第一内腔118、第二内腔119连通。注流器与液源装置1相连，用于实现液源装置1与第一内腔118之间的液体交换以及液源装置1与第二内腔119之间的液体交换。电机安装板3和液源装置1通过第一螺母2和第一螺栓18固定相连，电机安装板3与电机106通过第三螺栓105固定相连。
50.作为一种可能的示例，抓指基座包括固定基座12和铰接基座13，固定基座12和铰接基座13优选为通过3d打印方式将树脂材料加工而成。固定基座12具有第二螺纹孔121、第一基座通孔122a、第二基座通孔122b、第一基座方口123a、第二基座方口123b。铰接基座13具有第三螺纹孔131、第二销孔座132、第二销孔133、第一注液孔134a、第二注液孔134b、第
一接线口135a、第二接线口135b、第三销孔座136、第三销孔137。第二螺纹孔121与第三螺纹孔位置对应，用于安装螺钉7，通过螺钉7实现固定基座12与铰接基座13的固连。固定基座12与铰接基座13通过螺钉7固连后，第一注液孔134a与第一基座通孔122a位置正对，第二注液孔134b与第二基座通孔122b位置正对，第一接线口135a与第一基座方口123a位置正对，第二接线口135b与第二基座方口123b位置正对。
51.第二销孔133位于第二销孔座132上，第三销孔137位于第三销孔座136上。滑座16具有第一销孔座162和第一销孔161，第一销孔161位于第一销孔座162上。安装基座9上固定有挂板8，挂板8上固定有铰链销6，该铰链销6穿过第三销孔137，实现安装基座9与抓指基座的铰接。第一销孔161处固定有铰链销6，该铰链销6穿过连杆5的第一端，实现滑座16与连杆5第一端的铰接。第二销孔133处固定有铰链销6，该铰链销6穿过连杆5的第二端，实现抓指基座与连杆5第二端的铰接。
52.接触层115上设有用于液体注入的接触层注入孔116a，驱动层111上设有用于液体注入的驱动层注入孔116b。第一加热层114上设有第一接线端117a，第二加热层112上设有第二接线端117b。固定基座12与抓指11通过胶黏剂粘合固定，粘合后，接触层注入孔116a与第一基座通孔122a位置正对，驱动层注入孔116b与第二基座通孔122b位置正对，第一接线端117a穿过第一基座方口123a和第一接线口135a，第二接线端117b穿过第二基座方口123b和第二接线口135b。第一接线端117a和第二接线端117b通电后，第一加热层114和第二加热层112发热并加热变刚度层113。第一接线端117a和第二接线端117b断电后，变刚度层113在水流的作用下(主要是镂空区域水流的作用)下降温。第一加热层114包括第一柔性基底和第一加热电路，第二加热层112包括第二柔性基底和第二加热电路。第一加热电路固定于第一柔性基底上，第二加热电路固定于第二柔性基底上。第一柔性基底固定于变刚度层113靠近接触层115的一侧，第二加热层112固定于变刚度层113靠近驱动层111的一侧，第一柔性基底和第二柔性基底能够限制变刚度层113的弯曲程度。
53.安装基座9整体近似为正六棱柱结构，其侧面为交替设置的第一侧面93和第二侧面94。第一侧面93上设有侧板92，侧板92上设置第二弹簧固定座97，第二弹簧固定座97的中心位置设有导向杆通孔91，导向杆通孔91供导向杆14穿过。第二侧面94上设有第一螺纹孔95，第一螺纹孔95用于安装螺钉7，该螺钉7将挂板8固定在第二侧面94上。
54.本实施例中控制系统的原理参照图12。电源与控制器电连接，以向控制器输送电流。控制器同时与电机106、加热层、第一弹簧17、第二弹簧15和注流器电连接，以分别控制电机106、加热层、第一弹簧17、第二弹簧15和注流器的动作，以及为其提供电能。电机106驱动叶轮104旋转，实现吸管对被抓取物的吸附动作。加热层对变刚度层113加热，以使变刚度层113能够实现更大程度的变形。第一弹簧17和第二弹簧15共同作用，改变滑座16的位置，使抓指11摆动。注流器用于实现液源装置1与第一内腔118之间以及液源装置1与第二内腔119之间的液体交换，从而使抓指11发生形变，进而使接触层115更好的包覆被抓取物。
55.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。