绳驱柔性爪及机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种绳驱柔性爪及机器人。

背景技术：

为降低人工成本以及克服恶劣的操作环境，现有市场对机器人的需求逐渐提升，机器人已经逐渐应用于医疗、军事、工业等各个领域内，关节型手爪因其高灵活性，被安装于机器人中以实现多种抓取任务。

传统关节型机器人的结构复杂，工作空间较小，各关节之间容易干涉，导致机器人运动受限，并且在机器人处于闲置状态时，其占用的空间较大，不利于整理及储存。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种绳驱柔性爪及机器人，能够克服机器人占用空间大及工作空间小的缺陷。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种绳驱柔性爪，包括：

固定部，所述固定部包括壳体；

手指部，所述手指部不少于两个且安装于所述固定部边缘，所述手指部包括柔性骨架及若干关节单元，所述关节单元沿所述柔性骨架间隔排列，所述关节单元的截面沿背离所述固定部的方向逐渐减小；

驱动部，每一所述手指部均连接有所述驱动部，所述驱动部安装于所述壳体内，所述驱动部包括驱动绳及驱动元件，每一所述驱动部的驱动绳的一端依次穿过与所述驱动部连接的所述手指部内的所述关节单元，并固定于位于所述手指部尾端的所述关节单元上，所述驱动绳的另一端与所述驱动元件连接并在所述驱动元件的驱动下移动，以带动所述手指部弯曲。

本发明实施例中的绳驱柔性爪至少具有如下有益效果：

本发明中对关节单元进行了变截面处理，关节单元的截面沿背离固定部的方向逐渐减小，使手指部具有足够的活动空间，避免运动受限，在柔性爪闲置时，手指部能够进行蜷缩处理，减小了柔性爪所占空间，并且由于关节单元的截面逐渐减小，手指部的尾端较细，动作灵活性高，手指部的根部较粗，增加了手指部的结构强度，保证驱动部向手指部提供稳定的动力输出，提高了柔性爪在物料抓取时的可靠性。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述柔性骨架的截面沿背离所述固定部的方向逐渐减小。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述关节单元的截面的长度延伸方向与所述关节单元的弯曲平面垂直，所述关节单元的截面的长度延伸距离大于所述关节单元的截面的宽度延伸距离。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，每一所述驱动部包括不少于两根的驱动绳，所述驱动绳沿所述关节单元的周向分布。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述驱动部包括绞盘，所述驱动绳绕设于所述绞盘上，所述驱动元件与所述绞盘连接并驱动所述绞盘转动。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述驱动部包括多个导向轮，每一所述导向轮上均绕设有一根所述驱动绳，所述驱动绳绕过所述导向轮后与所述关节单元连接，与所述驱动绳连接的所述手指部的延伸方向与所述驱动绳的延伸方向平行。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述关节单元上设有穿绳孔，所述驱动绳的轴心与所述穿绳孔的轴心重合。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述壳体的边缘设有不少于两个的指跟部，每一所述指跟部均连接有所述手指部，所述驱动绳穿过所述指跟部与所述手指部连接。

根据本发明的另一些实施例的绳驱柔性爪，所述壳体包括第一外壳及第二外壳，所述第一外壳与所述第二外壳可拆卸连接，所述第一外壳与所述第二外壳内形成容置空间，所述驱动部安装于所述容置空间内。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种机器人，包括上述的绳驱柔性爪。

本发明实施例中的机器人至少具有如下有益效果：

通过采用上述绳驱柔性手爪协同抓取物体，使机器人能够适用于不同情形下的产品抓取，提高了机器人的应用范围及产品抓取效率。

附图说明

图1是绳驱柔性爪第一实施例的正视图；

图2是绳驱柔性爪隐藏部分壳体后的立体图；

图3是图1中驱动部的立体图；

图4是手指部第一实施例的结构示意图；

图5是手指部第二实施例的结构示意图；

图6是手指部第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

第一实施例

图1为绳驱柔性爪整体的结构示意图，图2为绳驱柔性爪隐藏部分壳体110后的结构示意图，图3为驱动部的结构示意图，同时参照图1至图3，本实施例中的绳驱柔性爪包括固定部100、手指部200及驱动部300，固定部100包括壳体110，壳体110为驱动部300提供安装空间，驱动部300为手指部200的弯曲提供动力支持；具体的，手指部200不少于两个且安装于固定部100的边缘，手指部200包括柔性骨架210及多个关节单元220，该关节单元220在柔性骨架210上间隔排列，关节单元220的截面沿背离固定部100的方向逐渐减小，关节单元220截面的减小为手指部200提供了充足的活动空间，克服了手指部200运动受限的缺陷；每一个手指部200均连接有驱动部300，在驱动部300的动力驱动下带动手指部200进行动作，驱动部300包括驱动绳310及驱动元件320，每一个驱动部300中的驱动绳310均与手指部200连接，实现对手指部200的绳驱，驱动绳310的一端依次穿过与其所在驱动部300连接的手指部200内的关节单元220，并且固定于位于该手指部200尾端(尾端是指图1中手指部200的最外端)的关节单元220上，驱动绳310的另一端与驱动元件320连接，驱动元件320能够带动驱动绳310移动，驱动绳310在移动过程中拉动关节单元220，进而实现手指部200的弯曲。

本实施例中对关节单元220进行了变截面处理，关节单元220的截面沿背离固定部100的方向逐渐减小，使手指部200具有足够的活动空间，避免运动受限，在柔性爪闲置时，手指部200能够进行蜷缩处理，减小了柔性爪所占空间，并且由于关节单元220的截面逐渐减小，手指部220的尾端较细，动作灵活性高，手指部220的根部较粗，增加了手指部220的结构强度，保证驱动部300向手指部220提供稳定的动力输出,提高了柔性爪在物料抓取时的可靠性。

需要说明的是，本实施例中的关节单元220及柔性骨架210的截面均可采用连续型的变截面构型，可仿形人体手掌、手指、动物触手等，以对外部自然环境及生产情况具有良好的适应性；关节单元220和/或柔性骨架210的截面可沿一定差值进行递增或递减，柔性骨架210的长度、关节单元220的个数、各关节单元220之间的间隙可根据实际使用情况合理设置，本实施例中设有五个手指部200，壳体110按照人体手掌仿形，手指部200按照人体手指进行仿形；柔性骨架210采用软体材料，关节单元220采用刚性材料，驱动绳310采用杨氏模量较大的材料，减小弹性变形，提高驱动元件320向驱动绳310的动力传递，关节单元220与柔性骨架210可通过3d打印一体成型，或者通过螺纹紧固方式实现关节单元220与柔性骨架210的可拆卸连接。

本实施例中的关节单元220截面的长度延伸方向与关节单元220的弯曲平面垂直，参照图2，以位于中间位置的手指部200为例，关节单元220的长度延伸方向为y轴方向，手指部200的弯曲平面为zx平面，在驱动部300的驱动作用下，使手指部200在zx平面内弯曲；关节单元220截面的长度延伸距离大于关节单元220截面的宽度延伸距离，即，参照图2，y轴方向为关节单元220截面的长度延伸方向，x轴方向为关节单元220截面的宽度延伸方向，关节单元220的宽度方向与手指部200的弯曲方向平行，因此将关节单元220的宽度距离小于其长度距离，手指部200在进行弯曲时，相邻的关节单元220之间不会形成干涉，手指部200的弯曲不受限，从而避免手指部200在动作时出现弯曲不到位的情况。

本实施例中的关节单元220截面设置为矩形，在保证关节单元220长度延伸距离大于宽度延伸距离的前提下，关节单元220的截面也可设置为梯形、多边形或者其他形状。通过设置宽度及长度有差距的关节单元220，使得手指部200在其两侧(长度方向)的抗弯模量大于上下边(宽度方向)的抗弯模量，对手指部200的弯曲方向进行限制，使手指部200沿平行于其宽度方向的平面进行弯曲，避免手指部200在弯曲过程中向两侧晃动，提高手指部200动作的稳定性。

结合图2与图3，驱动部300中包括不少于两根的驱动绳310，驱动绳310沿关节单元220的周向分布，通过拉动对应侧的驱动绳310，手指部200可向该侧进行弯曲。本实施例中设有两根驱动绳310，该两根驱动绳310分别设置于关节单元220的上下(x方向)两侧，关节单元220上方的驱动绳310放长，下方的驱动绳310缩短时，手指部200向下弯曲；关节单元220下方的驱动绳310放长，上方的驱动绳310缩短时，手指部200向上弯曲。

驱动部300还包括绞盘330，驱动绳310绕设于绞盘330上，驱动元件320与绞盘330连接并驱动绞盘330转动，绞盘330转动过程中带动驱动绳310移动，进而实现手指部200的弯曲。需要说明的是，绞盘330周向的外缘还可设置绳槽，驱动绳310能够在该绳槽内绕设多圈，提高驱动绳310与绞盘330之间的连接稳定性。每一驱动部300均包括有不少于两个的绞盘330，绞盘330的数量与驱动绳310的数量对应，每一驱动绳310绕设于一个绞盘330上，绞盘330可通过螺纹紧固件固定连接于驱动元件320上；本实施例中一个驱动部300设有两个绞盘330，该绞盘330呈上下分布，并且绞盘330的转动平面与驱动绳310的延伸方向平行，保证驱动绳310从绞盘330上伸出后能够水平延伸至关节单元220处，避免因驱动绳310方向变化向关节单元220施加额外作用力，影响手指部200的正常弯曲。

驱动部300还包括多个导向轮340，该导向轮340用于对驱动绳310进行导向，从绞盘330上伸出的驱动绳310向导向轮340绕设，从导向轮340处伸出的驱动绳310继续向手指部200延伸进而与关节单元220连接；经过导向轮340的导向作用，使得与驱动绳310连接的手指部200的延伸方向与驱动绳310的延伸方向平行，避免驱动绳310与关节单元220之间存在内部干涉，影响驱动绳310对手指部200的动力驱动效率。壳体110上还固定安装有导向柱350，导向轮340转动连接于导向柱350上，并根据所对应的驱动绳310穿设的高度设置其在导向柱350上的安装高度。

关节单元220上还设有与驱动部300中驱动绳310数量的相同的穿绳孔221，驱动绳310穿过关节单元220上的穿绳孔221并固定于位于手指部200尾端的关节单元220上，需要说明的是，在驱动绳310的延伸方向与穿绳孔221的轴心方向一致时，驱动绳310与与穿绳孔221之间不存在相互作用力，提高驱动绳310对手指部200的驱动效率。

结合图1与图2，本实施例中在壳体110的边缘分布有多个指跟部，指跟部与手指部200的数量对应，手指部200的柔性骨架210固定连接于指跟部内，实现手指部200与指跟部的固定连接。驱动绳310穿过指跟部与手指部200连接，指跟部的内部中空供驱动绳310穿设，导向轮340位于指跟部的开口处，便于导向轮340与关节单元220上穿绳孔221对齐。

壳体110包括第一外壳111及第二外壳112，第一外壳111与第二外壳112可拆卸连接，第一外壳111与第二外壳112之间形成容置空间，该容置空间用于安装驱动部300，保证驱动部300对手指部200的稳定驱动。第一外壳111上还设置有支撑柱113，该支撑柱113的端部能够抵持第二外壳112，从而提高壳体110的结构强度。壳体110与指跟部可通过3d打印一体成型也可通过螺纹锁紧实现固定连接。

参照图4，本实施例中，关节单元220采用变截面构型，关节单元220的截面沿背离固定部100的方向逐渐减小，柔性骨架210采用等截面构型。关节单元220截面的逐渐减小为手指部200提供了足够的运动空间，便于手指部200的弯曲及柔性爪的放置；并且由于关节单元220截面的减小，降低了手指部200运动所需的驱动力，从而提高了驱动部300的驱动效率。

第二实施例

参照图5，本实施例与第一实施例不同的是，本实施例中的柔性骨架210采用变截面构型，柔性骨架210的截面沿背离固定部100的方向逐渐减小，关节单元220采用等截面构型，不同关节单元220的截面形状相同。从而在拉动或者放松驱动绳310时，手指部200弯曲所需的驱动力较小，在驱动部300施加的驱动力相同的条件下，本实施例中的手指部200具有较好的负载能力。

第三实施例

参照图6，本实施例结合了第一实施例与第二实施例中的手指部200的特征，即柔性骨架210与关节单元220均采用变截面构型，且柔性骨架210与关节单元220的截面沿背向固定部100的方向逐渐减小，从而在克服手指部200运动受限，减小柔性爪放置所需空间的前提下，提高了手指部200的负载能力。

本发明还提供了一种机器人，该机器人包括上述的绳驱柔性手爪，采用上述绳驱柔性手爪协同抓取物体，并能够适用于不同情形下的产品抓取。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。