柔性抓持装置的制作方法

本发明涉及一种抓持装置，特别涉及一种柔性抓持装置。

背景技术

软体机器人是机器人领域的一个新兴分支，软体机器人的某些特性使它比传统刚性机器人有天然的优势。软体机械手作为软体机器人的一种，具有柔性，在工业、食品、物流分拣等行业中，抓持易碎、形状复杂的物品时具有不可替代的优势。软体机械手的被动变形的能力可以很大程度地提高对不同外形物体抓取的适应性。

然而相关技术的软体机械手缺乏嵌入式的传感器，无法对物体的受力、包覆状态和物体温度等进行判断，也无法优化抓取策略。只能提前确定好参数，对所有物体进行抓取，这样势必降低对物体抓取的成功率。

另外，近年出现了一些可以应用在软体机械手上的传感器，但是也存在一些问题，比如，柔性传感器具有一定的柔性但不具备延展性，柔性传感器就会约束软体机械手的运动并且软体机械手的运动也会使柔性传感器被破坏。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明提供一种柔性抓持装置，其臂部能够适应被抓持物体的形状进行弯曲。

一种柔性抓持装置，其包括

基体；

臂部，多个所述臂部连接到所述基体，所述臂部内沿所述臂部的延伸方向设置有多个互不连通的空腔，通过向多个所述空腔内充气和/或抽气，能够使所述臂部在其延伸方向上具有不同的弯曲方向和/或弯曲形状；以及

气管，多个独立的所述气管分别连接到每个所述空腔。

在至少一个的实施方式中，所述臂部包括

在抓持物体时与被抓持物体接触的大致平板状的底板部；以及

多个凸起的中空的关节部，所述关节部沿所述臂部的延伸方向连续排布，从而使多个关节部形成为梳状。

在至少一个的实施方式中，所述柔性抓持装置还包括柔性电子器件，所述柔性电子器件设置在所述底板部上。

在至少一个的实施方式中，所述柔性电子器件的数量与所述空腔的数量相同，并且所述柔性电子器件与所述空腔位置对应地安装在所述底板部上。

在至少一个的实施方式中，所述柔性电子器件包括衬底层和功能层，所述衬底层使所述柔性电子器件具有柔性和延展性，所述功能层包括用于测量所述被抓持物体和/或所述臂部的信息的传感器。

在至少一个的实施方式中，所述衬底层由pdms制成。

在至少一个的实施方式中，连接所述柔性电子器件的导线粘贴在所述底板部表面或预埋在所述底板部内。

在至少一个的实施方式中，所述导线缠绕成螺旋状预埋在所述底板部内。

在至少一个的实施方式中，所述关节部内形成有中空的气室，所述气室与所述空腔连通，多个所述气室连续排布，使多个气室的壁面连续而形成为褶皱。

在至少一个的实施方式中，所述关节部的壁厚小于所述底板部的壁厚。

本发明的柔性抓持装置能够通过向臂部的多个空腔中充气和/或抽气，使臂部弯曲为适应被抓持物体的形态，从而提高抓持的成功率。

附图说明

图1示出了根据本发明的柔性抓持装置的结构示意图。

图2示出了根据本发明的柔性抓持装置的臂部的结构示意图。

图3示出了根据本发明的柔性抓持装置的臂部的另一角度的结构示意图。

图4示出了根据本发明的柔性抓持装置的臂部的剖面结构示意图。

图5示出了根据本发明的柔性抓持装置的柔性电子器件的连接方式示意图。

图6示出了根据本发明的柔性抓持装置的柔性电子器件的另一种连接方式示意图。

图7示出了根据本发明的柔性抓持装置的固定件的结构示意图。

图8示出了根据本发明的柔性抓持装置的基体的结构示意图。

附图标记说明

1基体11手持部12第一通孔13第二通孔2臂部21指部22基座23第一空腔24第二空腔25第三空腔26底板部3关节部31气室4柔性电子器件5第一气管6第二气管7第三气管8信号分析终端9固定件。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。

如图1所示，柔性抓持装置包括基体1和臂部2。四个结构相同的臂部2连接到基体1，通过臂部2弯曲能够使柔性抓持装置能够类似手指地抓持物体。

基体1上设置有环状的手持部11，从而方便握住柔性抓持装置手持作业。应当理解的是，本发明中的手持部11的形状不限于此，其可以是任意适当的形状，只要能够使操作者方便抓握即可。

为描述方便，人为地将臂部2分为前部、中部和后部。

如图2-图4所示，臂部2连接到基体1的一端为基端，另一端为自由端。基端位于臂部2的后部，自由端位于臂部2的前部。臂部2的基端设置有方便连接到基体1的基座22，自由端渐缩形成为指部21，指部21方便更精准的抓持物体。

在臂部2的一侧面沿臂部2的延伸方向设置有多个凸起的中空的关节部3，关节部3内的中空区域用于容纳下述的气室31。多个关节部3沿臂部2的延伸方向连续排布使多个关节部3形成为梳状。优选地，关节部3设置在臂部2的前部、中部和后部。臂部2上与关节部3相对的一侧面为抓持物体时与被抓持物体接触的底板部26。优选地，底板部26为大致平板状。

臂部的弯曲工作原理如下：

臂部采用例如硅橡胶的柔性材料制成，当对侧壁材料相同的密闭空腔内充入气体时，壁厚较薄的侧面相对于壁厚较厚的侧面的膨胀变形量更大。同时有褶皱的侧壁相对于光滑的侧壁的膨胀变形量更大。

当对侧壁材料相同的密闭空腔内抽出气体时，壁厚较薄的侧面相对于壁厚较厚的侧面的收缩变形量更大。同时有褶皱的侧壁相对于光滑的侧壁的收缩变形量更大。

基于上述原理，如图4所示，在臂部2的上表面设置有关节部3，关节部3的内形成有中空的气室31，关节部3的气室31与空腔连通。多个气室31连续排布，使多个气室31的壁面连续而形成为褶皱。

为进一步提高臂部2在受到充气和/或抽气作用时的弯曲效果，臂部2上表面的关节部3的的壁厚d2可设置成小于底板部26的壁厚d1。

臂部2内沿臂部2的延伸方向设置有三个空腔，并且三个空腔之间互不连通。三个空腔从基端到自由端分布依次为第一空腔23、第二空腔24和第三空腔25。第一空腔23对应到臂部2的后部、第二空腔24对应到臂部2的中部、第三空腔25对应到臂部2的前部。

第一空腔23、第二空腔24和第三空腔25均与前述气室31连通，每个空腔与多个气室31连通，多个气室31连续排布，使多个气室31的壁面连续而形成为褶皱。

如图3所示，第一空腔23连通第一气管5，第二空腔24连通第二气管6，第三空腔25连通第三气管7。非限制性的，第二气管6可以从臂部2的基座22穿出，第一气管23和第三气管25可以从臂部2的侧面穿出。

基于上述结构，当对臂部2内的空腔充气时，臂部2的上表面的膨胀变形量大于臂部2的下表面的膨胀变形量，从而使臂部2向臂部2的下表面的方向弯曲。当对臂部2内的空腔抽气时，臂部2的上表面的收缩变形量大于臂部2的下表面的收缩变形量，从而使臂部2向臂部2的上表面的方向弯曲。对空腔的充气和/或抽气的体积决定了臂部2的弯曲程度。

由于臂部2包括第一空腔23、第二空腔24和第三空腔25，分别对应到臂部2的后部、中部和前部，使得对上述三个空腔单独的充气或抽气，可以使臂部2的前部、中部和后部具有不同的弯曲方向和/或弯曲程度。从而使臂部2整体具有不同的弯曲方向和/或弯曲形状，使臂部2弯曲为贴合被抓持物体表面的形状，提高抓持的成功率。

如图3所示，臂部2的底板部26设置有柔性电子器件4，柔性电子器件4可以随臂部2弯曲并且用于测量例如被抓持物体温度、臂部2的应变等信息，从而调节臂部2的弯曲方向和/或弯曲形状。柔性电子器件4包括衬底层和功能层，衬底层使用有机硅聚合物材料制成，有机硅聚合物制成的衬底层使柔性电子器件4具有柔性和延展性。优选地，衬底层使用pdms(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)。功能层包括能够测量温度和/或应变等信息的传感器，功能层夹在两个衬底层之间。柔性电子器件4的数量与空腔的数量相同，并且柔性电子器件4与空腔位置对应地安装在底板部26上。通过柔性电子器件4测量的信息，判别物体的温度和/或臂部2的应变等信息。通过信号分析终端8处理上述信息，可以检测被抓持物体和臂部2的状态，从而调节臂部2的前部、中部和后部的弯曲方向和/或弯曲程度，使臂部具有不同的弯曲形状，通过多个臂部2配合的合力来抓持物体。进而实现对不同形状、不同重量物体的有效抓持，提高对不同物体的抓持成功率。

在一种可能的实施方式中，如图5所示，柔性电子器件4通过粘贴的方式安装在底板部26上。在底板部26上形成有凹槽，柔性电子器件4和其导线41通过例如硅胶粘接剂的粘接剂粘贴到底板部26的凹槽内。待硅胶粘接剂凝固后，柔性电子器件4贴附到底板部26。贴附好的柔性电子器件4的导线41裸露在臂部2外面，导线41连接到信号分析终端8。通过粘贴的方式将柔性电子器件4连接到臂部2的底板部26操作简单、方便。

在另一种可能的实施方式中，如图6所示，柔性电子器件4嵌入到臂部2的底板部26。在浇注成型臂部2的底板部26时，先将柔性电子器件4和导线41放置在模具的相应位置上，然后将液体硅橡胶倒入模具中。待硅橡胶凝固后，柔性电子器件4和导线41就埋入到底板部26，导线41连接到信号分析终端8。通过在臂部2浇注成型时将柔性电子器件4预埋在底板部26的方式，将柔性电子器件4连接到臂部2的底板部26可以使导线41隐藏在臂部2内，具有更好的整体性和美观程度。

优选地，在液体硅橡胶倒入模具前，将导线41预先缠绕成螺旋形状，这样可以使得导线41在螺旋线的轴线方向可以有较大的变形量，避免埋入的导线41在臂部2弯曲运动时被拉断。

如图7所述，固定件9设置有与臂部2的基座22形状相同的卡槽91，柔性材料制成的臂部2可以穿过固定件9将基座22嵌入到固定件9的卡槽91中，通过固定件9与基体1连接将臂部2连接到基体1。

如图8所示，在该实施方式中，基体1上设置有用于穿过螺栓的第一通孔12，固定件9通过螺栓与基体1连接。然而，固定件9与基体1的连接方式包括但不限于螺纹连接、卡扣连接等。基体1上设置有三个能够穿过气管的第二通孔13，分别供第一气管5、第二气管6和第三气管7穿过。

当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种改变和变型，而不脱离本发明的范围。

(1)在上述实施方式中，仅以设置四个臂部2为例说明本发明。然而本发明不限于此，根据实际抓持对象可以选择两个臂部2、三个臂部2或者更多个臂部2连接到基体1。

(2)在上述实施方式中，仅以设置三个空腔为例说明本发明。然而本发明不限于此，根据实际需求可以设置两个或者更多个空腔，更多的空腔可以使臂部2的弯曲更灵活。

(3)根据实际需要，功能层还可以包括更多种传感器。