一种多功能机械臂末端执行器的制作方法

1.本发明属于机械臂领域，具体涉及一种多功能机械臂末端执行器。


背景技术：

2.在机械臂领域，尤其是桌面机械臂领域，末端执行器通常为刚性机械手爪。但刚性机械手爪，容易划伤或者破坏所抓取物体表面完整性，并且难以形成有效包覆，且由于力度难以控制，很难对柔软、脆弱物体实现无损抓取，导致其应用场景均存在局限性。
3.现有技术中已经存在柔性末端执行器，柔性末端执行器采用柔性材料制作，通过气压致动变形，适应所抓取物体的能力较强，并且其柔性材料能够实现对柔软、脆弱物体的抓取而不会对物体本身产生损伤。但现有技术中的柔性末端执行器，仍然存在功能单一的问题，其往往只能实现抓取一些块状物品的操作；对于一些面积较大的片状物体，如纸张、玻璃等，无法实现取放操作；往往需要更换其它末端执行器，效率较低，使用不便。


技术实现要素：

4.为了至少解决上述技术问题之一，本发明采用的技术方案是提供一种多功能机械臂末端执行器，能够针对不同的物品分别实现抓取和吸取操作，可快速进行功能状态切换，使用方便。
5.为了至少实现上述目的之一，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种多功能机械臂末端执行器，包括：缸体基座、活塞、吸盘、柔性手指、连杆、安装盘；所述活塞安装在所述缸体基座中，所述活塞与所述吸盘固连；所述吸盘通过所述连杆与所述柔性手指连接；所述柔性手指铰接在所述缸体基座上；所述安装盘设置在所述缸体基座上，所述安装盘用于与所述机械臂的末端连接；致动所述活塞在所述缸体基座内靠近所述安装盘移动，所述活塞带动所述吸盘往靠近所述缸体基座移动，所述吸盘通过所述连杆致动所述柔性手指往平行于所述活塞的轴线方向移动，所述柔性手指进行抓取操作；致动所述活塞在所述缸体基座内远离所述安装盘移动，所述活塞带动所述吸盘往远离所述缸体基座移动，所述吸盘通过所述连杆致动所述柔性手指往垂直于所述活塞的轴线方向移动，所述吸盘进行抓取操作。
6.进一步地，所述缸体基座包括缸体部和基座部；所述缸体部包括侧壁和底壁，所述底壁上设置有导向孔，所述侧壁上开设有第一气孔，所述第一气孔以贯穿所述侧壁并在所述底壁上形成凹槽的方式延伸至所述导向孔；所述缸体部和所述基座部通过所述导向孔流体连通；所述基座部的一端与所述缸体部连接，所述基座部的另一端设置有多个第一连接部。
7.进一步地，所述活塞通过标记或者定位装置安装在所述缸体部中；所述活塞包括活塞杆；所述活塞杆的轴向末端中部设置有中心气孔，所述中心气孔延伸至所述活塞头，并
被所述活塞头密封；所述活塞杆的轴向末端沿垂直于所述活塞杆轴向方向设置有开口凹槽，所述开口凹槽与所述中心气孔流体连通；所述活塞杆上沿垂直于所述活塞杆轴向方向还设置有第二气孔和第三气孔，所述第二气孔和第三气孔均与所述中心气孔流体连通；所述第二气孔靠近所述活塞头设置，所述第三气孔与所述开口凹槽流体连通。
8.进一步地，所述活塞包括活塞头；所述活塞头设置在所述缸体部内，并与所述缸体部滑动密封配合；所述活塞杆穿过所述导向孔进入到所述基座部中；所述活塞头将所述缸体部分割为活塞有杆腔和活塞无杆腔；所述活塞头与所述底壁抵接时，所述第二气孔与所述第一气孔流体连通。
9.进一步地，所述吸盘包括安装部、连接部和盘体；所述安装部设置有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括安装孔和第四气孔；所述第四气孔连通所述安装孔和所述连接部的内部腔体；所述安装部上还设置有多个第二连接部，所述第二连接部上还设置有与所述安装孔连通的连接孔；所述连接部连接所述盘体和安装部。
10.进一步地，所述活塞杆的轴向末端与所述安装孔密封配合固连；所述安装孔内还设置有单向球阀，所述单向球阀的直径小于所述安装孔的直径，所述单向球阀的直径大于所述第四气孔的直径，所述单向球阀能将所述第四气孔封闭。
11.进一步地，所述柔性手指包括柔性体和安装座，所述柔性体的进气口端设置在所述安装座上；所述安装座的第一连接端与所述第一连接部铰接；所述安装座的第二连接端通过所述连杆与所述第二连接部铰接。
12.进一步地，所述连杆上设置有凸起部，所述凸起部上设置有软管孔；所述软管的一端与所述柔性手指的进气端密封连接，另一端依次穿过所述软管孔、连接孔，与所述第三气孔密封连接。
13.进一步地，所述安装盘上还设置有通气孔，所述通气孔将所述活塞无杆腔与外界大气流体连通。
14.进一步地，所述致动所述活塞通过外部动力源向所述第一气孔的进吸气口进行吸气或加压气体实现；所述外部动力源包括流量调节阀，所述流量调节阀用于调节气体流量，进行所述多功能机械臂末端执行器的动作快慢调节。
15.本发明提供一种多功能机械臂末端执行器与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的多功能机械臂末端执行器，在进行外部加气操作时能够实现抓取操作，在进行外部吸气操作时能够实现吸取操作；能够针对不同的物品分别实现抓取和吸取，且可快速进行功能状态切换，使用方便。
16.本发明提供的多功能机械臂末端执行器中，柔性手指加压弯曲再结合连杆结构致动的大动作移动，使多功能机械臂末端执行器的适用范围增大、应用场景增多；尤其对于桌面型机械臂的大多数操作，无需更换末端执行器即可完成。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的保护范围。
附图说明
18.图1为本发明实施例中的一种多功能机械臂末端执行器的结构示意图；
图2为本发明实施例中的一种多功能机械臂末端执行器处于吸取功能的结构示意图；图3为本发明实施例中的一种多功能机械臂末端执行器处于吸取功能的内部结构示意图；图4为本发明实施例中的缸体基座的结构示意图；图5为本发明实施例中的缸体基座的内部结构示意图；图6为图5中的局部放大图；图7为本发明实施例中活塞的结构示意图；图8为本发明实施例中活塞的内部结构示意图；图9为本发明实施例中吸盘的结构示意图；图10为本发明实施例中吸盘的内部结构示意图；图11为本发明实施例中连杆的结构示意图；图12为本发明实施例中多功能机械臂末端执行器进行吸取和抓取功能转换的结构示意图；图13为本发明实施例中多功能机械臂末端执行器进行吸取和抓取功能转换的内部结构示意图；图14为本发明实施例中多功能机械臂末端执行器处于抓取功能的结构示意图；图15为本发明实施例中多功能机械臂末端执行器处于抓取功能的内部结构示意图；其中，1缸体基座、1-1缸体部、1-11侧壁、1-12底壁、1-13导向孔、1-2基座部、1-3第一气孔、1-4第一连接部、2活塞、2-1活塞头、2-2活塞杆、2-21中心气孔、2-22第二气孔、2-23第三气孔、2-3开口凹槽、3吸盘、3-1安装部、3-11第二连接部、3-12连接孔、3-2连接部、3-3盘体、3-4安装孔、3-5第四气孔、4柔性手指、4-1柔性体、4-2安装座、5连杆、5-1第一端、5-2第二端、6单向阀球、7安装盘、7-1通气孔。
具体实施方式
19.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.以下，将通过具体实施例对本发明提供的一种多功能机械臂末端执行器作详细说明：如图1-15所示，本实施例提供一种多功能机械臂末端执行器，主要包括缸体基座1、活塞2、吸盘3、柔性手指4、连杆5、单向阀球6、安装盘7和软管（图中未示出）等零部件。
23.缸体基座1包括缸体部1-1和基座部1-2；所述缸体部1-1和基座部1-2可一体设置，也可分体设置。缸体部1-1呈上部开口的圆筒型，包括侧壁1-11和底壁1-12；所述底壁1-12上设置有导向孔1-13。在所述侧壁1-11上开设有第一气孔1-3，所述第一气孔1-3以贯穿侧壁1-11并在所述底壁1-12上形成凹槽的方式，延伸至导向孔1-13形成。在缸体部1-1和基座部1-2之间依然只能通过导向孔1-13流体连通。
24.基座部1-2整体呈类圆台型，基座部1-2的小端与缸体部1-1连接，基座部1-2的大端设置有多个第一连接部1-4。在本实施例中第一连接部1-4设置有三个，并沿基座部1-2的大端周向均布。
25.活塞2包括活塞头2-1和活塞杆2-2；所述活塞头2-1和活塞杆2-2可一体设置，也可分体设置。活塞杆2-2的轴向末端中部设置有中心气孔2-21，所述中心气孔2-21延伸至活塞头2-1，并被所述活塞头2-1密封。活塞杆2-2的末端沿垂直于活塞杆轴向方向设置有开口凹槽2-3，所述开口凹槽2-3与中心气孔2-21连通。在所述活塞杆2-2上沿垂直于活塞杆轴向方向还设置有第二气孔2-22和第三气孔2-23，所述第二气孔2-22和第三气孔2-23均与中心气孔2-21流体连通；其中第二气孔2-22靠近所述活塞头2-1设置，第三气孔2-23还与所述开口凹槽2-3流体连通。
26.活塞头2-1设置在缸体部1-1内，并与缸体部1-1内壁滑动密封配合。活塞杆2-2穿过导向孔1-13进入基座部1-2中。活塞头2-1将缸体部1-1内部腔体分割为活塞有杆腔和活塞无杆腔。活塞头2-1在缸体部1-1内上下移动时，导向孔1-13对活塞杆2-2进行导向。当活塞2在基座部1-2内安装时可通过做标记或者定位装置的方式，使活塞头2-1与底壁1-12抵接后，使活塞杆2-2上的第二气孔2-22与第一气孔1-3高度上对齐，且两者之间流体连通。定位装置例如可通过在缸体部1-1内壁沿轴向设置凸棱，活塞头2-1设置与所述凸棱相适配的凹槽实现定位，使活塞2安装在基座部1-2中后，第二气孔2-22与第一气孔1-3平行。
27.由于第一气孔1-3包括在底壁1-12上的凹槽，所以活塞头2-1与底壁1-12抵接时，活塞头2-1不能完全把第一气孔1-3关闭，只能关闭侧壁1-11上一部分。即当活塞头2-1与底壁1-12抵接时，外界仍能通过第一气孔1-3与活塞杆上的第二气孔2-22之间流体连通。
28.吸盘3包括安装部3-1、连接部3-2和盘体3-3。安装部3-1中心设置有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括安装孔3-4和第四气孔3-5。所述第四气孔3-5流体连通安装孔3-4和连接部3-2及盘体3-3的内部腔体。安装部3-1上还设置有多个第二连接部3-11；在本实施中第二连接部3-11设置有三个，并沿安装部3-1的周向均布。第二连接部3-11上还设置有与安装孔3-4连通的连接孔3-12。连接部3-2用于将盘体3-3与安装部3-1连接。
29.活塞杆2-2的轴向末端通过与所述安装孔3-4密封配合，实现与安装部3-1固连。活塞杆2-2与安装部3-1固连后，安装孔3-4的剩余空腔中还设置有单向球阀6，所述单向球阀6的直径小于安装孔3-4的直径，但大于第四气孔3-5的直径，所述单向球阀6可将所述第四气孔3-5进行封闭。
30.柔性手指4包括柔性体4-1和安装座4-2。柔性体4-1包括片状基底和关节，片状基
底和关节之间形成气腔。关节包括多个波峰，在相邻的两个波峰之间设置有波谷。当向柔性体4-1内部气腔加入气体时，柔性体4-1整体呈褶皱状的关节，相比片状的基底易发生膨胀形变，从而使柔性体4-1的关节向基底一侧弯曲，从而使基底与物品接触，形成抓或握物品的操作。
31.柔性体4-1的进气口端与安装座4-2连接，并通过所述安装座4-2进行安装。安装座4-2的第一连接端与缸体基座1的第一连接部1-4铰接连接；安装座4-2的第二连接端通过连杆5与吸盘3的第二连接部3-11铰接连接。
32.连杆5的第一端5-1与吸盘3的第二连接部3-11铰接连接；连杆5的第二端5-2与安装座4-2的第二连接端铰接连接。连杆5上还设置有凸起部5-3，凸起部5-3上设置有软管孔5-4。所述柔性手指4和连杆5的数量与所述第一连接部1-4和第二连接部3-11的数量相同。
33.多个软管（图中未示出）的一端分别与所述柔性手指4的进气端密封连接，另一端分别穿过相应所述连杆5的软管孔5-4后，再穿过吸盘3上的连接孔3-12与活塞2的第三气孔2-23密封连接。
34.缸体基座1的缸体部1-1上还固连有安装盘7。安装盘7可安装在机械臂的末端，安装盘7上还设置有通气孔7-1，通气孔7-1实现缸体部1-1内的活塞无杆腔与外界大气流体连通，便于活塞上下移动，以防止形成高压或负压。
35.本发明提供的一种多功能机械臂末端执行器的工作原理具体介绍如下：吸取功能：当通过外部动力源，例如气泵，从第一气孔1-3的进吸气口进行吸气操作时，缸体部1-1内部活塞有杆腔由于压力减小，活塞2在缸体基座1内往下移动，直至活塞头2-1与底壁1-12抵接；此时外界仍能通过第一气孔1-3与活塞杆上的第二气孔2-22之间流体连通，又由于第二气孔2-22通过中心气孔2-21与安装孔3-4连通，安装孔3-4通过第三气孔2-23、软管与柔性手指4连通。当柔性手指4内部气体被吸出后，安装孔3-4内压力降低，单向球阀6离开第四气孔3-5，并克服重力往上移动，与活塞杆2-2的轴向末端相抵接，由于活塞杆2-2的末端设置有开口凹槽2-3，单向阀球6的直径大于开口凹槽2-3的宽度，单向阀球6不会将中心气孔2-21堵住，安装孔3-4通过第四气孔3-5与盘体3-3的内部空腔流体连通。当盘体3-3末端与物体接触时，会在吸盘3内部形成负压，实现多功能机械臂末端执行器的吸取功能；此时气体流通路径如图3中虚线所示。通过外部动力源可控制多功能机械臂末端执行器的吸力大小，实现物品的取放。
36.当活塞2在缸体基座1内往下移动时，带动吸盘3向下伸出。同时吸盘3通过连杆5将柔性手指4的末端举起，使柔性手指4往水平状态移动，从而使吸盘3完全凸出柔性手指4。当吸盘3进行物品吸取时，可实现柔性手指4的避让。
37.抓取功能：通过外部动力源从第一气孔1-3的进吸气口进行加压气体操作时，缸体部1-1内部活塞有杆腔由于压力增大，活塞2在缸体基座1内往上移动，直至活塞头2-1与安装盘7抵接；此时外界通过第一气孔1-3、缸体部1-1内部活塞有杆腔、第二气孔2-22、中心气孔2-21与安装孔3-4连通。由于安装孔3-4内具有一定压力，单向球阀6会堵住第四气孔3-5。安装孔3-4通过第三气孔2-23、软管与柔性手指4连通。柔性手指4在高压气体的作用下，整体向基底一侧弯曲，形成抓或握物品的操作；此时气体流通路径如图15中虚线所示。
38.当活塞2在缸体基座1内往上移动时，将吸盘3向上拉入基座部1-2内的空腔中。同时吸盘3通过连杆5将柔性手指4的末端压下，使柔性手指4往垂直状态移动，从而使吸盘3完全包在柔性手指4的上部。当柔性手指4进行物品抓取时，可实现吸盘3的避让。
39.当多功能机械臂末端执行器进行吸取功能和抓取功能之间的转换时，通过从第一气孔1-3的进吸气口进行加气或吸气操作进行；此时气体流通路径如图13中虚线所示。
40.本发明提供的一种多功能机械臂末端执行器，在进行加气或吸气操作时，可通过外部设置流量调节阀调节气体流量，实现多功能机械臂末端执行器的动作快慢调节。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面
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可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。