带多个伸缩部件的环形夹持机构以及机械手的制作方法

本发明涉及夹持器件领域。更具体地说，本发明涉及带多个伸缩部件的环形夹持机构以及机械手。

背景技术：

在物料运输中，经常需要应用机械手携带目标物料，进行自动化作业。虽然目前已经发展出了各式各样的机械手，但是对于某些对保护程度要求较高的器件而言，仍然缺乏合适的夹持与抓取设备。概其常见缺陷有：或是不易抓取目标物，或是易对目标物表面造成磨损，又或是缺乏抓取力，无法夹持大重量之目标物等等。究前述缺陷之原因，不胜枚举，无法一一道尽，总之，对于前述器件而言，寻找一种合适的机械手装置，实在是迫不容缓。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

如上所述，为突破种种技术困境，发明人对机械手结构进行了详细的研究与探索。在研究中，发明人发现，在解决上述问题时，机械手中最重要的部分实际上是夹持机构。

现有机械手中，金属夹持机构由于刚度太大，容易对目标物表面造成损害，而且，常见的通用型金属夹持机构，也很难对形状不规整的物体实施抓取工作；柔性的吸盘类夹持机构，同样对待吸取的目标物表面存在众多的苛刻要求，该类夹持机构需要与目标物表面完全密封接触，才能根据真空原理进行抓取工作，再者，这类的柔性夹持机构，往往也很难提供较大的抓取力。

根据以上发现，发明人提出了如下构思，即如何才能提供一种夹持机构以及相应的机械手，其既能够适应于外观形状不规整的目标物，又具有一定的柔性，能够避免对目标物造成损害，还能够提供较大的抓取力，实现对重量很大的目标物的运输作业。

循此路径，发明人在综合传统的刚性机械手与柔性机械手的基础上，找寻各种合适的设计材料时，最终得以发现，刚性的环状结构结合柔性的囊状构件可以很好的解决前述问题。其主要原理在于，囊状构件因内部具备的伸缩空间可以改变自身的形状，匹配目标物，而刚性环状机构则能够提升夹持机构整体的抓取力。

更具体的设计思路是，将囊状构件设置为与刚性环结构匹配的环形囊状构件，并进一步将囊状构件的伸缩空间设置于刚性环内部，位于刚性环内壁与囊状构件的环内通道之间，这样该环内通道就起到一个夹持作用。在实施抓取工作时，将该环内通道套设于目标物上，通过改变伸缩空间的大小，使得环内通道与目标物完全贴合，实现目标物夹持和运输作业；同时在这种结构中，由于伸缩空间是位于刚性环内壁与环内通道之间，在增大伸缩空间时，刚性环必然给予伸缩空间一个刚性的反弹作用力，并传递至环内通道，从而提升了环内通道与目标物表面的摩擦力，实现更好的夹持效果。

在进一步的优化思路中，发明人提出了一种具有多个夹持通道的环形夹持机构，且针对多个夹持通道进行了一系列的改进，大幅提升了其携带目标物的作业能力。

综上，本发明至少提供了一种环形夹持机构以及机械手，能够适应于外观形状不规整的目标物，同时又具有一定的柔性，能够避免对目标物造成损害，此外还能够提供较大的抓取力，实现对重量很大的目标物的运输作业。

本发明通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种带多个伸缩部件的环形夹持机构。

在一些实施例中，所述环形夹持机构包括：

环内设置有多个夹持通道的夹持环；以及

多个伸缩部件，所述多个伸缩部件由至少一个囊状构件提供，其中，每个伸缩部件内部设置的伸缩空间均位于所述多个夹持通道与所述夹持环的内环壁之间，用于调节所述多个夹持通道的大小。

上述方案中，“所述囊状构件”的囊壁由柔性物质制备，可以是棉料、丝料、动物皮料(例如猪皮、牛皮等)、橡胶、硅胶等。“所述夹持环”可以是封闭式的，也可以是具有开口的非封闭环；“所述夹持环”可以由硬质材料制备，例如塑料、金属等物质，但是在某些实施例中，也可以由柔性材料制备，例如尼龙橡胶等。此外，“所述夹持通道”与“所述夹持环”中内环通道的贯通方向相同。

在一些实施例中，所述多个夹持通道连通设置。

在一些实施例中，所述多个伸缩部件与所述多个夹持通道一一对应，所述每个伸缩部件设置为环形，所述每个伸缩部件的环内通道设置为对应的夹持通道。

在一些实施例中，所述多个伸缩部件由一个环形的囊状构件提供，所述囊状构件沿着所述多个夹持通道的贯通方向将自身分割成所述多个伸缩部件。

上述方案中，所述囊状构件的结构类似于环形管道，夹持通道与所述囊状构件的内环通道的贯通方向相同即可。

在一些实施例中，所述的环形夹持机构，还包括至少一个分割环，所述分割环设置于所述囊状构件的环内通道中，且与所述夹持环分别沿着所述环内通道的环内外两侧方向，与所述囊状构件的侧部抵触密封连接，使所述囊状构件分割成所述多个伸缩部件。

上述方案中，“分割环”可以由柔性材料制备，也可以由硬质材料制成，其中，柔性材料可以参考前述囊状构件的制备材料进行设计，硬质材料可以参考前述夹持环的制备材料进行设计。

在一些实施例中，所述夹持环设置于所述囊状构件的内部空间中，所述囊状构件在远离所述环内通道的外侧部设置开口；

其中，在所述开口处，所述囊状构件上设置有第一连接部、第二连接部，并通过所述第一连接部与所述夹持环的外环壁抵触密封连接，以及所述第二连接部与所述夹持环的内环壁密封连接。

在一些实施例中，所述夹持环在所述开口处朝环外延伸形成凸起部，所述凸起部伸出所述开口。

在一些实施例中，所述凸起部上设置连通所述多个伸缩部件中的多个伸缩空间与外部空间的进气通道。

在一些实施例中，所述的环形夹持机构，还包括套设在所述第一连接部上的紧固环；其中，

在所述夹持环的外环壁与所述第一连接部之间的密封连接处，所述夹持环上设置有第一防滑槽，所述第一防滑槽通过所述紧固环将所述第一连接部压设于其槽中，

在所述夹持环的内环壁与所述第二连接部之间的密封连接处，所述夹持环上设置有第二防滑槽，所述第二防滑槽通过所述分割环将所述第二连接部压设于其槽中。

上述方案中，紧固环的制备材料与分割环类似。

本发明的第二方面

在第一方面的基础上，第二方面提供了一种机械手，包括：第一方面所述的环形夹持机构；以及与所述环形夹持机构连接的机械臂。

本发明的实施例的技术效果至少包括：

在一些实施例中，本发明的环形夹持机构以及机械手能够适应于外观形状不规整的目标物，又具有一定的柔性，能够避免对目标物造成损害，还能够提供较大的抓取力，实现对重量很大的目标物的运输作业。

在一些实施例中，对囊状构件的的囊壁结构进行了针对性的设计，提高了所述环形夹持机构的抓取力。

在一些实施例中，本发明的环形夹持机构通过设置多个夹持通道，大幅提升了其对于目标物的运输携带能力。

在一些实施例中，将所述多个夹持通道连通，并设置于一个环形的囊状构件中，简化了环形夹持机构的结构设计，降低了生产成本，同时提高了运输作业过程中的使用便捷性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一些实施例中带多个伸缩部件的环形夹持机构的一个结构示意图；

图2为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的又一个结构示意图；

图3为本发明的一些实施例中所述囊状构件的囊壁的内部结构示意图；

图4为本发明的一些实施例中所述囊状构件上第一层帘布与第二层帘布中帘子线的排布示意图；

图5为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的另一个结构示意图；

图6为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的再一个结构示意图；

图7为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的再一个结构示意图；

图8为图7中m部分的局部结构放大示意图；

图9为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的其中一个工作示意图；

图10为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的另一个工作示意图；

图11为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的又一个工作示意图；

图12为本发明的一些实施例中所述环形夹持机构的再一个工作示意图；

图13为本发明的一些实施例中所述机械手的其中一个工作示意图；

图14为本发明的一些实施例中所述机械手的另一个工作示意图；

附图标记：

环形夹持机构100，夹持环120，凸起部121，进气通道122，第一防滑槽123，第二防滑槽124，内环通道125，内环壁126，外环壁127，夹持通道128，连接孔129，囊状构件140，内部空间141，开口142，第一部143，第二连接部144，环内通道145，伸缩部件146，伸缩空间147，伸缩环通道148，第一防滑块149，分割环160，通孔161，紧固环180，目标物2000，机械臂200，机械手1000。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，并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。

以下结合附图对本发明的具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

第一实施例

如图1-10所示，第一实施例提供了一种带多个伸缩部件146的环形夹持机构100，参见图1、2、7、9、10，所述环形夹持机构100包括：

环内设置有多个夹持通道128的夹持环120；以及

多个伸缩部件146，所述多个伸缩部件146由至少一个囊状构件140提供，其中，每个伸缩部件146内部设置的伸缩空间147均位于所述多个夹持通道128与所述夹持环120的内环壁126之间，用于调节所述多个夹持通道128的大小。

如前文所述，本实施例中的所述环形夹持机构100通过相互之间匹配设置刚性的夹持环120与柔性的囊状构件140，能够适应于外观形状不规整的目标物2000，同时又具有一定的柔性，能够避免对目标物2000造成损害，此外还能够提供较大的抓取力，实现对重量很大的目标物2000的运输作业。

需要强调的是，本实施例中由于提供了多个夹持通道128，大幅提升了所述环形夹持机构100的抓取力。以下通过更为具体的实施方式进行说明本实施例。

对于所述环形夹持机构100的使用，可以按照如下流程进行。在所述伸缩构件未膨胀时，也即夹持通道128处于最大孔径时，将目标物200的待抓取端放入所述夹持通道128中(具体可以参见图9所示)，然后向所述囊状构件140中的伸缩空间147中充气，使得所述伸缩构件膨胀，缩小夹持通道128的孔径，夹紧目标物2000(具体可以参见图10所示)，之后便可以实施后续的运输作业。如前所述，本实施例的操作非常简单，便于作业人员快速完成运输作业。

为使得更加清楚完整公开所述环形夹持机构100，下文将逐次从不同方面详述本实施例以及诸种其他变形实施例中的环形夹持机构100。

实际上夹持通道128的大小是由夹持环的内环通道125与伸缩部件146共同限制的，在大多数的具体实施方式中，夹持通道128都是夹持环的内环通道125去掉伸缩部件中的伸缩空间147的部分。

因此，夹持环120与囊状构件140的性质对于夹持通道128的影响非常重要，鉴于此，首先阐述的关于本申请技术方案能够实现的一个基本方面，即所述环形夹持机构100的制造材料如何选取。

在前述发明内容中，已经详细阐述了所述囊状构件140、所述伸缩部件146、所述夹持环120的制备材料的选取。与前文不同的是，本实施例在这里强调的是一些优选方式，具体如下：

如图3所示，所述囊状构件140的囊壁h的制备材料优选为由内层橡胶j、第一层帘布k、第二层帘布l和外层橡胶m一体硫化构成。本实施例中，所述囊状构件140的囊壁由多层结构混合构成，能够大幅提升囊状构件140的韧性与伸缩性。更优选的方案中，第一层帘布k、第二层帘布l之间还设置有帘布胶。

其中，内层橡胶、外层橡胶可以由氯丁橡胶构成。在某些实施例中，也可以由其他弹性材料制备而成，例如硅胶、含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶等等。所述帘布胶可以为含有天然橡胶和氯丁橡胶的混合橡胶。

进一步地，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线均呈子午线式排列，所述第一层帘布和所述第二层帘布中的帘子线之间的夹角为0度。1i帧，帘子线呈子午线式的排列时(子午线式的排列结构如图4所示的n)，能够增大所述囊状构件160的膨胀直径，更好地调节所述夹持通道140。

而所述夹持环120则优选为环形执行器。

在某些实施例中，所述夹持环120也可以由柔性物质制备，例如尼龙橡胶混合物等等。

除以上所述外，本申请中最重要的还是所述环形夹持机构100的结构设计部分，而环形夹持机构100中最重要的部分又莫过于伸缩部件146的设计，所以下文首先阐述这方面的结构设计。

为了提升夹持效果，本实施例中，所述夹持环120优选为封闭环式结构。容易理解的是，封闭式的夹持环120可以使得目标物2000的四周均受到夹持力作用，从而提升夹持效果。

又如前所述，所述多个伸缩部件146由至少一个囊状构件140提供。具体地，在本实施例中优选为一个囊状构件140，显而易见，这种设计方式可以简化所述环形夹持机构100的结构，具体可以参见图7，其中，图7(a)是所述环形夹持机构100分解后的剖面示意图，图7(b)是所述环形夹持机构100装配完成后的剖面示意图。

在一些其他实施例中，所述多个伸缩部件146还有更多的实现方式，当其由多个囊状构件140提供时，至少可以如下设计。

例如在图5所示的实施例中，每个囊状构件140a都设置为一个伸缩部件146a，再将多个囊状构件设置在所述夹持环120内与夹持环120的内环壁抵触连接，从而制造了多个夹持通道128a，在使用时，改变伸缩部件146a中伸缩空间147a的大小即可调节多个夹持通道128a的大小。

此外，在图5实施例的基础上，图6所示的实施例进一步将每个囊状构件140b设置为环形的伸缩构件146b，增加了夹持通道128b的数量，主要增加的部分是伸缩构件146b的伸缩环通道。同样地，在使用时，改变伸缩部件146b中伸缩空间147b的大小即可调节多个夹持通道128b的大小。

在上述基础上，为了进一步地简化夹持通道128的结构设计，如图7所示，本实施例将所述多个夹持通道128连通设置。这样，多个夹持通道128的贯通方向相同，设计相应的伸缩部件146与囊状构件140时也要容易点。

又进一步地，为了便于设计夹持通道128，本实施例中，所述多个伸缩部件146与所述多个夹持通道128一一对应，所述每个伸缩部件146设置为环形，所述每个伸缩部件146上的伸缩环通道148设置为对应的夹持通道128，也就是说每个伸缩部件146上的伸缩环通道148与对应的夹持通道128为同一通道。

本方案中，“一一对应”具体指的是，每个伸缩部件146对应一个夹持通道128，也就是说，每个伸缩部件146主要用于调节其对应的夹持通道128。

再进一步地，所述多个伸缩部件146由一个环形的囊状构件140提供，所述囊状构件140沿着所述多个夹持通道128的贯通方向将自身分割成所述多个伸缩部件146。

本实施例为了便于设计与组装所述环形夹持机构100，所述囊状构件140的形状设置为与所述夹持环120匹配的环形，所述囊状构件140与所述夹持环120同轴设置。如此，所述囊状构件140的环内通道145被分割成与所述多个伸缩部件146对应的所述多个伸缩环通道148。

在本实施例的前述方案中，还能带来一个技术效果是：可以大幅提升所述环形夹持机构100在结构上的紧凑度。

需要强调的是，除了上述技术效果外，本实施例的上述方案还能够大幅提升夹持效果，尤其是在对一些抓取端上具有凸起的目标物2000，具体如图11所示。

在图11所示的应用例中，可以看出，目标物2000中部位置的凸起夹在两个夹持通道128之间，使得重量较大的目标物2000在运输作业中不易从所述环形夹持机构100中掉落。

此外，本实施例对于一些类似s形的弯折形态的目标物2000，也具有突出的夹持效果，具体可以参见图12所示，图12所示的应用例中的工作原理与图11的应用例类似，因此不再赘述。

再一次，为了提升所述的环形夹持机构100的抓取力，本实施例中所述的环形夹持机构100还包括至少一个分割环160，所述分割环160设置于所述囊状构件140的环内通道145中，且与所述夹持环120分别沿着所述环内通道145的环内外两侧方向，与所述囊状构件140的侧部抵触密封连接，使所述囊状构件140分割成所述多个伸缩部件146。

本实施例中，设置了一个分割环160，将所述囊状构件140分成了两个伸缩部件146，所述分割环160使得两个伸缩空间147成为相互独立的封闭空间，提升了伸缩空间147的密封性，从而使得伸缩空间147膨胀时，对应的伸缩部件146具备更大的膨胀力，由此可以提升夹持通道128对目标物2000的夹持效果。

当然，在某些实施例中，分割环160的数量不受本实施例的限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定。

此外，在本实施例中，所述分割环160为可收缩式非封闭弹性环结构，如图1所示，其上还设置有两个通孔161(图中只示出了一个通孔161)，用于与外部的卡钳等设备连接，以便于将分割环160从所述囊状构件140的环内通道145中取出。

在上述基础上，为了更进一步提升密封效果，如图7所示，本实施例中，所述夹持环120设置于所述囊状构件140的内部空间141中，所述囊状构件140在远离所述环内通道145的外侧部设置开口142；

其中，在所述开口142处，所述囊状构件140上设置有第一连接部143、第二连接部144，并通过所述第一连接部143与所述夹持环120的外环壁127抵触密封连接，以及所述第二连接部144与所述夹持环120的内环壁126密封连接。

在本实施例的此项方案中，需要说明的是，实际上，所述第一连接部143、所述第二连接部144是所述外侧部的一部分。

此外，所述夹持环120与所述囊状构件140之间为可拆卸连接方式，便于实现所述囊状构件140的更换。

又为了便于将所述囊状构件140安装在所述夹持环120上时对其进行定位，本市实施例中，所述夹持环120在所述开口142处朝环外延伸形成凸起部121，所述凸起部121伸出所述开口142。

在如上所述的设计方案中，安装所述囊状构件140时，所述凸起部121至少能够起到一个定位的标识性作用。实际作业中，将所述囊状构件140在所述开口142处两侧的第一连接侧部分别固定于所述夹持环120在所述凸起部121两侧的对应位置即可。

进一步地，如图7所示，所述凸起部121上设置连通所述多个伸缩部件146中的多个伸缩空间147与外部空间的进气通道122。

需要说明的是，所述进气通道122包括沿所述夹持环120径向设置在所述凸起部121中的第一部分120a，沿所述夹持环120轴向设置在所述夹持环120壁中的第二部分120b，沿所述夹持环120径向设置在所述夹持环120壁中的第三部分120c与第四部分120d。充气时，外部气源中的气体依次从第一部分120a经过第二部分120b至第三部分120c进入其中一个伸缩空间147中，依次从第一部分120a经过第二部分120b至第四部分120d进入另一个伸缩空间147中。

容易理解的是，在某些其他实施例中，所述进气通道122也可以设置于其他部位。只是相对于本实施例中的设计而言，进气通道122设置在其他部位可能不容易为所述囊状构件140进行充放气工作。

进一步地，为了提升密封效果，所述的环形夹持机构100，还包括套设在所述第一连接部143上的紧固环180；其中，

在所述夹持环120的外环壁127与所述第一连接部143之间的密封连接处，所述夹持环120上设置有第一防滑槽123，所述第一防滑槽123通过所述紧固环180将所述第一连接部143压设于其槽中，

在所述夹持环120的内环壁126与所述第二连接部144之间的密封连接处，所述夹持环120上设置有第二防滑槽124，所述第二防滑槽124通过所述分割环160将所述第二连接部144压设于其槽中。

如图8所示，进一步地，所述第一防滑槽123的深度d为高度h的一半，在这个方面，所述第二防滑槽124与所述第一防滑槽123相同设计。本方案在降低了加工成本的同时，保障了扣压的密封性。

需要说明的是，本实施例中，设置了多个第一防滑槽123与第二防滑槽124。在进一步的优选中，相应地，所述第一连接部143上还设置了与所述第一防滑槽123匹配的第一防滑块149，所述第一防滑块149能够插入所述第一防滑槽123中，同样地，所述第二连接部144上也设置了与所述第二防滑槽124匹配的第二防滑块(图中未示出)，所述第二防滑块结构与所述第一防滑块149类似。

最后，由于所述环形夹持机构100通常作为机械手的一部分发挥作用，因此其还需要与其他装置或结构连接，因此在所述夹持环120上设置有连接孔129，所述连接孔129优选为螺纹孔。在进一步地优选中，所述连接孔129设置在所述凸起部121上。

第二实施例

继续如图13-14所示，第二实施例提供了一种机械手1000，包括：机械臂200、以及第一实施例中所述的环形夹持机构100，其中，所述机械臂200与所述环形夹持机构100通过所述连接孔129连接。

本实施例中的机械手尤其适用于抓取具有细长部分结构、整体重量较大、易碎的不规则形状的目标物，例如一些喇叭状器件，具体可以是电视机的显像管。

本实施例的机械手1000的工作原理上文已述，具体可以参见第一实施例中的说明。关于所述机械手1000的工作原理示意图，具体可以参见图7-10所示，其中，图11为伸缩构件未充气状态下机械手对目标物2000的抓取示意图，图12为伸缩构件充气状态下机械手对目标物2000的抓取示意图。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。