阅读说明：本技术 具有合成纤维胶的机器人和抓取器 (Robot and gripper with synthetic fiber glue ) 是由 姜皓 王世全 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：具有合成纤维胶的机器人(300)和抓取器(100)。抓取器可包括壳体(10)和两个指状组件(20)。指状组件用于在两个相对的侧面上抓取物体。每个指状组件可包括连接杆(201)、衬垫部(202)和合成纤维胶层(203)。连接杆能够可移动地连接到壳体。衬垫部可以连接到连接杆,并且连接杆可以在驱动力的作用下使衬垫部朝向物体移动。合成纤维胶层可以附着到衬垫部。合成纤维胶层的微纤维朝远离壳体的方向倾斜。(A robot (300) with synthetic fiber glue and a gripper (100). The gripper may comprise a housing (10) and two finger assemblies (20). The finger assemblies are used to grasp objects on two opposing sides. Each finger assembly may include a connecting bar (201), a pad portion (202), and a synthetic fiber glue layer (203). The connecting rod can be movably connected to the housing. The pad portion may be connected to the connection rod, and the connection rod may move the pad portion toward the object by a driving force. A synthetic fiber glue layer may be attached to the pad portion. The microfibers of the synthetic fiber glue layer are inclined in a direction away from the shell.)

具有合成纤维胶的机器人和抓取器

交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(e)，要求于2018年8月22日提交的、申请号为62/721,352、标题为“增强多指抓取器抓取能力的合成纤维粘附机制”的美国临时专利的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及抓取设备，尤其涉及具有合成纤维胶的机器人和抓取器。

背景技术

机器人抓取器广泛用于工业自动化和制造业、涉及人机交互的服务和研究实验室。大多数多指抓取器严重依赖于任一法向夹紧力来产生足够的摩擦力。对于能够装配在手指之间的小物体，抓取能力在很大程度上取决于致动力，这对于许多抓取器是较难实现的限制。对于超出手指的夹紧范围的大物体，特别是具有大的平坦表面的大物体，除了空气抽吸和磁体(对于铁磁物体)之外，几乎没有任何解决方案，这需要大量的附加基础设施和气动致动系统。在拾取易碎物体时精细地控制吸力以防止永久损坏也是具有挑战性的。

发明内容

因此，本公开旨在提供一种具有合成纤维胶的机器人和抓取器。

为解决上述问题，本公开采用的技术方案是提供一种抓取器。抓取器可包括壳体和两个指状组件。每个指状组件可包括连接杆、衬垫部和合成纤维胶层。连接杆能够可移动地连接到壳体。衬垫部可以连接到连接杆，并且连接杆可以在驱动力的作用下使衬垫部朝向物体移动。合成纤维胶层可以附着到衬垫部。合成纤维胶层的微纤维在与抓取器的操纵方向相反的方向上倾斜。

为解决上述问题，本公开采用的技术方案是提供一种抓取器。抓取器可包括壳体和两个指状组件。每个指状组件可包括连接杆、衬垫部和合成纤维胶层。连接杆能够可移动地连接到壳体。衬垫部可以连接到连接杆，并且连接杆可以在驱动力的作用下使衬垫部朝向物体移动。合成纤维胶层可以附着到衬垫部。当抓取器在半空中提升物体时，合成纤维胶层被重力激活，使得合成纤维胶层的微纤维与物体之间的接触面积和粘合力增加。

为了解决上述问题，本公开所采用的另一种技术方案是提供一种具有抓取器的机器人。抓取器可包括壳体和两个指状组件。每个指状组件可包括连接杆、衬垫部和合成纤维胶层。连接杆能够可移动地连接到壳体。衬垫部可以连接到连接杆，并且连接杆可以在驱动力的作用下使衬垫部朝向物体移动。合成纤维胶层可以附着到衬垫部。合成纤维胶层的微纤维在与抓取器的操纵方向相反的方向上倾斜。

本公开提供的抓取器手指单元基于合成纤维粘附，可以安装在常规的多手指抓取器上，以提高对多种物体的抓取能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a至1c示出了合成纤维胶组件的示例性附着和分离操作。

图2示出了根据本公开实施例的具有合成纤维胶的抓取器的结构图。

图3是图2所示的区域III的放大图。.

图4是图3所示结构的侧视图。

图5a至5c示出了合成纤维胶层的几种示例性构造。

图6示出了根据本公开实施例的具有抓取器的机器人的结构图。

具体实施方式

现在将参考附图和示例详细描述本公开。显然，所描述的实施例仅仅是本公开的实施例的一部分，而不是所有实施例。本领域普通技术人员在没有创造性努力的情况下，基于本公开的实施例获得的所有其它实施例将落入本公开的保护范围内。

图1a至1c描绘了合成纤维胶组件的附着和分离操作。在某些实施例中，胶组件具有尖的纤微状的微纤维，使得当胶组件首先与物体接触时，与待抓取物体的表面的初始接触面积是可忽略不计的(如图1a所示)，因此胶不会粘附到物体的表面。当纤维胶接触物体的表面时，可通过剪切力激活胶组件(如图1b所示)，并且该运动在剪切方向向内预加载纤维胶。预加载力可通过柔性弹簧和加载腱(未标记)传递到纤维胶，以保证纤维胶的最佳加载角甚至应力分布。随着激活运动，胶纤维逐渐贴附，使得胶纤维与物体表面之间的接触面积显著增加。因为粘合力与胶的微纤维和物体表面之间的接触面积成比例，所以粘合力也显著增加。因此，即使物体比抓取器本身大得多，具有合成纤维胶组件的这种抓取器也可以在胶纤维已经被激活之后抓取和操纵物体。在分离期间，胶组件被向后驱动(如图1c所示)。该操作释放剪切预加载力，因此粘附的微纤维弹回到初始状态。接触面积再次变得可忽略，因此纤维胶从表面被释放。

图2示出了根据本公开实施例的具有合成纤维胶的抓取器的结构图。图3是图2所示的区域III的放大图。抓取器100可用于抓取和操纵物体。如图2所示，抓取器100可包括壳体10和至少两个指状组件20。指状组件20可用于例如在两个相对的侧面上抓取物体。每个指状组件20可包括连接杆201、衬垫部202和合成纤维胶层203。如图2所描绘，抓取器100可包括至少两个(例如，2个、3个或4个)指状组件20。为了清楚起见，仅标记了右侧指状组件20的部件，但是应当理解，下面的讨论类似地适用于左侧指状组件20和右侧指状组件20。

连接杆201可移动地连接到壳体10，并且连接杆201可在驱动力的作用下使衬垫部202朝向待抓取的物体移动。例如，连接杆201的一端(例如，图2所示的上端)可以可旋转地连接到壳体10。驱动设备(未示出)可设置在壳体10内，并配置成旋转连接杆201，使得衬垫部202可朝向物体移动。在替代实施例中，连接杆201可以可滑动地连接到壳体10。驱动设备可用于将两个指状组件的连接杆201朝向彼此推动，以使衬垫部202朝向物体移动。

合成纤维胶层203可以附着到衬垫部202。合成纤维胶层203的微纤维可以朝远离壳体10的方向倾斜，或者朝向与抓取器100的主操纵方向相反的方向倾斜。例如，如果利用抓取器100来提升物体，则抓取器100的主操纵方向与重力方向相反，并且合成纤维胶层203的微纤维应当沿重力方向倾斜。如果利用抓取器100在水平面上拖动物体，则抓取器100的主操纵方向是拖动方向，并且合成纤维胶层203的微纤维可以朝向与抓取器100的拖动方向相反的方向倾斜。

当抓取器100的指状组件20被驱动以夹紧物体时，合成纤维胶层203与物体的表面接触。当抓取器100提升物体或开始操纵时，剪切力施加在物体上，并且合成纤维胶层203被激活，微纤维和物体表面之间的接触面积显著增加。这种激活产生大量的粘合力，这增强了仅由正常夹紧力产生的原始摩擦力。当夹紧力被释放时，或物体被释放时，合成纤维胶层203被重置和失活，因此粘合力也被释放。

应当注意，在某些情况下，合成纤维胶层203的微纤维的倾斜方向可能与抓取器100的操纵方向不完全相反，并且抓取器100提供的操纵力中仅有一部分有助于合成纤维胶层203的激活。例如，当抓取器100提升物体时，抓取器100还可以在水平方向上移动物体。在这种情况下，抓取器100的合成纤维胶层203的层可以仅由或主要由抓取器100提供的操纵力的垂直分量激活。

在某些实施例中，抓取器100的每个指状组件20还可包括至少一个加载部件204。加载部件204可包括但不限于腱、绳子、绳索、薄膜等。一旦拉紧，加载部件204可以是基本上不可伸展的。加载部件204可以由例如聚酰亚胺，凯夫拉尔和/或聚酯(PET)制成。加载部件204可以连接在合成纤维胶层203和衬垫部202之间。加载部件204能够在抓取器100的主操纵方向上，即，从壳体10朝向合成纤维胶层的方向，将剪切力从衬垫部202传递到合成纤维胶层203。在一些实施例中，加载部件204还能够在垂直于抓取器100的主操纵方向的横向方向上将剪切力从衬垫部202传递到合成纤维胶层203。例如，如图4所示，抓取器100的主操纵方向可以取为Z方向，垂直于操纵方向的横向方向可以取为X方向。加载部件204能够至少在Z方向上将剪切力从衬垫部202传递到合成纤维胶层203。如果加载部件204还能够在X方向上传递剪切力，则可以提高抓取器100的横向加载能力。

图4所示的示例性结构中，至少一个加载部件204为加载膜。加载膜204可包括主体部2041、第一腱2042和第二腱2043。主体部2041可以附着在合成纤维胶层203和衬垫部202之间。第一腱2042可连接在主体部2041和衬垫部202的第一侧(例如，图4所示的上侧和/或下侧)之间，使得第一腱2042与主体部2041一起能够在Z方向上将剪切力从衬垫部202传递到合成纤维胶层203。第二腱2043可连接在主体部2041和衬垫部202的第二侧(例如，图4所示的左侧和/或右侧)之间，使得第二腱2043与主体部2041一起能够在X方向上将剪切力从衬垫部202传递到合成纤维胶层203。应当理解，图4所示的结构仅仅是说明性的。例如，在其它实施例中，至少一个加载部件204可包括若干单独的部件(例如，腱)，每个部件连接在衬垫部202的相应侧和合成纤维胶层203之间。

图5a至5c示出了图4所示的合成纤维胶层203的几种示例性构造。图5a中，所有的微纤维2031a向同一方向(即负Z方向)倾斜。图5b中，微纤维2031b的一部分的方向在负Z方向和负X方向之间，而微纤维2031b的另一部分的方向在负Z方向和正X方向之间。图5c中，微纤维2031c的方向从一侧边向另一侧边(例如，如图5c所示从左侧向右侧)逐渐改变。图5a所示的微纤维2031a只能由正Z剪切力(或具有正Z分量的力)激活。相比之下，图5b和5c所示的微纤维2031b和2031c不仅可以由正Z剪切力(或具有正Z分量的力)激活，而且可以由X剪切力(或具有X分量的力)激活。当具有微纤维2031b或2031c的合成纤维胶层203的抓取器抓取物体并使其沿X方向而不是Z方向移动时，合成纤维胶层203也可被激活，使得抓取器与物体之间的粘附性可得到改善。应当理解，图5a到5C所示的结构仅仅是示例性的。在实践中，合成纤维胶层的微纤维的构造可基于实际设计要求。

在一些实施例中，抓取器100的每个指状组件20还可包括柔性层205。柔性层205可以放置在加载部件204和衬垫部202之间。柔性层205可以是诸如泡沫、橡胶、挠性弹簧等的弹性元件。柔性层205可提高抓取器100对于不同物体形状的适应性。在具有柔性层205的情况下，当抓取器100夹紧物体时，合成纤维胶层203可与待抓取物体的表面完全接触。

在一个实施例中，合成纤维胶层203、加载部件204和柔性层205可以直接连接到衬垫部203。在另一实施例中，如图3所示，可以在衬垫部202上安装适配结构206，以便于合成纤维胶层203、加载部件204和柔性层205的安装。可以基于实际应用来确定适配结构206的结构和材料。

参见图6，本公开还提供了一种机器人300。机器人300可以包括若干连接件301和抓取器302。机器人300可用于抓取或捕获物体。特别地，抓取器302可以类似于任何先前讨论的实施例的抓取器100。本领域普通技术人员应当理解，图6所示的结构仅仅是机器人300的示例性实施例。在其它实施例中，机器人300可包括更多部件或更少部件，例如额外的连接件301和末端执行器。可组合一些组件(例如，两个或两个以上连接件)，且可采用与所描绘的组件不同或额外类型的部件。例如，机器人还可以包括I/O设备、网络访问设备、通信总线、处理器、存储器、致动器和传感器。这些附加部件可以实现控制系统，例如上面讨论的控制信号。例如，机器人300可以包括处理器和存储指令的存储器，指令在由处理器执行时使处理器实现控制系统。存储器还可存储指令，指令在由处理器执行时致使处理器激活或停用抓取器302以便捕获或释放待抓取的物体。

无需进一步详细说明，相信本领域技术人员可以使用前面的描述来最大程度地利用所要求保护的发明。在此公开的示例和实施例应被解释为仅仅是说明性的，而不是以任何方式限制本公开的范围。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离所讨论的基本原理的情况下，可以对上述实施例的细节进行改变。换句话说，以上描述中具体公开的实施例的各种修改和改进都在所附权利要求的范围内。例如，考虑了所描述的各种实施例的特征的任何合适的组合。