本發(fā)明涉及一種自動控制技術(shù)，特別是一種機(jī)器手。

背景技術(shù)：

隨著自動控制技術(shù)的進(jìn)步，在工業(yè)制造現(xiàn)場越來越多地使用機(jī)器手以提高生產(chǎn)效率，為適用各種需求，機(jī)器手需要抓取形狀、材料、大小各異的對象。然而，現(xiàn)有的機(jī)器手，由于自身結(jié)構(gòu)的限制(例如為剛性手指部件)，無法抓取多種形狀和材質(zhì)的物品，例如各種不規(guī)則的物件或者易碎品等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明需要提供一種機(jī)器手。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的機(jī)器手，包括：

基座；

設(shè)置于所述基座上的手指部件，所述手指部件包括；

拉絲，所述拉絲一端與所述彈性指的自由端固定連接，另一端滑動穿過所述基座與致動器連接；及

將所述拉絲包履于所述彈性條上的包履層，所訴包履層用于使所述機(jī)器手自適應(yīng)不同形狀的被抓取物。

在某些實施方式中，所述基座采用剛性材料。

在某些實施方式中，所述機(jī)器手包括多個所述手指部件，所述多個手指部件環(huán)繞中心設(shè)置，對應(yīng)的多個所述彈性條圍繞對應(yīng)的多個所述拉絲設(shè)置。

在某些實施方式中，所述機(jī)器手包括多個所述手指部件，所述多個手指部件環(huán)繞中心設(shè)置，對應(yīng)的多個所述彈性條處于自然狀態(tài)時，所述自由端呈平行或發(fā)散狀態(tài)。

在某些實施方式中，所述多個手指部件為2-6個。

在某些實施方式中，所述彈性條采用彈性塑料或彈性鋼。

在某些實施方式中，所述拉絲采用鋼絲或非金屬絲。

在某些實施方式中，所述拉絲的拉伸性小于所述手指部件的剛度。

在某些實施方式中，所述拉絲的最大拉斷力大于所述機(jī)器手抓取被抓取物所需最大拉力的2倍。

在某些實施方式中，所述手指部件包括一根或多根所述拉絲。

在某些實施方式中，所述包履層采用延展度大于50％的超彈性聚合物材料，并且所述包履層彈性系數(shù)小于所述彈性條彈性系數(shù)的0.1倍。

在某些實施方式中，所述包履層的厚度大于所述彈性條厚度的2倍。

在某些實施方式中，所述包履層與所述彈性條相背的表面形成有微結(jié)構(gòu)。

在某些實施方式中，所述手指部件自由端具有平或者圓滑的邊緣結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的示意圖。

圖2是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的工作示意圖。

圖3是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的另一個示意圖。

圖4是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的另一個工作示意圖。

圖5是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的再一個工作示意圖。

圖6是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的再一個工作示意圖。

圖7是本發(fā)明實施方式的機(jī)器手的再一個工作示意圖。

具體實施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而 不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接或可以相互通訊；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅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”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或參考字母，這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的應(yīng)用和/或其他材料的使用。

請參閱圖1及圖2，本發(fā)明一個實施方式的機(jī)器手10包括基座100及設(shè)置與基座100上的手指部件200。手指部件200包括固定設(shè)置于基座100上的彈性條210、拉絲220及包履層230。彈性條210固定設(shè)置于基座100上。拉絲220一端預(yù)定在彈性條210的自由端，另一端穿過基座100與致動器300連接。包履層230將拉絲220包履于彈性條210上。

本發(fā)明的實施方式的機(jī)器手10工作時，通過致動器300驅(qū)動(拉動)拉絲220，可以使得手指部件200發(fā)生形變(彎轉(zhuǎn))，同時迫使包履層230也發(fā)生彎曲。在接觸被抓取物體之后，包履層230的超彈性使得機(jī)器手10自適應(yīng)被抓取物的不同形狀，從而產(chǎn)生擠壓形變。因此，在多個手指部件200的配合下可抓取(包裹并固定)物體。由于手指部件200可以被動彎曲，因此手指部件200與被抓物體接觸后可以自適應(yīng)形變、依附包圍物體，因此，無論被抓物體形狀如何，都可以被高效地抓取。另外，依附包圍使得機(jī)器手 10與被抓物體的接觸面積增加，使得被抓物體受力更加均勻，而不像傳統(tǒng)機(jī)器手，受力集中與物體的一點或幾點上，容易損壞易碎物。

基座100用于支撐手指部件200，并因此限定手指部件200之間的距離及各自的角度。為此，基座100需采用剛性材料制成，例如塑料、金屬。

基座100設(shè)置有通孔110，通孔110貫通基座100，手指部件200內(nèi)的拉絲220穿過通孔110與致動器300連接，拉絲220可以在通孔110內(nèi)滑動，從而實現(xiàn)手指部件200的彎曲。

可以理解，一個手指部件200即可實現(xiàn)抓取的功能，例如抓取棍狀物體，可以通過單個手指部件200彎曲環(huán)繞棍狀物體實現(xiàn)抓取。

當(dāng)然，采用更多的手指部件200可以更加有效地抓取各種形狀及材質(zhì)的物體，通常每個機(jī)器手10安裝有2-6個機(jī)器手指200。例如，請參閱圖3-6，當(dāng)采用兩個手指部件200時，可以用來抓取各種形狀及材質(zhì)的物體。

可以理解，為了實現(xiàn)更好的抓取效果，當(dāng)采用多個手指部件200時，多個手指部件200工作時，需朝向彼此彎曲，或者說朝向多個手指部件200的中心彎曲，如此才能更好得配合抓取位于多個手指部件200之間的被抓物體。為達(dá)到此目的，多個手指部件200需環(huán)繞中心設(shè)置，對應(yīng)的多個彈性條210需圍繞對應(yīng)的多個拉絲220設(shè)置，或者說拉絲220位于彈性條210的內(nèi)側(cè)，又或者說拉絲220相對于彈性條210更靠近多個手指部件200的中心，如此，在拉絲220拉動下，多個手指部件200將向中心彎曲，包覆并固定位于多個手指部件200之間的被抓物體。

另外，為了更好地收容被抓物體以被動形變，自適應(yīng)包履被抓物體，當(dāng)采用多個手指部件200時，多個手指部件200的彈性條210處于自然狀態(tài)時，其自由端呈平行或發(fā)散狀態(tài)，或者說，彈性條210從固定端到自由端相對于多個手指部件200的中心向外傾斜，如此，多個手指部件200形成相對較大的開口，因此可以更加高效地承載被抓物體。

彈性條210為手指部件200提供結(jié)構(gòu)支撐，然而又可以發(fā)生彈性形變并在手指部件200彎曲后產(chǎn)生回復(fù)力，使手指部件200在發(fā)生形變后可以復(fù)原。或者說，彈性條210相當(dāng)于手指部件200的手指骨。為此，彈性條210需采用有一定剛度，而且彈性系數(shù)較大的彈性材料，例如彈性塑料，彈簧鋼。

拉絲220為致動器300傳遞動力來彎曲彈性條210，另外，拉絲220又不能破壞手指部件200的彈性，柔韌性?；蛘哒f，拉絲220相當(dāng)于手指部件200的筋。因此，拉絲220需采用鋼絲或非金屬絲等能夠承受拉力的柔性線材，例如釣魚線、特氟龍線等。具體的，拉絲220的材料根據(jù)抓取被抓物體機(jī)器手10所需的最大拉力有所不同，通常要求拉絲的最大拉斷力大于所需最大拉力的2倍，并且拉絲220的拉伸性需小于手指部件 200的剛度，如此方可拉動彈性條210。

包履層230一方面將拉絲220包履在內(nèi)，防止拉絲220裸露在外，割傷被抓物體，或者加速磨損，另一方面，可以進(jìn)一步緩沖手指部件200施加在被抓物體的抓力?；蛘哒f，包履層230相當(dāng)于手指部件200的肌肉及皮膚層。為此，彈性包履層需要有一定的厚度，通常為彈性條210厚度的2倍以上。包履層230采用非金屬超彈性材料，例如硅膠、橡膠或樹脂聚合物等具有超彈性的軟體材料，其延展度通常為50％以上。包履層230包履拉絲220，與被抓取物體直接接觸。包履層230的彈性系數(shù)小于彈性條210彈性系數(shù)的0.1倍。如此可以使手指部件200更加具有柔軟性，不會對易碎品造成損壞。并且使得包履層230在彈性條210的形變擠壓下與被抓物體產(chǎn)生接觸。包履層230的擠壓形變和彈條210的被動彎曲自適應(yīng)配合，使得機(jī)器手10產(chǎn)生對于不同形狀和硬度物體的自適應(yīng)性，并且增加摩擦力以防滑動，實現(xiàn)對物體的高效抓取。

為了提升抓取效果，包履層230與彈性條210相背的表面還形成有微結(jié)構(gòu)，例如包履層230可設(shè)計成不同紋理。如此可以增大機(jī)器手指部件與被抓物體的接觸面積并增大抓取的摩擦力，可以獲得更加穩(wěn)固的抓取效果，有效防止被抓物體的晃動和滑動。

為了擴(kuò)大機(jī)器手10的使用范圍，應(yīng)對不同形狀、尺寸的被抓物體，手指部件200的自由端(即彈性條220的自由端及對應(yīng)的包履層230部分)可以設(shè)計成具有平或者圓滑的邊緣結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)自由端設(shè)計為具有平的邊緣結(jié)構(gòu)時，有利于手指部件200抓取細(xì)小的平直物體，如針，筆。當(dāng)設(shè)計自由端設(shè)計為具有圓滑的邊緣結(jié)構(gòu)時，可產(chǎn)生類似人手指部件甲和指肚的仿生效果，有利于手指部件200有效抓取小尺寸的其他形狀物體，如顆粒，紡織物。

致動器300用于產(chǎn)生為機(jī)器手10實現(xiàn)抓取功能提供驅(qū)動力，與執(zhí)行抓取動作的手指部件200分離設(shè)置。致動器300與拉絲220連接，機(jī)器手10通過拉絲220傳動，將拉絲220的線性拉動轉(zhuǎn)化成手指部件200的彎曲，來產(chǎn)生抓取功能。致動器300作為提供驅(qū)動力的動力源可以是電動機(jī)，氣壓或液壓缸或者記憶合金。如此，致動器300與作為執(zhí)行器的手指部件200分離設(shè)置，從而減輕了機(jī)器手10末端的重量，簡化了結(jié)構(gòu)，使得機(jī)器手10的慣性和能耗都顯著降低。

本發(fā)明實施方式的機(jī)器手10包括的手指部件200整體采用非金屬的彈性和超彈性材料，因而重量較輕，并有先天的柔軟性，可完成由簡單到復(fù)雜的抓取，廣泛適用于各種形狀、尺寸及材料的物體抓取。

同時，機(jī)器手10的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，適于放大或縮小尺寸，可以廣泛應(yīng)用于微觀操作和大尺寸物體操作中。

此外，手指部件200的柔性結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)性決定了它的控制非常簡單，無需使用傳 感器，復(fù)雜程度和制造成本都很低廉，適于批量制造和應(yīng)用。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施方式”、“一些實施方式”、“示意性實施方式”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合所述實施方式或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。