CN110506499B - 一种基于主动包络的柔性气动夹持器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于夹持器技术领域，具体的说是一种基于主动包络的柔性气动夹持器，包括连接杆、把手与夹持模块；本发明通过夹持模块上的夹持囊与气泵相互配合，使得夹持器能适应不同体型的水果进行主动包络与柔性夹持，大大降低了采摘的难度，减少了人力与物力的消耗，同时也能对不同的夹持对象进行更好的适应与保护，大大提高了夹持器的工作效果；且本发明通过在夹持囊底部设有波纹软管与软磁铁，使得软磁铁在相互吸引靠拢时带动波纹软管进行拉伸，从而使得波纹软管对水果底部进行包络支撑，减少夹持对象从夹持器内掉落的发生，进而增强了夹持器的夹持固定效果。
Description
技术领域
本发明属于夹持器技术领域，具体的说是一种基于主动包络的柔性气动夹持器。
背景技术
夹持器广泛应用于自动化生产线，以实现工件的夹持操作。随着各行业自动化水平的提高，夹持器不仅广泛应用于传统的工业领域，同时也逐渐深入在医疗、食品、服务机器人、海底开探等领域，为满足多品种及不同环境的需求，对夹持器的设计及性能提出了新的要求。目前，大多数刚性夹持器只能在特定的环境下执行单一的任务，无法适应多品种夹持的需求。这类刚性夹持器存在通用性差、接触面少、控制复杂、容易损伤物件等问题。
尤其是针对一些脆弱易损的夹持对象，如在水果采摘时，由于水果采摘的复杂性，采用手工采摘虽然能降低水果采摘过程中的损坏，但其效率极低，尤其是对于一些双手难以采摘到的水果，手工采摘需要消耗极大的人力和物力，且传统的夹持器采摘装置大多采用刚性的夹持器进行，不仅不能对不同大小体型的水果进行统一采摘，还会对一些成熟易受损的水果外表面造成损坏，极大地影响了水果采摘的质量。
鉴于此，本发明提供了一种基于主动包络的柔性气动夹持器，有效的对不同体型的夹持对象进行主动包络的柔性夹持，大大降低了夹持器在工作过程中对夹持对象的损坏。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于主动包络的柔性气动夹持器，有效的对不同体型的夹持对象进行主动包络的柔性夹持，大大降低了夹持器在工作过程中对夹持对象的损坏。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于主动包络的柔性气动夹持器，包括连接杆、把手与夹持模块，所述把手位于连接杆底端，所述夹持模块位于连接杆顶部；所述夹持模块包括壳体、气泵与工作箱；所述气泵位于壳体的外表面上，所述工作箱位于壳体内部，所述工作箱的内部设有弹性囊，所述弹性囊内部设有蒸馏水，所述工作箱的外表面连接有环形的夹持囊，所述夹持囊的形状设置成向外凸起的圆弧状，且夹持囊中部凸起的外端固连在壳体内壁上，所述夹持囊顶部与气泵之间连接有气管；所述壳体内设有控制器，所述控制器控制装置的自动运行；工作时，由于水果采摘的复杂性，采用手工采摘虽然能降低水果采摘过程中的损坏，但其效率极低，尤其是对于一些双手难以采摘到的水果，手工采摘需要消耗极大的人力和物力，且传统的自动化采摘大多采用刚性的夹持器进行，不仅不能对不同大小体型的水果进行统一采摘，还会对一些成熟易受损的水果外表面造成损坏，极大地影响了水果采摘的质量；而本发明中采用的主动包络的柔性气动夹持器不仅能对不同体型的水果进行适应性采摘，且其柔性的夹持设置也大大减少了水果采摘过程中的外表面受损；运行时，控制器控制气泵通过气管对夹持囊进行抽气，使得夹持囊内的气体减少压强变低，此时夹持囊外壁在外界气压的作用下紧缩在壳体内壁上，使得壳体内的空间变大，方便水果伸入至壳体内部，此时人工控制柔性气动夹持器的把手，使得水果位于壳体内部，此时控制器控制气泵对夹持囊进行充气，使得夹持囊内部的气体增多压强变大，夹持囊在内部气压的作用下逐渐膨胀并与壳体中部的水果外表面逐渐贴合，同时水果外表面对接触的夹持囊中部施加反向的挤压力，使得水果对夹持囊的中部进行限位，减少夹持囊中部的膨胀变形，使得夹持囊内部的气体流入至夹持囊底端，从而使得向外凸起的弧形夹持囊底端在气体的压力下向靠近水果底端发生弯曲变形，同时对水果底部进行包络与夹紧，从而实现夹持囊根据水果的大小与外形主动贴合包络在水果外表面的目的；且在夹持囊底端对水果底部进行包裹顶起时，位于水果顶部的弹性囊与水果顶部进行接触挤压，且同时盛有蒸馏水的弹性囊在与水果接触挤压时拟合出水果的外表面，使得弹性囊对水果进行充分的接触包络，增强了夹持器的柔性夹持效果；采用此发明的有益效果为：通过夹持模块内的夹持囊与气泵相互配合，使得夹持器能适应不同体型的水果进行主动包络与柔性夹持，大大降低了采摘的难度，减少了人力与物力的消耗，同时也能对不同的夹持对象进行更好的适应与保护，大大提高了夹持器的工作效果。
优选的，所述夹持囊底部对称连接有弹性的波纹软管，所述波纹软管的内部底端分别设有软磁铁，所述软磁铁磁性相反；工作时，当夹持囊底端向靠近水果底端的一侧发生弯曲变形时，夹持囊带动底部对称连接的波纹软管逐渐靠近，使得波纹软管内的软磁铁相互吸引靠拢，软磁铁在相互靠拢的同时带动外侧的波纹软管进行拉伸，从而使得拉伸的波纹软管对水果底部进行包络支撑，减少夹持对象从夹持器内部掉落的发生，进而增强了夹持器的夹持固定效果。
优选的，所述夹持囊由高气密性与高弹性的乳胶材料制成，所述夹持囊的底端设置有一组弹性的凸粒；工作时，由乳胶材料制成的夹持囊具有更高的气密性，一方面能减少夹持囊内部的气体泄露，增强了夹持囊工作的稳定性，一方面高弹性的夹持囊能够与夹持的对象进行更柔性的贴合与接触，使得夹持囊能够对夹持的对象进行更好的适应；且夹持囊底端设置的凸粒增强了夹持囊与接触的对象之间的静摩擦力，从而使得夹持囊对位于内部夹持的对象进行更好的固定。
优选的，所述壳体底端对称安装有切割盒，所述切割盒内部均设有压力腔，所述压力腔与气泵之间以气管相连；所述压力腔内部设有活塞，所述活塞上连接有推杆，所述推杆另一端均连接有割刀；工作时，当夹持囊对水果完全夹持固定后，此时控制器控制气泵通过气管对压力腔进行充气，此时压力腔内部气体增多压强变大，压力腔内部的活塞在气体压力的作用下向压力腔外端进行滑动，活塞滑动时带动其连接的推杆与割刀向靠近水果底端的一侧进行运动，从而使得对称设置的割刀对位于水果底端的果柄进行切割，大大降低了水果采摘的难度，减少夹持器内的水果受到果柄的拉扯而固定不牢的发生，进一步提高了柔性气动夹持器的夹持效果。
优选的，所述推杆的外端顶部均设有挤压块，所述挤压块形状设置成向上凸起的圆弧状；工作时，当对称的两推杆向靠近水果底端的一侧运动至软磁铁底部时，推杆顶部设置的向上凸起的挤压块对位于顶部的软磁铁进行推动顶起，使得对称的软磁铁进行更紧密的吸附，从而使得软磁铁带动波纹软管与水果底部进行更紧密的贴紧包络，进一步加强了柔性气动夹持器的夹紧固定效果。
优选的，所述壳体内部底端设有一组均匀分布的保护膜，所述保护膜的形状均设置成大小相同的扇形状；工作时，壳体内的夹持囊与弹性囊长期与外界环境接触时容易造成表面污染，大大影响了夹持囊的使用寿命与工作效果，而壳体底端设有均匀分布的保护膜能够对壳体内部进行很好的封堵与保护，减少外界环境对壳体内部的污染与损坏，且保护膜形状设置成大小相同的扇形能够有效的减少保护膜对水果的阻力，使得水果更方便的在壳体内进出与采摘，从而进一步提高了柔性气动夹持器的工作效果。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过夹持模块上的夹持囊与气泵相互配合，使得夹持器能适应不同体型的水果进行主动包络与柔性夹持，大大降低了采摘的难度，减少了人力与物力的消耗，同时也能对不同的夹持对象进行更好的适应与保护，大大提高了夹持器的工作效果。
2.本发明通过在夹持囊底部设有波纹软管与软磁铁，使得软磁铁在相互吸引靠拢时带动波纹软管进行拉伸，从而使得波纹软管对水果底部进行包络支撑，减少夹持对象从夹持器内掉落的发生，进而增强了夹持器的夹持固定效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的立体示意图；
图2是本发明中夹持模块的结构示意图；
图3是本发明中夹持模块的工作示意图；
图4是图2中A处的放大图；
图5是本发明中保护膜的结构示意图；
图中：连接杆1、把手2、夹持模块3、壳体4、气泵5、工作箱6、弹性囊61、夹持囊62、凸粒621、波纹软管63、软磁铁64、切割盒7、压力腔71、活塞72、推杆73、割刀74、挤压块75、保护膜8。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图5所示，本发明所述的一种基于主动包络的柔性气动夹持器，包括连接杆1、把手2与夹持模块3，所述把手2位于连接杆1底端，所述夹持模块3位于连接杆1顶部；所述夹持模块3包括壳体4、气泵5与工作箱6；所述气泵5位于壳体4的外表面上，所述工作箱6位于壳体4内部，所述工作箱6的内部设有弹性囊61，所述弹性囊61内部设有蒸馏水，所述工作箱6的外表面连接有环形的夹持囊62，所述夹持囊62的形状设置成向外凸起的圆弧状，且夹持囊62中部凸起的外端固连在壳体4内壁上，所述夹持囊62顶部与气泵5之间连接有气管；所述壳体4内设有控制器，所述控制器控制装置的自动运行；工作时，由于水果采摘的复杂性，采用手工采摘虽然能降低水果采摘过程中的损坏，但其效率极低，尤其是对于一些双手难以采摘到的水果，手工采摘需要消耗极大的人力和物力，且传统的自动化采摘大多采用刚性的夹持器进行，不仅不能对不同大小体型的水果进行统一采摘，还会对一些成熟易受损的水果外表面造成损坏，极大地影响了水果采摘的质量；而本发明中采用的主动包络的柔性气动夹持器不仅能对不同体型的水果进行适应性采摘，且其柔性的夹持设置也大大减少了水果采摘过程中的外表面受损；运行时，控制器控制气泵5通过气管对夹持囊62进行抽气，使得夹持囊62内的气体减少压强变低，此时夹持囊62外壁在外界气压的作用下紧缩在壳体4内壁上，使得壳体4内的空间变大，方便水果伸入至壳体4内部，此时人工控制柔性气动夹持器的把手2，使得水果位于壳体4内部，此时控制器控制气泵5对夹持囊62进行充气，使得夹持囊62内部的气体增多压强变大，夹持囊62在内部气压的作用下逐渐膨胀并与壳体4中部的水果外表面逐渐贴合，同时水果外表面对接触的夹持囊62中部施加反向的挤压力，使得水果对夹持囊62的中部进行限位，减少夹持囊62中部的膨胀变形，使得夹持囊62内部的气体流入至夹持囊62底端，从而使得向外凸起的弧形夹持囊62底端在气体的压力下向靠近水果底端发生弯曲变形，同时对水果底部进行包络与夹紧，从而实现夹持囊62根据水果的大小与外形主动贴合包络在水果外表面的目的；且在夹持囊62底端对水果底部进行包裹顶起时，位于水果顶部的弹性囊61与水果顶部进行接触挤压，且同时盛有蒸馏水的弹性囊61在与水果接触挤压时拟合出水果的外表面，使得弹性囊61对水果进行充分的接触包络，增强了夹持器的柔性夹持效果；采用此发明的有益效果为：通过夹持模块3内的夹持囊62与气泵5相互配合，使得夹持器能适应不同体型的水果进行主动包络与柔性夹持，大大降低了采摘的难度，减少了人力与物力的消耗，同时也能对不同的夹持对象进行更好的适应与保护，大大提高了夹持器的工作效果。
作为本发明的一种实施方式，所述夹持囊62底部对称连接有弹性的波纹软管63，所述波纹软管63的内部底端分别设有软磁铁64，所述软磁铁64磁性相反；工作时，当夹持囊62底端向靠近水果底端的一侧发生弯曲变形时，夹持囊62带动底部对称连接的波纹软管63逐渐靠近，使得波纹软管63内的软磁铁64相互吸引靠拢，软磁铁64在相互靠拢的同时带动外侧的波纹软管63进行拉伸，从而使得拉伸的波纹软管63对水果底部进行包络支撑，减少夹持对象从夹持器内部掉落的发生，进而增强了夹持器的夹持固定效果。
作为本发明的一种实施方式，所述夹持囊62由高气密性与高弹性的乳胶材料制成，所述夹持囊62的底端设置有一组弹性的凸粒621；工作时，由乳胶材料制成的夹持囊62具有更高的气密性，一方面能减少夹持囊62内部的气体泄露，增强了夹持囊62工作的稳定性，一方面高弹性的夹持囊62能够与夹持的对象进行更柔性的贴合与接触，使得夹持囊62能够对夹持的对象进行更好的适应；且夹持囊62底端设置的凸粒621增强了夹持囊62与接触的对象之间的静摩擦力，从而使得夹持囊62对位于内部夹持的对象进行更好的固定。
作为本发明的一种实施方式，所述壳体4底端对称安装有切割盒7，所述切割盒7内部均设有压力腔71，所述压力腔71与气泵5之间以气管相连；所述压力腔71内部设有活塞72，所述活塞72上连接有推杆73，所述推杆73另一端均连接有割刀74；工作时，当夹持囊62对水果完全夹持固定后，此时控制器控制气泵5通过气管对压力腔71进行充气，此时压力腔71内部气体增多压强变大，压力腔71内部的活塞72在气体压力的作用下向压力腔71外端进行滑动，活塞72滑动时带动其连接的推杆73与割刀74向靠近水果底端的一侧进行运动，从而使得对称设置的割刀74对位于水果底端的果柄进行切割，大大降低了水果采摘的难度，减少夹持器内的水果受到果柄的拉扯而固定不牢的发生，进一步提高了柔性气动夹持器的夹持效果。
作为本发明的一种实施方式，所述推杆73的外端顶部均设有挤压块75，所述挤压块75形状设置成向上凸起的圆弧状；工作时，当对称的两推杆73向靠近水果底端的一侧运动至软磁铁64底部时，推杆73顶部设置的向上凸起的挤压块75对位于顶部的软磁铁64进行推动顶起，使得对称的软磁铁64进行更紧密的吸附，从而使得软磁铁64带动波纹软管63与水果底部进行更紧密的贴紧包络，进一步加强了柔性气动夹持器的夹紧固定效果。
作为本发明的一种实施方式，所述壳体4内部底端设有一组均匀分布的保护膜8，所述保护膜8的形状均设置成大小相同的扇形状；工作时，壳体4内的夹持囊62与弹性囊61长期与外界环境接触时容易造成表面污染，大大影响了夹持囊62的使用寿命与工作效果，而壳体4底端设有均匀分布的保护膜8能够对壳体4内部进行很好的封堵与保护，减少外界环境对壳体4内部的污染与损坏，且保护膜8形状设置成大小相同的扇形能够有效的减少保护膜8对水果的阻力，使得水果更方便的在壳体4内进出与采摘，从而进一步提高了柔性气动夹持器的工作效果。
工作时，控制器控制气泵5通过气管对夹持囊62进行抽气，使得夹持囊62内的气体减少压强变低，此时夹持囊62外壁在外界气压的作用下紧缩在壳体4内壁上，使得壳体4内的空间变大，方便水果伸入至壳体4内部，此时人工控制柔性气动夹持器的把手2，使得水果位于壳体4内部，此时控制器控制气泵5对夹持囊62进行充气，使得夹持囊62内部的气体增多压强变大，夹持囊62在内部气压的作用下逐渐膨胀并与壳体4中部的水果外表面逐渐贴合，同时水果外表面对接触的夹持囊62中部施加反向的挤压力，使得水果对夹持囊62的中部进行限位，减少夹持囊62中部的膨胀变形，使得夹持囊62内部的气体流入至夹持囊62底端，从而使得向外凸起的弧形夹持囊62底端在气体的压力下向靠近水果底端发生弯曲变形，同时对水果底部进行包络与夹紧，从而实现夹持囊62根据水果的大小与外形主动贴合包络在水果外表面的目的；且在夹持囊62底端对水果底部进行包裹顶起时，位于水果顶部的弹性囊61与水果顶部进行接触挤压，且同时盛有蒸馏水的弹性囊61在与水果接触挤压时拟合出水果的外表面，使得弹性囊61对水果进行充分的接触包络，增强了夹持器的柔性夹持效果；采用此发明的有益效果为：通过夹持模块3内的夹持囊62与气泵5相互配合，使得夹持器能适应不同体型的水果进行主动包络与柔性夹持，大大降低了采摘的难度，减少了人力与物力的消耗，同时也能对不同的夹持对象进行更好的适应与保护，大大提高了夹持器的工作效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种基于主动包络的柔性气动夹持器，包括连接杆(1)、把手(2)与夹持模块(3)，所述把手(2)位于连接杆(1)底端，所述夹持模块(3)位于连接杆(1)顶部；其特征在于：所述夹持模块(3)包括壳体(4)、气泵(5)与工作箱(6)；所述气泵(5)位于壳体(4)的外表面上，所述工作箱(6)位于壳体(4)内部，所述工作箱(6)的内部设有弹性囊(61)，所述弹性囊(61)内部设有蒸馏水，所述工作箱(6)的外表面连接有环形的夹持囊(62)，所述夹持囊(62)的形状设置成向外凸起的圆弧状，且夹持囊(62)中部凸起的外端固连在壳体(4)内壁上，所述夹持囊(62)顶部与气泵(5)之间连接有气管；所述壳体(4)内设有控制器，所述控制器控制装置的自动运行；
所述夹持囊(62)底部对称连接有弹性的波纹软管(63)，所述波纹软管(63)的内部底端分别设有软磁铁(64)，所述软磁铁(64)磁性相反；
所述夹持囊(62)由高气密性与高弹性的乳胶材料制成，所述夹持囊(62)的底端设置有一组弹性的凸粒(621)；
所述壳体(4)底端对称安装有切割盒(7)，所述切割盒(7)内部均设有压力腔(71)，所述压力腔(71)与气泵(5)之间以气管相连；所述压力腔(71)内部设有活塞(72)，所述活塞(72)上连接有推杆(73)，所述推杆(73)另一端均连接有割刀(74)；所述推杆(73)的外端顶部均设有挤压块(75)，所述挤压块(75)形状设置成向上凸起的圆弧状；
所述壳体(4)内部底端设有一组均匀分布的保护膜(8)，所述保护膜(8)的形状均设置成大小相同的扇形状。
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