Robotic device and method for handling fabrics

Abstract

A robotic hand (100) designed for handling and manipulating garments or fabric articles across diverse scenarios. This robotic hand (100) includes at least one finger assembly endowed with multiple of degrees of freedom (DoFs), the robotic hand (100) incorporates a suction device capable of acquiring a single layer of fabric from a stack or pile.

Description

ROBOTIC DEVICE AND METHOD FOR HANDLING FABRICSTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to garment industry, and in particular to a robotic device for handling fabrics, especially to a multipurpose robotic hand used in the robotic device for handling fabrics.

[0002] TECHNICAL BACKGROUND

[0003] Robotic gripping devices for handling fabric materials have been under constant investigation and development worldwide for decades. A drive is triggered by the shortage in manual workforce, which prompts garment manufacturers to elevate the degree of automation. The softness and flexibility of fabrics has posed an immense challenge for conventional robotic grippers which are typically designed for handling rigid objects characterized by well-defined boundaries and surfaces. In particular, the handing of garment articles is subject to increased complexity due to their variable three-dimensional morphologies that evolve in the course of different construction and handling processes.

[0004] In the realm of garment production automation, various types of grippers or end-effectors have been employed for fabric acquisition, categorizable by their operational principles into mechanical, electrostatic, airflow, and adhesive techniques. Mechanical grippers adopting a "two-finger" (or claw-like) design, due plausibly to its popular use in conventional robotic systems, have been frequently practiced for pick-and-place of fabric panels and garment articles within factory settings. Nevertheless, the versatility of such mechanical grippers remains inadequate for general garment handling tasks, which encompass not only pick-and-place operations but also the spreading / stretching of a garment into desired configurations, and / or reorientation of the same to facilitate other processing steps such as ironing and screen-printing at various stages of production.

[0005] To ensure efficient garment handling, another critical criterion is the gripping device's ability to selectively grasp a single layer, usually the uppermost layer, of the garment while avoiding unintended layers that could impede handling. Conventional mechanical grippers often fail to meet this requirement, as they tend to inadvertently grasp multiple layers of fabric simultaneously. Although other fabric grippers, such as those based on electrostatic attraction or suction cups, have been employed to pick up fabric layers individually, they struggle to perform intricate manipulation of garment articles.

[0006] In consideration of the sophisticated fabric handling capabilities of human hands, a viable design for a robotic gripper would be one to replicate the natural anatomy of the human hand, including the thumb and four fingers, along with their respective degrees of freedom (DoF) . Nevertheless, anthropomorphic robotic hands with intermetacarpal joints necessitate numerous actuation components, and typically entail complex designs with high development costs.

[0007] As such, there is a considerable demand in the automation industry for novel robotic hands that offer the necessary dexterity to manipulate garments while also featuring simpler and more cost-effective designs.SUMMARY OF THE INVENTION

[0008] The present invention relates to a robotic hand designed for handling and manipulating garments or fabric articles across diverse scenarios. This robotic hand features at least one finger assembly endowed with multiple degrees of freedom (DoFs) , the robotic hand incorporates a suction device capable of acquiring a single layer of fabric from a stack or pile.

[0009] The finger assembly or the finger assemblies are used to a) firmly secure the grasp after the garment has been acquired by suction, and b) expand the grasping area  by holding the garment at two separate points. Increasing the grasping area reduces the risk of damaging the cloth by preventing concentration of forces at a single point, as well as reducing the difficulty of handling the garment to achieve a desired pose / shape for subsequent processing.

[0010] The robotic hand can also be used as a simple mechanical gripper without suction for tasks where the manipulation does not require lifting the fabric from a work surface. For instance, repositioning of a garment over a flat plane with respect to a sewing apparatus.

[0011] The robotic hand may further include a second finger assembly, the first and second finger assemblies are cooperated to perform e.g. line-type grasp. The first and second finger assemblies are operated synchronously or asynchronously, and preferably operated asynchronously with one common power source, e.g. motor. In a preferable embodiment, the closure of the second finger assembly is done after the closure of the first finger assembly.

[0012] This invention makes it possible for an automated garment handling system to use a single type of end-effector for different tasks required in the garment post-production process, such as screen-printing, ironing and packaging.

[0013] With the present invention, the integration of a suction device with the robotic hand drastically improves its effectiveness in lifting and gripping a single layer of garment, regardless of the types of fabric, the two finger assemblies of the robotic hand are driven by a single motor, which simplified the structure; the robotic hand may grasp the garment in three different ways: single-point suction, single-finger pinch, two-finger pinch, which imitate the manual skills of a human operator, and the two fingers assemblies can be closed at distinct time instances to meet more complicated requirements.

[0014] BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0015] While the specification concludes with claims particularly pointing out and distinctly claiming what are regarded as embodiments of the invention, the advantages of embodiments of the disclosure may be more readily ascertained from the description of certain examples of the embodiments of the disclosure when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0016] Fig. 1 is a perspective view showing the robotic hand according to the present disclosure;

[0017] Fig. 2 is a side view of the robotic hand according to the present disclosure, in which the second finger assembly is omitted for clarity;

[0018] Fig. 3 is a perspective view showing the robotic hand according to the present disclosure with the second finger assembly removed for clarity;

[0019] Fig. 4 is a side view of the robotic hand according to the present disclosure, in which the first finger assembly is removed for clarity;

[0020] Fig. 5a to Fig. 5c are schematical views showing the action of the first finger assembly;

[0021] Fig. 6a to Fig. 6c are schematical views showing the action of the second finger assembly;

[0022] Fig. 7 is a schematic view showing a negative pressure source useful for the robotic hand of the present disclosure;

[0023] Fig. 8 is a schematic view showing an embodiment of a suction pad used in the first finger assembly;

[0024] Fig. 9 is a schematic view showing another embodiment of the suction pad;

[0025] Fig. 10 (a) to Fig. 10 (f) are schematic views showing the operation of the toothed first link of the first finger assembly;

[0026] Fig. 11 (a) to Fig. 11 (e) are schematic views showing the pick-up methods performed by the robotic hand of the present disclosure;

[0027] Fig. 12 (a) to Fig. 12 (c) are schematic views showing another pick-up method  performed by the robotic hand of the present disclosure; and

[0028] Fig. 13 (a) to Fig. 13 (d) are schematic views showing line-type grasp method performed by the robotic hand of the present disclosure.

[0029] DETAILED DESCRIPTION ON THE INVENTION

[0030] Example methods, systems, and devices are described herein. Any example embodiment or feature described herein is not to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or features. The example embodiments described herein are not meant to be limiting. It will be readily understood that certain aspects of the disclosed systems and methods can be arranged and combined in a wide variety of different configurations, all of which are contemplated herein.

[0031] Furthermore, the particular arrangements shown in the Figures should not be viewed as limiting. It should be understood that other embodiments might include more or less of each element shown in a given Figure. Further, some of the illustrated elements may be combined or omitted. Yet further, an example embodiment may include elements that are not illustrated in the Figures.

[0032] Hereinafter, the technical scheme of the disclosure will be described in detail with specific embodiments of the disclosure. In the following description and claims, the directional terms, e.g. “forward” , “lateral” , “front” , “rear” , “left” , “right” , “up” and “down” etc. are used for clearly describing the invention and making the description understood by the person skilled in the art, but not for limitation.

[0033] In the following description, ordinal numbers such as "first" , "second" , etc. are used to denote a certain feature, but it should be understood that these words are only used to distinguish each feature and do not mean the importance or indispensability of the certain feature.

[0034] According to the present disclosure, a multipurpose robotic hand is proposed, the robotic hand, for example, can be mounted at an end of a robot arm, so as to enable the robotic arm to clamp and pick up an article, e.g. fabric. The robotic hand includes a body frame and at least one finger assembly, the finger assembly includes a first arm and a mating member, at distal end of the first arm, a suction pad is provided. The suction pad is selectively connected with a negative pressure source to suction a fabric. The finger assembly is actuatable to be moved or switched between an open or release position in which the suction pad is separated from the mating member and a closure or clamp position in which the suction pad is closed and abutted against the mating member to clamp the fabric therebetween. The matting member may be a thumb-like feature. To actuate the finger assembly, preferably, a motor is provided, the motor is configured to drive the finger assembly via a transmission system, the transmission system includes, e.g. gears, but the present disclosure is not limited thereto, other transmission measurement can be used.

[0035] During the movement of the finger assembly, the mating member can be fixed on the body frame and keep stationary. However, the present disclosure is not limited thereto, the first arm and the matting member can both be moved towards or away from each other during the finger assembly is switched between the open position and the closure position. In order to improve the reliability of the grasp, surfaces of the suction pad and the mating member which are to be abutted against are complementary and additionally or optionally, treated to have high adhesion ability, such treatment may include e.g. roughening the surfaces, coating the surfaces, or the like.

[0036] With the robotic hand according to the present disclosure, suction by the suction pad and grasping of the finger assembly can function individually or cooperatively, the robotic hand is operable to attract and grasp fabrics and facilitates separation of coincidentally adhered fabric layers, thus the reliability of grasping is  improved, regardless of the state or type of the fabric.

[0037] Preferably, the robotic hand also includes a second finger assembly, which is preferably spaced apart from the first finger assembly by a predetermined distance. This second finger assembly comprises a distal part or gripping part, as well as a second mating member or second thumb-like feature that cooperates with this distal part or gripping part. The second finger assembly is actuated to switch between a release or open position where the gripping part is away from the second mating member, and a clamping or closure position where the gripping part is closed onto the second mating member to clamp a fabric therebetween. By setting the first finger assembly and the second finger assembly at a predetermined distance apart, two-point or linear grasping of the fabric can be achieved, enhancing the reliability of the grip. This also allows for cooperation with another mechanical arm to spread the fabric over a certain range, such as laying a predetermined area of the fabric onto a screen-printing platen. Additionally, similar to the first finger assembly, during the movement of the first finger assembly between the release position and the clamping position, the second mating member can remain fixed relative to the body frame, or the second mating member and the gripping part can move towards or away from each other. The disclosure is not limited to any specific situation. Furthermore, to enhance the grasping capability, the surfaces of the gripping part and the second mating member that are to be in contact with each other can be configured to have improved adhesion. This can be achieved by roughening the corresponding surfaces or coating the corresponding surfaces, which is not further described here.

[0038] In one embodiment, the robotic hand also includes a power source mounted within the body frame, such as a motor, to drive the first and second finger assemblies to move between the release position and the clamping position. The first and second finger assemblies can be driven by separate motors, respectively, or a single motor can be provided to drive both the first and second finger assemblies. The movement of the  first and second finger assemblies can be synchronized or asynchronous, preferably with the first finger assembly being driven first, followed by the second finger assembly. Thus, the suction pad of the first finger assembly can be used to first pick up the fabric, and then the suction pad and the corresponding mating member can close to clamp the fabric. Subsequently, the second finger assembly is driven to further clamp the fabric. Thereby, the success rate of picking up and gripping the fabric is improved.

[0039] In one embodiment, the suction pad is connectable to the negative pressure source via a pipeline, a valve can be provided in the pipeline, to control the connection of the suction pad with the negative pressure source.

[0040] Preferably, the first finger assembly includes multiple links that are pivotally connected to each other, with the motor driving these links to pivot relative to each other, thereby driving the suction pad to move between the release position and the clamping position. Preferably, at the beginning of the movement from the release position to the clamping position, the suction pad is rotated through a predetermined angle firstly. By rotating the suction pad through the predetermined angle at the start of the movement, it is advantageous to separate the topmost layer of fabrics from the underlying layers, preventing the simultaneous pick-up of multiple layers of fabric, which is particularly important when the fabric is thin or light. However, the disclosure is not limited to this; instead of multiple links or as an addition to multiple links, other mechanisms can also be used, such as cable mechanisms, cam mechanisms, etc., to achieve the switching or movement of the finger assembly between the release position and the clamping position.

[0041] In a preferred embodiment, the suction pad comprises a suction pad body, which includes a contact surface and a suction surface. The contact surface is where the suction pad is to be pressed against the fabric, and the suction opening is formed at  least partially on the suction surface. The contact surface and the suction surface are adjacent and angled with respect to each other. Thereby, when the suction pad is pressed against the fabric, the suction force applied through the suction opening causes the topmost layer of the fabrics to separate from the layers beneath, lifted by the airflow generated by the negative pressure and adhered to the suction surface, thereby separating the topmost layer from the underlying fabric. This allows for the effective separation and picking up of the fabric, preventing the simultaneous picking up of multiple layers, which is particularly advantageous and important for lighter and thinner fabrics.

[0042] Preferably, a biasing element, such as an elastic element, for example, a spring, more specifically a torsion spring, is provided between two of the multiple links of the first finger assembly, thereby biasing the links into a predetermined range, e.g. below 180 degree.

[0043] Preferably, the second finger assembly includes multiple links that are pivotally connected, allowing the gripping part to move between a release position and a clamping position under the drive of the motor. Preferably, a biasing element, such as an elastic element, for example, a spring, more specifically a torsion spring, is provided between two of the multiple links. Thereby, the connected links can be biased to a predetermined state as needed, e.g. within 180 degrees. However, this disclosure is not limited thereto; the second finger assembly can also include other mechanisms, such as cables, cams, etc. to achieve switching or movement between the release position and the clamping position.

[0044] The preferred embodiment of this disclosure will be described in detail the with reference to the drawings. It should be understood that the embodiment described below is for the purpose of illustration of this disclosure, and this disclosure is not limited thereto.

[0045] As shown in Figure 1, which is a perspective view of the robotic hand according to this disclosure, the robotic hand 100 includes a body frame 110, which can be frame-shaped body to accommodate a power source, e.g. motor 120 and a transmission mechanism 130 (also see Figure 3) therein, however, the body frame can also be a body with sides closed, the present disclosure is not limited. The body frame 110 may also include mechanical and / or electrical and / or pneumatic interfaces to mount the robotic hand 100 onto corresponding components, such as a robot arm (not shown) , thereby achieving the desired function.

[0046] Referring to Figures 2 and 3 connectively, the robotic hand 100 includes a first finger assembly 200 and a second finger assembly 300. The first finger assembly 200 includes a first arm 210, wherein the first arm 210 includes multiple links, is pivotally mounted on the body frame 110, and includes a suction pad 220 which is located at the distal end or end of the first arm 210. The first finger assembly 200 further includes a first mating member 230 fixedly mounted on the body frame 110. The first arm 210 can receive power from the motor 120, preferably through the transmission mechanism 130 to move or switch between a release or open position separated from the mating member 230 and a closure position or clamping position closed on the first mating member 230, also see Figure 5.

[0047] As shown in Figures 2, 3, and 5, the output shaft (not shown) of the motor 120 is fixedly provided with a worm 131, through the transmission 130, the power of the motor can be transmitted to the first arm as necessary. The motor 120 can be a stepper motor, a permanent magnet motor, etc., there is no limitation here. In addition, although a motor is used as the power source in this embodiment, those skilled in the art should understand that other power sources, such as pneumatic motors, can also be used, and this disclosure is not limited thereto.

[0048] The first arm 210 includes multiple links, including a toothed first link 211, a second link 212, a third link 213, a fourth link 214, a fifth link 215, which are interconnected by pivot connections, and are pivotally connected to the suction pad 220. The toothed first link 211 includes a first end with teeth meshing with the transmission 130 and a second end pivotally connected to the first end of the second link 212. The link 211 rotates around a pivot (not identified) between the first end and the second end. The second end of the second link 212 is pivotally connected to the first end of the fourth link 214, the second end of the fourth link 214 is pivotally connected to the first end of the fifth link 215, and the second end of the fifth link 215 is pivotally connected to the suction pad 220. In addition, the first end of the third link 213 is pivotally connected to the body frame, and the second end of the third link 213 is pivotally connected to the suction pad 220. As shown, the third link 213 is in L-shaped. The connection position of the fifth link 215 with the suction pad 220 is offset from the connection position of the third link 213 with the suction pad 220, thereby enabling the rotation of the suction pad 220. Furthermore, a sixth link 216 is included, which is e.g. an extension from the first end of the third link 213 and is pivotally connected to the second end of the second link 212 and the first end of the fourth link 214. Thereby, by driving the toothed first link 211 through the motor 120 and the transmission mechanism 130, and then through the action of the other links, the suction pad 220 is driven, enabling the first finger assembly 200 to switch between a release position where the suction pad 220 is separated from the first mating member 230 and a clamping position where the suction pad 220 is in contact with the first mating member 230. A negative pressure connector 221 is provided on the body frame to connect with the negative pressure source, a pipe, preferably, a hose 222 is connected between the connector 221 and the suction pad 220, to suit to the movement of the suction pad 220. However, the present disclosure is not limited thereto, other piping system can be used.

[0049] The surfaces of the suction pad 220 and the first mating member 230 that are  in contact with each other can be designed to have complementary shapes so that the area of contact with fabric is maximized upon grasping and can more reliably clamp the fabric. Additionally, feature with increased adhesion can be provided on the corresponding surfaces, such as applying coatings or providing rough surfaces. As an alternative embodiment, the first mating member 230 is preferably designed with a thin-edged protrusion at the lower end that can be utilized to perform a shovelling-like action on fabrics.

[0050] A biasing element, such as a spring or other elastic element, can be provided between the aforementioned links 211, 212 , 213, 214, 215. For example, a spring, preferably a torsion spring 217, can be provided at the pivoted end of the second link 212 and the fourth link 214, thereby interposing the rotation of the links such that the joint angle subtended by the second link 212 and the fourth link 214 will always be lower than 180 degrees, with the torsion spring 217 limiting the joint angle between the second link 212 and the fourth link 214, the rotation of the suction pad 220 is facilitated.

[0051] Although the specific structure of the first arm 210 and the form of each link are illustrated and described, those skilled in the art should understand that the above description is merely exemplary. To achieve the movement of the first finger assembly 200 and the action of the suction pad 220, the length, form, connection and the like of each link can be adjusted to achieve the desired motion purpose and trajectory.

[0052] The grasp effected by the first finger assembly 200 capitalizes on a sequence that entails an attraction of the garment induced by a negative air pressure at the suction pad 220, followed by closure of the finger assembly to secure the grasp by pinching. To realize a customizable attraction force, the suction pad 220 incorporates an orifice connected to a vacuum system that is capable of air flow regulation through pneumatic controls.

[0053] The vacuum system 400, exemplified in Figure 7, consists of an air compressor 410, an electrically-controlled valve 420, and a vacuum generator 430, which are pneumatically connected to the suction pad 220. The operational principle of compressed air generating vacuum suction is as follows: Firstly, the pressurized air from the compressor 410 is accelerated to a high-velocity flow through a convergent-divergent nozzle of a Venturi ejector (vacuum generator) 430. Along the path through the throat of the ejector, the region of accelerated flow is accompanied by a significant decline in pressure due to the Venturi effect. This low-pressure zone effectively acts as a vacuum source and draws in air through the inlet of the suction pad 220, providing the air flow necessary for fabric acquisition. The valve system is controlled by a computer that allows precise regulation and automation of the vacuum generation process. Although Figure 7 shows the negative pressure system usable in the present disclosure, it is to be noted that the present disclosure is not limited thereto, and other negative pressure sources can be used.

[0054] The suction pad 220 is operable to attract fabrics and facilitate separation of coincidentally adhered fabric layers. The geometry of the suction pad 220 is designed to enhance its effectiveness in acquiring fabric articles as vacuum suction is applied. Figure 8 depicts a side view of the suction pad 220. In this embodiment, the suction pad 220 includes a distal face portion 221 that will engage the fabric layer in the first place. The distal face portion 221 provides an initial contact with the fabric article and forms an anchor point where the fabric layers underneath are pressed and constrained to prevent sliding between the first and second layers of fabric during suction. Adjacent to the distal face portion 221, there are a middle face portion 222 and subsequently a proximal face portion 223, each of which contains a part of the inlet orifice 224 of the suction pad 220. Once the fabric layers are constrained by the distal face portion 221 and the negative pressure is activated, the unconstrained portion of the fabric layers are then subject to a forced air flow that draws the topmost fabric  layer separated from the others and towards the suction pad’s orifice.

[0055] In one example, the distal face portion 221 is inclined relative to the middle face portion 222 by an angle θ, optimally in the range of 20 to 50 degrees, whereas the proximal face portion 223 is inclined relative to the middle face portion 222 by an angle α, optimally in the range of 30 to 70 degrees. The angle θ is lower than the angle α, which is advantageous for reducing the distance between the fabric surface and the air inlet orifice 224, so that the fabric can be more readily exposed to the influence of the pressure brought about by the forced air stream. On the other hand, a higher value range for α results in a more acute (or less planar) profile of the inlet orifice 224, which is shared between the middle face portion 222 and the proximal face portion 223. Such profile aids in sustaining an opening for airflow at the face portion 223 when the middle face portion 222 is fully covered by the fabric. As the draw-up action continues until the proximal face portion 223 is covered by the remaining fabric, the fabric may assume an orientation approximately orthogonal to that of the constrained fabric layer, as illustrated in Figure 8, thereby separating the topmost layer from the other fabric layers.

[0056] As elucidated beforehand, the handling of garment or fabric articles would be rendered more effective in most cases when a single layer of fabric is engaged for manipulation. The ability to acquire only the topmost layer of fabric is therefore a crucial function of the robotic hand. By implementing a controlled suction force, the separation of fabric layers may naturally occur given that a desirable force balance among suction force, frictional force, and gravitational force is attained. Referring to the force diagram in Figure 8, the topmost layer and lower layer of fabrics are subject to distinct pressure-induced suction forces, denoted as Fsuction-1 and Fsuction-2, respectively, at the outset of acquisition due to the permeability of fabric layers to air. Fsuction-1 tends to be a much stronger force and allows the topmost fabric layer to securely adhere to the suction pad 220 and seal the inlet orifice 224, leaving a  diminished pressure difference for the lower layer and in turn a weakened Fsuction-2. When the sum of inter-layer friction and Fsuction-2 is less than the weight m2 g, the lower layer will be released from the topmost layer. For stiffer or more elastic fabric materials, the elastic restoring force further facilitates the separation of the lower layer, particularly when the topmost layer curls after being drawn up.

[0057] In an alternative example, as exemplified in Figure 9 (a) , the surface portions 221, 222, and 223 are not required to be flat facets but may be fully, or at least in part, constructed as curved surfaces. In such cases, the angles θ and α could be determined with reference to the tangents of the curved surface portions. Using the orifice as a dividing feature, the tangent of 222 is taken at the point where the distal edge / rim of the orifice is located, whereas that of the face portion 223 is taken at the point where the proximal edge / rim of the orifice is located. The distal face portion 221 is empirically defined as the surface portion utilized for initial contact with the fabric layer, typically the distal surface region of the suction pad 220, and thus its tangent can be obtained at the point where the first contact with the fabric is made. Note that there is no limitation on the orientation of the air channel with respect to the said surface portions. That is, the air channel may be designed to lean towards the distal face portion 221 or the proximal face portion 223, or any other direction, as the air flow passes through the inlet orifice 224, as shown in Fig. 9 (b) , as the negative pressure is applied, the suction pad 220 is rotated by a predetermined angle to pick up the topmost fabric, as shown in Fig. 9 (b) .

[0058] Although in Figure 8, the suction pad 220 is operated such that the distal surface portion 221 makes initial contact with fabric, the present disclosure is not limited thereto. Depending on the orientation of the robotic hand 100 relative to the fabric surface, the other face portions, e.g., face portions 221, 222, or 223, can also be used to initiate contact and directly draw up a fabric layer. In the case that the face portion 222 or 223 is deployed to engage the target fabric in the first place, once the  fabric is secured by suction, the suction pad 220 is then rotated to roll / turn the fabric to an orientation which eases subsequent gripping by the robotic hand 100, see Figure 9.

[0059] Return to Figure 1, the robotic hand 100 further includes a second finger assembly 300 to cooperate with the first finger assembly 200 to achieve the grasping of the fabric, esp. achieve a line-type grasping. It is noted that although the robotic hand 100 according to this disclosure includes two finger assemblies, the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300, this disclosure is not limited thereto, and the second finger assembly can be omitted as needed.

[0060] As further shown in Figures 4 and 6, the second finger assembly 300 includes a second arm 310 (also see Figure 1) composed of multiple links, a gripping member 320 fixed at the distal end of the second arm 310, and a second mating member 330 cooperating with the gripping member 320. In one embodiment, the second arm 310 is composed of four links, including a first link 311, a second link 312, a third link 313, and a fourth link 314. The first to fourth links form a four-bar linkage, with one end of the first link 311 having teeth that mesh with the transmission, thereby receiving power from the power source, e.g. the motor 120. The gripping member 320 may fixed on the fourth link 314 or is formed by the fourth link 314 or is integral with the fourth link 314.

[0061] The first finger assembly 200 and the second finger assembly 300 can be driven by separate power sources, such as separated motors, to operate independently. Alternatively, the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300 can be driven by the same motor 120 and thus can be selectively driven through controllable engaging components such as clutches. In a preferred embodiment, as shown in Figure 3, the output shaft of the motor 120 is provided with a worm 131, which meshes with a worm gear 132, thereby driving the rotation of the intermediate shaft  133. The intermediate shaft 133 is provided with a first gear 134 and a second gear 135, where the first gear 134 meshes with the teeth of the toothed link 211 of the first finger assembly 210, and the second gear 135 meshes with the teeth of the first link 311 of the second finger assembly 300 directly or via another gear 136 (see Fig. 4) , thereby driving the first and second finger assemblies 200 and 300 with the same motor 120. Thus, the worm 131, the worm gear 132 and the intermediate shaft 133 constitute the transmission 130 in the present disclosure, however, it can be understood that other transmission 130, e.g. consisted of sprocket-chain, pulley-belt, etc. can also be used, there is no limitation on the present disclosure.

[0062] Figure 6 illustrates a schematic diagram of the movement of the second arm 310 of the second finger assembly 300. The toothed first link 311 is driven by the motor to rotate around the pivot (not shown) , which in turn drives the rotation of the second, third, and fourth links. When the third link 313 meets its position limit where the third link 313 contacts an abutment 331 of the second mating member 330, further rotation of the first link 311 leads to a leveraged swing of the fourth link 314, resulting in an abrupt change in the trajectory of the gripping member 320, which traces a hook-like path. Such a hook-like trajectory plays a crucial role in effectively fetching the fabric. The gripping of the fabric article is accomplished by a complete closure of the gripping member 320 against the second mating member 330. Similar to the first finger assembly 210, the surfaces of the gripping member 320 and the second mating member 330 that are in contact with each other can be treated to increase their adhesion.

[0063] Preferably, the rotary joint J between the second link 312 and the fourth link 314 is constrained by a spring, preferably a torsion spring, which serves to maintain a desired joint angle between the links and prevent the collapse of the four-bar linkage during the finger's movements. When the second finger assembly is at its release position, the spring facilitates the gripping member 320 to stretch out from the second  matting member 330 to release the fabric gripped thereby quickly.

[0064] With a first grasp point secured by the first finger assembly 200 on the target fabric, the second finger assembly 300 is operable to provide a second grasp point which is necessary for forming a line-type grasping. To this end, the robotic hand 100 may be designed and operated to effect closures of the first and second finger assemblies 200 and 300 at the same time (Embodiment 1) , or in an alternative mode of operation, effect closure of the second finger assembly 300 after the closure of the first finger assembly 200 (Embodiment 2) .

[0065] In Embodiment 1, the first arm 210 of the first finger assembly 200 and the second arm 310 of the second finger assembly 300 keep engagement with the motor 120 constantly, e.g., as shown in Fig. 1 to Fig. 6, the toothed first link of the first arm 210 is engaged with motor 120 through the first gear 134, the intermediate shaft 133, the worm gear 132 and the worm 131 fixed on the output shaft of the motor 120, and the first link 311 of the second arm 310 of the second finger assembly 300 is engaged with the motor through the gear 136, the second gear 135, the intermediate shaft 133, the worm gear 132 and the worm 131 fixed on the output shaft of the motor 120. The rotary motion of the motor 120 has direct correspondence to the angular positions of the toothed first link 311 of the first arm 210 and the first link 311 of the second arm 310 which are constrained within the boundaries of the fully open and closed positions of the first and second finger assemblies 200 and 300, respectively. Under such conditions, the first and second finger assemblies 200 and 300 move in sync with each other and complete their opening cycles and closing cycles at the same instances.

[0066] In Embodiment 2, the flexibility of the two-point grasp can be enhanced by a sequence of operation of the robotic hand 100 which involves, firstly, securing the first grasp point on fabric by completely closing the first finger assembly 200, secondly, lifting the fabric by the first assembly 200 (e.g. with a manipulator) to  expose a desired amount of free space underneath the fabric layer, and optionally and thirdly, reorienting the robotic hand 100 as needed and completely closing the second finger assembly 300 to secure the second grasp point. Such asynchronous closing operation of the first and second finger assemblies 200 and 300 is of practical use when dealing with thicker or more heavy types of garments or fabric articles, where the action of the suction pad 220 alone is inadequate to secure the first grasp point for lifting without the reinforcement from mechanical clamping support. Especially, sufficient lifting is required to isolate the intended fabric layer from other adjacent layers, so that the trajectories of the first and / or second finger assembly will not be interfered by any unintended layers during closing. It is also a more preferred mode of operation when only one robotic hand is used to perform a line-type grasp on a fabric article.

[0067] Sequential closures of the first and second finger assemblies 200 and 300 can be achieved by separate control of the fingers, say, using one motor for each finger. Alternatively, in the case both the finger assemblies are driven by one common motor, a clutch can be provided for each of the finger assemblies, and by controlling the timing of the engagement of the clutch for each of the finger assembly, the sequential closures of the finger assemblies can be achieved.

[0068] Although in the above description, the second finger assembly 300 is closed after the closure of the first finger assembly 200, however, the present disclosure is not limited thereto, the sequence of the closure of the first and second finger assemblies 200 and 300 can be changed without departing from the spirit of the present disclosure, e.g. the second finger assembly 300 is switched to the clamping position before the first finger assembly 200.

[0069] Hereinafter, another structure for achieving sequential closures of the finger assemblies is described with reference to Fig. 10.

[0070] In one embodiment, a delayed closure of the second finger assembly 300 is enabled by a design where the number of motor revolutions required to completely close the second finger assembly 300 is higher than that required to completely close the first finger assembly 200. Under the situation that the single motor simultaneously engages with the arms of the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300, the rotation of the motor may be interrupted or arrested once the first finger assembly 200 is completely closed, thereby prohibiting further movement of the second finger assembly 300 needed to complete its closure. Referring to Fig. 10, two torsion springs 241 and 242 residing on each side of the geared link 211 of the first finger assembly 200, which is operable to provide an elastic restoring force when the geared link is rotated beyond a predetermined angular position in either clockwise / counter-clockwise direction. Each of the torsion springs 241 and 242 has one end fixedly anchored with the body frame and the other end being free to interact with a pin 218 and 219, respectively, extended from the surfaces of the geared link 211.

[0071] Fig. 10 (a) depicts the instance where the gear link 211 is in mesh with the gear 134 (see Fig. 3) as it undergoes a clockwise rotation about its hinge (not denoted) . Note that the gear 134 is driven by the motor which concurrently actuates the second finger assembly 300 (not shown in the figure) at the same time via the second gear 135. The spring 241, located on the front side of the gear link 211, assumes its natural (relaxed) form and is set to interact with the pin 218. When the geared link 211 rotates clockwise beyond its meshing zone with the gear 134, Fig, 10 (b) , it dwells approximately at the same angular position with respect to the body frame regardless of the continued rotation of the gear 134 and, meanwhile, compresses the spring 241. This first dwelling position of geared link 211 corresponds to the position where the first finger assembly 200 is completely closed against the first mate member 230. Further rotation of the motor continues to actuate the second  finger assembly 300 until the second finger assembly 300 is completely closed, but will not further rotate the geared link 211 of the first finger assembly 200.

[0072] Upon closures of both the finger assemblies 200 and 300, the motor may be operated to reverse its rotation to open the finger assemblies 200 and 300 where needed, e.g. when it is to release a grasped fabric article. When the rotation is reversed, the compressed spring 241 provides a restoring force to the geared link 211 in the counter-clockwise direction and bring it back in mesh with the gear 134, see Fig, 10 (c) . Note that as this happens, both the first and second finger assemblies 200 and 300 commence their opening movements simultaneously.

[0073] Continued rotation of the motor proceeds to complete the full opening of the first finger assembly 200, followed by the full opening of the second finger assembly 300. Fig. 10 (d) illustrates another torsion spring, 242, which resides on the back side of the geared link 211 and interacts with the pin 219 on the back side. At the instance when the geared link 211 rotates clockwise beyond the meshing zone, Fig, 10 (e) , it dwells approximately at the same angular position regardless of the continued rotation of the gear and, meanwhile, compresses the spring 242. This corresponds to the position where the first finger assembly 200 is fully opened. Further rotation of the motor will continue to actuate the second finger assembly 300 until the same reaches its opening position limit.

[0074] Likewise, upon full opening of both the first and second finger assemblies 200 and 300, the motor may reverse its rotation to close the first and second finger assemblies 200 and 300 again. When the rotation is reversed, the compressed spring 242 provides a restoring force to the geared link 211 in the clockwise direction and bring it back in mesh with the gear 134, see Fig, 10 (f) .

[0075] It is noted that the geometries depicted for geared link 211 and the gear 134  in Fig. 10 are for illustrative purposes only. The actual design of geared link 211 does not necessarily feature the same number and / or configuration of teeth as shown. Furthermore, the illustrated gear 134 may be a single gear or a compound gear of varying sizes, depending on spatial constraints and gear ratio requirements.

[0076] Although the above has shown and described embodiments for the asynchronous closure of the first and second finger assemblies 200 and 300, this disclosure is not limited to this. The delayed closure of the second finger assembly 300 also can be accomplished through a design variation of the robotic hand 100 based on tailored gear ratios associated with the transmission mechanisms for the first and second finger assemblies 200 and 300, respectively. For example, in the context of the fundamental design as depicted in Fig. 1 to Fig. 6, the gear ratio for the second finger assembly 300 can be increased to give rise to a greater number of motor revolutions necessitated for a complete stroke of the second finger assembly’s movement.

[0077] In one example, as shown in Fig. 4, the first link 311 of the second finger assembly 300 is engaged with the second gear 135 via the third gear 136, by replacing the second gear 135 and the third gear 136 with a set of compound gears that provides a higher gear reduction ratio, the movement sequence of the second finger assembly 300 can be adjusted. Assuming that the original number of motor revolutions required for the full stroke of the first and second finger assemblies 200 and 300 is N in case of the first and second finger assemblies 200 and 300 are asynchronously closed, and overall gear ratios for the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300 are R1 and R2 respectively, an increase of R2 by 100%leads to doubling of motor revolutions (2N) to fulfill the full stroke of the second finger assembly 300. Thus, the first finger assembly 200 will close completely after N motor revolutions and remain at its closed position, followed by the closure of the second finger assembly 300 after an additional N revolutions of the motor.

[0078] Such asynchronous design offers a higher degree of programming flexibility of the robotic hand 100 in the sense that it allows a controllable sequence of closures of the first and second finger assemblies 200 and 300 separately. An example sequence is that the first finger assembly 200 is first closed to secure a first grasp on and elevated to lift a target fabric layer, followed by stopping the motor. Depending on the actual pose of the lifted fabric layer, the robotic hand 100 may be reoriented to facilitate a desired approach angle before the motor is reactivated to complete the closure of the second finger assembly 300, after which a second grasp point is secured.

[0079] Although it is described above that the first and second finger assemblies 200 and 300 are closed and opened sequentially, the first and second finger assemblies 200 and 300 may also be enabled to be simultaneously opened (as the motor reverses rotation) , thereby allowing a rapid release of the grasped fabric article, the present disclosure will not be limited thereto.

[0080] Optionally, springs may be provided at individual joints to mitigate vibration or disturbance when the geared link 211 is rotated beyond its gear meshing region.

[0081] Other Operation Mode of the Robotic hand

[0082] With the robotic hand 100 according to the present disclosure, many operation modes can be achieved, hereinafter, some of them will be described as examples, other than that described above.

[0083] Point-type grasps using only the first finger assembly (with / without suction)

[0084] The robotic hand 100 is operable to directly grasp a certain point on the cloth,  such as the highest point or wrinkle, and it can also slide under the clothes before gripping, as shown in the Fig. 11.

[0085] As shown in Fig. 11 (a) to 11 (b) , the highest point to grab the clothing is a wrinkle, where direct clamping is feasible with or without suction. By only using the first finger assembly 200, the cloth can be reliably grasped. Fig. 11 (c) to 11 (e) shows grasping the edge of a garment through lateral access. The first mate member 230 of the first finger assembly 200 may be provided with a blade-like edge, the edge first goes underneath the garment, followed by closing of the first finger assembly 200 to secure the grasp.

[0086] Point-type grasps using only the first finger assembly 200 (needs suction)

[0087] In the above described operation mode, suction is not necessary. However, in some situations, only by grasping of the first finger assembly 200 may not be practical, or it is difficult to find a suitable portion on the cloth or fabric to be grasp. For example, in the case that a plurality of layers of fabric are piled on a table, the edge of the first mate member 230 difficultly enters between the topmost layer of the fabric and the lower layers. Therefore, the robotic hand 100 can be operated in the mode as shown in Fig. 12, in which the first finger assembly 200 is operated with suction applied.

[0088] As shown in Fig. 12, the robotic hand 100 can grasp a garment layer through a one-sided contact. First move to the grasping point, draw up a small portion of the garment by suction and adjust the angle of the suction pad 220 while closing the finger, so that the drawn-up surface and the grasping surface are aligned, and finally lift the drawn-up portion to make space for subsequent grasping of the garment. The purpose of suction is to control a small portion when only a one-sided contact is made by the first finger assembly 200, as shown in Fig. 12 (a) , with the movement of the  robotic hand 100 upwardly, the topmost layer of the fabric is separated from the others, as shown in Fig. 12 (b) , and then the first finger assembly 200 is closed to achieve two-sided grasp, as shown in Fig. 12 (c) to increase the contact area and grasping force for better control of the whole piece of garment. This is effective in handling thin and light garment layers without much friction or entanglement between adjacent layers.

[0089] During the step as shown in Fig. 12 (c) , the suction pad 220 can be firstly rotated so as to place the fabric between the suction pad 220 and the first mate member 230.

[0090] Line-type grasps using the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300 (for setting a T-shirt on a screen-printing platen)

[0091] With the robotic hand 100 including the first finger assembly 200 and the second finger assembly 300, the robotic hand 100 is most suitable for line type grasp as shown in Fig. 13. An example of the line type grasp is for setting a T-shirt on a screen platen.

[0092] The process includes taking a T-shirt out of a stack, placing the front / back panel on the platen of an automatic printing machine, printing the design, and then removing it from the machine. Three tasks are important to the series of tasks for robotic hand to perform. They are: 1. Separating a piece of T-shirt from a stack, 2. Grasping T-shirt that is laid on a table, and 3. Placing front / back layer of T-shirt onto the plate. With the robotic hand 100 according to the present disclosure, the tasks 1 and 2 can be performed by the first finger assembly 200, that is, by suctioning the T-shirt by the suction pad 220 and grasping the T-shirt by closure of the first finger assembly 200, the T-shirt are picked up. Then the second finger assembly 300 is closed, to achieve the line-type grasp, that is, the task 3, just like the way human  operators perform handling. Fig. 13 (a) - (d) demonstrate an example sequence applicable to spread open the hem of a T-shirt using two robotic hands. (a) point-type grasps are first performed on the T-shirt by using the first finger assembly 200 of each robotic hand, (b) after securing the first grasp, the second finger assembly 300 of each robotic hand is deployed to perform additional grasp, (c) line-type grasps are formed on both sides, (d) , the hem of the shirt is spread open by the two robotic hands, and the line distance between the first and second finger assemblies 200 and 300 provides sufficient space for the T-shirt to be set on the screen-printing platen.

[0093] Compared to point grasps, using line-type grasping and stretching of clothing can better control the deformation of the clothing and fix a larger area, making it more stable when fitted onto the platen, thereby improving success rate and efficiency.

[0094] Although the above description uses the example of placing a T-shirt on a screen-printing platen to illustrate the application of the robotic hand 100 disclosed in this document, this disclosure is not limited thereto and can be applied to the handling of various fabrics or garments.

[0095] Although the robotic hand 100 with two finger assemblies has been described as a preferable embodiment of the present disclosure, the present disclosure is not limited thereto, the robot hand may only include only the first finger assembly 200, or may include more than two finger assemblies to achieve more reliable and complicated grasp, all these variations will be within the scope of the present disclosure. In addition, although the second finger assembly 300 as above described includes a griping part at the distal end, there is no limitation, the second finger assembly 300 may also include a suction pad 220 as the griping part.

[0096] While various aspects and embodiments have been disclosed herein, other aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. The various  aspects and embodiments disclosed herein are for purposes of illustration and are not intended to be limiting, with the true scope being indicated by the following claims.

Claims

1.A robotic hand including a body frame and a first finger assembly, wherein the first finger assembly includes a first arm pivotably connected with the body frame at a first position of the body frame and provided with a suction pad at a distal end thereof, and a first mating member configured to cooperate with the suction pad, wherein the suction pad is selectively connected to a negative pressure source to suction an article, especially a fabric, the finger assembly is configured to be switched between a release position where the suction pad is separated from the first mating member and a clamping position where the suction pad is closed on the first mating member to clamp the article therebetween.2.The robotic hand according to claim 1, further including a second finger assembly, wherein the second finger assembly includes a second arm pivotably connected with the body frame at a second position of the body frame spaced from the first position by a predetermined distance and provided with a gripping part at a distal end thereof, and a second mating member configured to cooperate with the gripping part, wherein the second finger assembly is configured to be switched between a release position where the gripping part is separated from the second mating member and a clamping position where the gripping part is closed on the second mating part to clamp the article therebetween.3.The robotic hand according to claim 2, wherein the first finger assembly and the second finger assembly are driven to switch between the release position and the clamping position by one common power source, e.g. a motor.4.The robotic hand according to claim 2 or 3, wherein the first finger assembly and the second finger assembly are operated synchronously or asynchronously, and preferably, the second finger assembly is operated to the clamping position later than  the first finger assembly.5.The robotic hand according to any one of claims 1-4, wherein the article is picked up by the suction pad before the first finger assembly is switched to the clamping position.6.The robotic hand according to claim 5, wherein the suction pad is rotated by a predetermined angle during the first finger assembly is switched to the clamping position.7.The robotic hand according to any one of claims 1-6, wherein the suction pad includes a contact surface configured to initially contact with the article and a suction surface on which a suction orifice is at least partially formed, the suction surface is formed adjacent to the contact surface and is angled with the contact surface.8.The robotic hand according to any one of claims 1-6, wherein the suction pad includes a curved surface on which a suction orifice is formed.9.The robotic hand according to any one of claims 2-8, wherein the first arm and / or the second arm are consisted of multiple links.10.The robotic hand according to claim 9, wherein one of the links consisting the first arm is a toothed link including gear teeth, the gear teeth are configured to receive power from the motor, preferably, via a gear transmission, the toothed link include the gear teeth in a predetermined range.11.The robotic hand according to claim 9 or claim 10, wherein a bias element, preferably a spring, and more preferably a torsion spring, is provided at a joint of two of links of the multiple links in the first arm and / or the second arm to keep the two  links within a predetermined angle range, e.g. 180 degrees.12.The robotic hand according to claim 3, wherein a clutching mechanism is provided between the first finger assembly and the power source, or between the second finger assembly and the power source, or both to selectively connect the power source with the first finger assembly and / or the second finger assembly to realize the asynchronous operation of the first and second finger assemblies.13.The robotic hand according to claim 10, wherein a bias member, preferably a spring, and more preferably a torsion spring, is provided to bias the toothed link to re-engage with the gear transmission upon the first finger assembly is started to switch from one of the release position and the clamping position to the other of the release position and the clamping position.

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