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CN108656147A - 一种自适应机械手爪 - Google Patents

一种自适应机械手爪 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自适应机械手爪，包括底座，底座上设有具有驱动轴的驱动器，还包括驱动组件，所述驱动组件包括传动连接在一起的第一驱动件、沿驱动轴的轴向移动的第二驱动件，底座上绕驱动轴环形布设有若干个爪指组件；所述爪指组件：包括弹性部件、第一连杆、滑杆、第二连杆组件，还包括用于感应第一连杆与滑杆之间相对位移的位移传感器；驱动轴与第一驱动件连接，第二驱动件与第二连杆组件用转轴连接。夹紧时，滑杆会在第一连杆上运动，这样就能让不同的爪指组件的实际长度不同，这就能很好地夹持形状不规则的工件。本发明用于机器人工业应用场景中的物体抓取，机器人人机交互中的柔性抓取场景中。

Description

一种自适应机械手爪
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种自适应机械手爪。
背景技术
由于人力成本的提高，越来越多的工厂都用机器人代替人力，实现工件的转运，外形规则的工件抓取容易，但是对于一些外形不规则的工件，需要价格昂贵的多指灵巧手，同时需要复杂的抓取路径规划与力及视觉信息的反馈来实现抓取。对于有闭环约束的机器人抓取任务，比如双手闭环抓取硬质物体，由于操作精度误差的存在，手爪很容易产生卡死，机械毁损，甚至烧坏机器人的电机。在这种应用的背景下，一种价格低廉，结构简单，可以适应工件柔顺抓取，及抓取时允许工件自适应姿态的机械手爪有着非常实际的应用价值，也为双手抓取和工件操作提供很好的实现手段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能自适应产品形状的机械手爪。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种自适应机械手爪，包括底座，底座上设有具有驱动轴的驱动器，还包括驱动组件，所述驱动组件包括传动连接在一起的第一驱动件、沿驱动轴的轴向移动的第二驱动件，底座上绕驱动轴环形布设有若干个爪指组件；
所述爪指组件：
包括弹性部件、从上到下依次连接在一起的第一连杆、与第一连杆滑动连接的滑杆、与滑杆铰接的第二连杆组件，滑杆与第一连杆相互平行设置，底座与第一连杆铰接，弹性部件的两端分别与第一连杆、滑杆连接，还包括用于感应第一连杆与滑杆之间相对位移的位移传感器，位移传感器与第一连杆或滑杆固定连接；
驱动轴与第一驱动件连接，第二驱动件与第二连杆组件用转轴连接。
作为上述方案的进一步改进，第一连杆与滑杆之间设有直线导轨。
作为上述方案的进一步改进，爪指组件：包括两个弹性部件，所述两个弹性部件相互呈交叉设置。
作为上述方案的进一步改进，爪指组件：包括四个弹性部件，每两个弹性部件称为一个弹力组，同一个弹力组内的两个弹性部件相互呈交叉设置，四个弹性部件形成两个弹力组，所述两个弹力组分别对称地设在滑杆的两侧。
作为上述方案的进一步改进，所述弹性部件为弹簧。
作为上述方案的进一步改进，所述驱动器为电动机，第一驱动件为丝杆，第二驱动件为丝杆螺母，第二驱动件的外侧与第二连杆组件用所述转轴连接。
作为上述方案的进一步改进，第二连杆组件包括第二连接杆、与第二连接杆固定连接的往下延伸的指杆，第二连接杆的上侧、下侧分别与滑杆的下侧、第二驱动件连接；指杆的内侧面上设有夹持区，所述夹持区上设有由软质材料制成的拱桥状的柔性手指端，柔性手指端内设有应变孔或柔性手指端与夹持区之间设有应变孔，柔性手指端上设有压力传感器。
作为上述方案的进一步改进，所述位移传感器为滑动变阻器，滑动变阻器固定在第一连杆/滑杆上，滑动变阻器的移动端对应地与滑杆/第一连杆连接。
作为上述方案的进一步改进，本发明还包括基座，所述基座与底座连接。
作为上述方案的进一步改进，还包括数据处理系统，第二驱动件的下侧设有手心摄像头，数据处理系统与手心摄像头、位移传感器、压力传感器连接，所述数据处理系统基于指杆的变形图像数据、位移传感器根据位移量计算出来的抓取力数据、压力传感器的握力数据，判断被抓取物体的轮廓、形状、位姿的信息。
本发明的有益效果是：一种自适应机械手爪，包括底座，底座上设有具有驱动轴的驱动器，还包括驱动组件，所述驱动组件包括传动连接在一起的第一驱动件、沿驱动轴的轴向移动的第二驱动件，底座上绕驱动轴环形布设有若干个爪指组件；所述爪指组件：包括弹性部件、从上到下依次连接在一起的第一连杆、与第一连杆滑动连接的滑杆、与滑杆铰接的第二连杆组件，滑杆与第一连杆相互平行设置，底座与第一连杆铰接，弹性部件的两端分别与第一连杆、滑杆连接，还包括用于感应第一连杆与滑杆之间相对位移的位移传感器，位移传感器与第一连杆或滑杆固定连接；驱动轴与第一驱动件连接，第二驱动件与第二连杆组件用转轴连接。夹紧时，滑杆会在第一连杆上运动，这样就能让不同的爪指组件的实际长度不同，这就能很好地夹持形状不规则的工件，而位移传感器能获得第一连杆和滑杆之间的位移量，而弹性部件的弹性模量已知，所以可以很好地通过位移量来计算夹持力的大小，而且能根据位移量来准确地了解夹持位置、工件被夹的姿态是否正确，也能知道被夹工件的具体重量。本发明用于机器人工业应用场景中的物体抓取，机器人人机交互中的柔性抓取场景中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明实施例的结构立体示意图；
图2是本发明实施例的控制系统电控原理示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
参照图1和图2，这是本发明的实施例，具体地：
一种自适应机械手爪，包括底座2，底座2上设有具有驱动轴的驱动器，还包括驱动组件，所述驱动组件包括传动连接在一起的第一驱动件41、沿驱动轴的轴向移动的第二驱动件42，底座2上绕驱动轴环形布设有若干个爪指组件；所述爪指组件：包括弹性部件、从上到下依次连接在一起的第一连杆31、与第一连杆31滑动连接的滑杆32、与滑杆铰接的第二连杆组件，滑杆32与第一连杆31相互平行设置，底座2与第一连杆31铰接，弹性部件的两端分别与第一连杆31、滑杆32连接，还包括用于感应第一连杆31与滑杆32之间相对位移的位移传感器，位移传感器与第一连杆31或滑杆32固定连接；驱动轴与第一驱动件41连接，第二驱动件42与第二连杆组件用转轴连接。夹紧时，滑杆会在第一连杆上运动，这样就能让不同的爪指组件的实际长度不同，这就能很好地夹持形状不规则的工件，而位移传感器能获得第一连杆和滑杆之间的位移量，而弹性部件的弹性模量已知，所以可以很好地通过位移量来计算夹持力的大小，而且能根据位移量来准确地了解夹持位置、工件被夹的姿态是否正确，也能知道被夹工件的具体重量。夹紧时，滑杆会在第一连杆上运动，可以很好地夹持形状不规则的工件，并通过位移传感器测量出相对滑动距离，进而可以通过爪指组件构型推算出抓夹力。
为了减少运动摩擦，第一连杆31与滑杆32之间设有直线导轨33。
爪指组件：包括两个弹性部件，所述两个弹性部件相互呈交叉设置。这样的设置，可以让第一连杆31与滑杆32之间的受到的弹力的变化量波动较小，减少三角函数对弹力的影响，而且能让第一连杆31与滑杆32之间的两个方向运动都足够的弹力。
为了让爪指组件的两侧受力均匀，爪指组件：包括四个弹性部件，每两个弹性部件称为一个弹力组，同一个弹力组内的两个弹性部件相互呈交叉设置，四个弹性部件形成两个弹力组，所述两个弹力组分别对称地设在滑杆32的两侧。
本实施例所述弹性部件为弹簧。
本实施例的所述驱动器为步进电动机，第一驱动件41为丝杆，第二驱动件42为丝杆螺母，第二驱动件42的外侧与第二连杆组件用所述转轴连接。这样传动平稳，定位精准，抓取力大。当然，所述驱动器还包括气缸、液压缸等具有伸缩轴的驱动元器件，此时伸缩轴为驱动轴，第一驱动件为连接伸缩轴与第二驱动件的紧固部件。
第二连杆组件包括第二连接杆34、与第二连接杆固定连接的往下延伸的指杆35，第二连接杆34的上侧、下侧分别与滑杆32的下侧、第二驱动件42连接；指杆35的内侧面上设有夹持区，所述夹持区上设有由软质材料制成的拱桥状的柔性手指端5，或柔性手指端5与夹持区之间设有应变孔51，柔性手指端5上设有压力传感器。柔性手指端5的设置，能更好地适应不同形状的工件，可以根据与物体接触点的不同，自适应的产生形变，指端产生稳定的抓取姿态。
为了便于感知本实施例对工件的正面压力，指杆35的内侧面上设有夹持区，所述夹持区上设有压力传感器。
位移传感器包括接触式位移传感器，还包括非接触式位移传感器，本实施例所述位移传感器为滑动变阻器。滑动变阻器固定在第一连杆/滑杆上，滑动变阻器的移动端对应地与滑杆/第一连杆连接。
为了便于与机器人连接，本实施例还包括基座1，所述基座1与底座2连接。
本实施例还包括数据处理系统，第二驱动件42的下侧设有手心摄像头6，数据处理系统与手心摄像头6、位移传感器、压力传感器连接，手心摄像头6的监视范围覆盖应变孔或柔性手指端，所述数据处理系统基于指杆35的变形图像数据、位移传感器根据位移量计算出来的抓取力数据、压力传感器的握力数据，判断被抓取物体的轮廓、形状、位姿的信息。
具体地，数据处理系统包括上层电脑、单片机、控制器，机械手爪通过单片机与机械手的驱动器件的控制器通讯，控制机械手爪的动作。同时收集位移传感器的位置信息，和指端力传感器的力信息。并将这些信息送到上次电脑，上层电脑对这些传感器信息进行处理，分析出手爪的当前构型，及指端受力情况。同时，根据手心摄像头的图像信息，可以判断被抓取物体的轮廓、形状、位姿等信息。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种自适应机械手爪，包括底座(2)，底座(2)上设有具有驱动轴的驱动器，其特征在于：还包括驱动组件，所述驱动组件包括传动连接在一起的第一驱动件(41)、沿驱动轴的轴向移动的第二驱动件(42)，底座(2)上绕驱动轴环形布设有若干个爪指组件；
所述爪指组件：
包括弹性部件、从上到下依次连接在一起的第一连杆(31)、与第一连杆(31)滑动连接的滑杆(32)、与滑杆(32)铰接的第二连杆组件，滑杆(32)与第一连杆(31)相互平行设置，底座(2)与第一连杆(31)铰接，弹性部件的两端分别与第一连杆(31)、滑杆(32)连接，还包括用于感应第一连杆(31)与滑杆(32)之间相对位移的位移传感器，位移传感器与第一连杆(31)或滑杆(32)固定连接；
驱动轴与第一驱动件(41)连接，第二驱动件(42)与第二连杆组件用转轴连接。
2.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：第一连杆(31)与滑杆(32)之间设有直线导轨(33)。
3.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：爪指组件：包括两个弹性部件，所述两个弹性部件相互呈交叉设置。
4.根据权利要求3所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：爪指组件：包括四个弹性部件，每两个弹性部件称为一个弹力组，同一个弹力组内的两个弹性部件相互呈交叉设置，四个弹性部件形成两个弹力组，所述两个弹力组分别对称地设在滑杆(32)的两侧。
5.根据权利要求3或4所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：所述弹性部件为弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：所述驱动器为电动机，第一驱动件(41)为丝杆，第二驱动件(42)为丝杆螺母，第二驱动件(42)的外侧与第二连杆组件用所述转轴连接。
7.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：第二连杆组件包括第二连接杆(34)、与第二连接杆(34)固定连接的往下延伸的指杆(35)，第二连接杆(34)的上侧、下侧分别与滑杆(32)的下侧、第二驱动件(42)连接；指杆(35)的内侧面上设有夹持区，所述夹持区上设有由软质材料制成的拱桥状的柔性手指端(5)，柔性手指端(5)内设有应变孔(51)或柔性手指端(5)与夹持区之间设有应变孔(51)，柔性手指端(5)上设有压力传感器。
8.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：所述位移传感器为滑动变阻器，滑动变阻器固定在第一连杆(31)/滑杆(32)上，滑动变阻器的移动端对应地与滑杆(32)/第一连杆(31)连接。
9.根据权利要求1所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：还包括基座(1)，所述基座(1)与底座(2)连接。
10.根据权利要求7所述的一种自适应机械手爪，其特征在于：还包括数据处理系统，第二驱动件(42)的下侧设有手心摄像头(6)，数据处理系统与手心摄像头(6)、位移传感器、压力传感器连接，所述数据处理系统基于应变孔(51)和/或柔性手指端(5)的变形图像数据、位移传感器根据位移量计算出来的抓取力数据、压力传感器的握力数据，判断被抓取物体的轮廓、形状、位姿的信息。
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