CN103707314A - 一种地面机器人的手爪力传感器 - Google Patents

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CN103707314A CN201410018137.XA CN201410018137A CN103707314A CN 103707314 A CN103707314 A CN 103707314A CN 201410018137 A CN201410018137 A CN 201410018137A CN 103707314 A CN103707314 A CN 103707314A
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张伟民
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Abstract

本发明涉及一种地面机器人的手爪力传感器设计方案。本发明将传统的直接测量钳爪与目标物体的接触力，通过钳爪、连杆转移到连杆处测量，直接避免了，直接测量时可能产生的传感器磨损。通过采用事先标定，我们可以简单方便的得到钳爪处接触力与本方案传感器的测量力之间的大小关系，直接表征所需测量力的大小。钳爪和连杆的存在，使得所需测量的力相当于经过了一个物理阻尼，有效抑制了测量力的跳变，对保护传感器起到了很好的作用。本发明地面机器人的手爪力传感器设计方案具有更高的可靠性，安全性及耐用性且实现方式简单，具备很好的工程化特点。

Description

一种地面机器人的手爪力传感器
技术领域
本发明涉及地面机器人传感器技术领域，特别是一种地面机器人手爪力传感器设计。 
背景技术
近年来，为了应对反恐、排爆及复杂作业的要求，越来越多的地面机器人被要求具备机械臂、手爪以实现抓取、搬运等复杂功能。而手爪的力传感器的设计是实现此功能的重要技术，保证任务完成水平的关键之一。抓取、搬运功能的实现都离不开对手爪力大小的控制，必须施加合适的力才能完成作业任务，手爪施加的力过小，会导致不能抓取住物体，施加力过大会对物体造成诸如变形等损害。现有的地面机器人力传感器设计方案通常选择直接将力传感器安装于钳爪与物体接触处，存在有直接测量易磨损，对加速、急停尤其是故障出现产生的大惯性力处理没有很好的解决方案等问题。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种地面机器人手爪力传感器的设计方案，以克服现有力传感器直接安装于钳爪处可能出现的直接测量磨损、手爪急停等过程大阶跃力损害力传感器等多种缺点，达到更为高效、可靠的力测量效果。 
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案解决的： 
为了减少力传感器直接与抓取目标接触产生的物理磨损，选择间接测量方式，通过测量钳臂处的受力来表征。 
为了解决在手爪突然加速、急停过程，尤其是机械故障等可能引起的运动过程手爪突然卡死等可能产生的巨大的惯性力对力触感器造成损害，所述技术方案通过引入物理阻尼使得这种非正常测量量迅速衰减，达到保护力传感器的目的。 
为了解决力传感器所测大小与钳爪处的力大小的关系，采用简单有效的标定方法，建立两者之间的定量关系，实现对钳爪处力大小的定量测量。 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明： 
图1是为实现抓取、搬运等功能而带有机械臂、手爪的地面机器人； 
图2是将力传感器安装于钳爪处的传统设计方案； 
图3是本发明的设计方案结构示意图。 
具体实施方式
由图1所示，为了实现抓取、搬运等功能，出现了带有机械臂(1)、手爪(2)的地面机器人。怎样实现力传感器设计、安装，使得手爪处施加合适的力成为重要关键。 
由图2所示传统设计方案，将力传感器安装于钳爪处（1）直接对接触力进行测量，存在诸多需要改进的地方。 
如图3所示，为了减少、避免将力传感器安装于钳爪处可能出现的物理磨损，本发明将力传感器(3)安装于钳臂连杆(2)处，通过测量钳臂处的受力来表征钳爪处的受力，从而实现控制的所需施加力的大小。 
如图3所示，钳爪施加给目标物体的力通过钳爪、连杆传递给安装于连杆处的力传感器，由于连杆和钳爪本身质量的存在，使得力在传递至力传感器之前相当于经过了物理阻尼，这种阻尼的存在对于应对力突变的情况有很好的抑制作用，使得力传感器处的受力不会剧烈的跳变，而会缓慢增长。这种效果的存在对于保护力传感器有很好的作用。力的突变情况多出现于不合理的运动状态剧烈情况下，如因机械故障，出现机械臂突然停止，由于加速度很大，力传感器出会出现很大的惯性力超出传感器量程，对传感器造成损坏。因此，本发明方案具有更高的可靠性和安全性。 

Claims (5)

1.一种地面机器人的手爪力传感器设计方案，包括传感器测量手爪力的实现方法及优点，其特征在于在测量手爪力时，通过连杆转移测量，阻尼质量衰减的方式实现测量，保证更好的测量特性。
2.根据权利要求1所述地面机器人的手爪力传感器设计方案，其特征在于传感器的位置由钳爪接触处转移至了钳臂处，避免了传感器的物理磨损，减少了直接接触易产生的温度变化对传感器的影响。
3.根据权利要求1所述地面机器人的手爪力传感器设计方案，其特征在于传感器的位置由钳爪接触处转移至钳臂连杆处，由于钳爪到钳臂处的连杆起的物理阻尼作用，能够有效衰减、过滤由于可能出现的急停事故中因速度阶跃产生的巨大惯性力，防止其超出传感器量程对传感器造成损害。
4.根据权利要求1地面机器人的手爪力传感器设计方案，其特征在于对于钳爪接触处的力大小与钳臂处测量力大小两者间关系，预先进行标定，操作简单，效果好。
5.根据权利要求1所述地面机器人的手爪力传感器设计方案，其特征在于操作简单，成本低廉，维修方便。
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