CN105881588A - 一种智能触感检测探头 - Google Patents

Abstract

本发明的智能触感检测探头工作时可模仿啮齿类动物的动作，前端电机通过丝杠、滑套、连杆等传动机构，驱动人工触须摆动，从而判断与被测物体表面是否有效接触，然后后端电机带动人工触须间歇性转动，使其扫过被测物体表面，并不断采集人工触须信号，测控电路板将所有数据进行处理和分析，以获得被测物体表面形状、纹理等参数。智能触感检测探头还可通过触头实现对被测物体表面硬度的检测，工作时将触头压向被测物体表面，结合接近传感器、压阻或电容传感器阵列数据评估物体表面硬度。本发明所设计的测控电路板可独立实现对人工触须、接近传感器以及压阻或电容传感器阵列的数据采集、处理和分析的功能，并将结果通过通信接口发至机器人主控板。

Description

一种智能触感检测探头

技术领域

本发明涉及智能检测机械电子技术领域，具体地说，涉及一种智能触感检测探头。

背景技术

目前机器人在智能制造、搜索救援、家庭服务等领域应用日益普遍。机器人末端执行器触觉感知功能的开发，是提高机器人智能化程度的重要途径。在越来越多的应用场合，机器人机械手需要夹持或抓取未知物体，如果不能快速评估物体表面特性，如形状、硬度、纹理等，机器人就难以精确控制机械手的姿态、动作或夹持力度，极有可能出现物体打滑、掉落或被挤压变形的情况。此外对于一些在特殊环境作业的机器人，如管道机器人、救援机器人等也需要利用触觉感知能力对周边环境进行探测，为下一步的避障决策和路径规划做准备。

如今出现了一些非接触测量的技术手段，如机器视觉和激光扫描等，但机器视觉在对未知物体或环境探测时，受光照条件、摄像角度、镜头畸变等因素影响较大，且系统开销大、运算时间长，而激光扫描技术存在设备价格比较昂贵、实时性不高等缺点，且上述两种技术都难以获得物体材质的准确信息，因此作为机器人触觉感知关键部件的触感检测探头有很好的应用前景。

目前机器人在夹持或抓取未知物体之前，对物体表面特性的触感检测一般采用的是单一触觉传感器随机探测，即对物体表面随机选择的若干个点进行接触，通过触觉传感器的输出信号评估物体的表面特性，但这种方法效率较低，获得的样本点数据总体偏少，测量误差较大，难以获得准确的形状、纹理等信息。

总而言之，现阶段尚缺少一种智能化程度高的集成式触感检测探头，能快速、准确地评估物体表面特性。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种智能触感检测探头，能快速、准确地评估物体表面特性，可应用于智能制造、装配机器人或特殊环境作业的各式机器人执行器前端，实现对未知物体和环境的触觉感知。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种智能触感检测探头，包括触头、人工触须、固定套环、接近传感器、滑套、丝杠、触须安装杆、连杆和前端电机，所述丝杠的前端设有所述触头和固定套环，所述固定套环设有所述接近传感器，所述固定套环铰接触须安装杆，所述触须安装杆的另一端铰接连杆，所述触须安装杆设有若干根所述人工触须，所述连杆的另一端设有滑套，所述滑套套接在所述丝杠，所述丝杠远离所述触头的一端设有前端电机。

进一步，还包括后端电机，所述后端电机驱动所述丝杠和前端电机转动。

进一步，所述触头从外向内主要分为三层，外层为硅橡胶，中间层为压阻或电容传感器，底层为粘结材料。

进一步，每根所述人工触须从前到后依次为柔细钢丝、永磁铁和霍尔元件。

进一步，所述触须安装杆有3个，每隔120度绕丝杠均布。

进一步，还包括测控电路板，所述测控电路板连接触头、人工触须、接近传感器、前端电机和后端电机。

进一步，所述测控电路板的输出端设有电源接口、电机驱动接口以及与机器人主控板的通信接口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的智能触感检测探头工作时可模仿啮齿类动物的动作，前端电机通过丝杠、滑套、连杆等传动机构，驱动人工触须摆动，从而判断与被测物体表面是否有效接触，然后后端电机带动人工触须间歇性转动，使其扫过被测物体表面，并不断采集人工触须信号，测控电路板将所有数据进行处理和分析，以获得被测物体表面形状、纹理等参数。智能触感检测探头还可通过触头实现对被测物体表面硬度的检测，工作时将触头压向被测物体表面，结合接近传感器、压阻或电容传感器阵列数据评估物体表面硬度。本发明所设计的测控电路板可独立实现对人工触须、接近传感器以及压阻或电容传感器阵列的数据采集、处理和分析的功能，并将结果通过通信接口发至机器人主控板。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：

图1是本发明所述一种智能触感检测探头的结构示意图；

图2是本发明智能触感检测探头的测控电路板框图。

图中，1——触头； 2——固定套环；

3——接近传感器； 4——人工触须；

5——连杆； 6——滑套；

7——轴承； 8——后端电机；

9——测控电路板； 10——前端电机；

11——法兰； 12——丝杠；

13——触须安装杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示，本发明所述一种智能触感检测探头，包括触头1、人工触须4、固定套环2、接近传感器3、滑套6、丝杠12、触须安装杆13、连杆5、前端电机10和后端电机8，丝杠12的前端设有触头1和固定套环2，固定套环2均布有多个接近传感器3，固定套环2铰接触须安装杆13，触须安装杆13的另一端铰接连杆5，触须安装杆13设有若干根人工触须4，连杆5的另一端设有滑套6，滑套6套接在丝杠12，丝杠12远离触头1的一端设有前端电机10，丝杠12两端装配有轴承7，前端电机10和丝杠12之间安装有法兰11，触头1从外向内主要分为三层，外层为硅橡胶，中间层为压阻或电容传感器，底层为粘结材料，粘结材料用于将触头1粘接在固定件上，触头1置于固定套环2环中。

每根人工触须4从前到后依次由柔细钢丝、永磁铁和霍尔元件组成，多个人工触须4组成一列置于触须安装杆13之上，共有3列触须每隔120度绕丝杠12均布。触须安装杆13一端与固定套环2连接，连杆5另一端与滑套6连接，每当前端电机10驱动丝杠12旋转时，滑套6就将驱动连杆5展开或收拢。后端电机8可带动前端电机10及其他部件整体旋转。测控电路板9主要负责采集人工触须4、触头1、接近传感器3的数据并处理，并对电机进行驱动控制，测控电路板9的输出端设有电源接口、电机驱动接口以及与机器人主控板的通信接口。

本发明的工作过程是：

当机器人需要对未知物体的表面特性进行探测时，机械手(机械手部分不属于本专利内容)带动智能触感检测探头趋近被测物体，前端电机10启动，带动丝杠12旋转，滑套6向前端移动，连杆5被折叠起来，人工触须4指向被测物体，此时可进行数次试探性探测，测控电路板9分时对多根人工触须4的信号进行采集，利用智能算法计算人工触须4的弯折曲率及曲率变化率，从而判断是否有多根人工触须4有效接触被测物体表面。若有效接触的前提条件成立，前端电机10以一定的频率反转紧接正转，此时人工触须4形成摆动的动作，即模仿啮齿类动物的触须摆动，通过测控电路板9的信号处理获得尽可能多且准确的数据。然后测控电路板9发出指令使前端电机10自锁，并启动后端电机8，后端电机8带动前端电机10旋转，由于前端电机10被锁定，人工触须4也随之旋转，扫过被测物体表面，测控电路板9对人工触须4旋转速度进行控制，一般采取间断回转的方式，即旋转一定的角度后，停止旋转进行信号采集，必要时可实施触须摆动，当人工触须4旋转一周后，测控电路板9对包括电机光电编码器在内的所有数据进行处理和分析，以获得被测物体表面形状、纹理等参数。接着反转前端电机10，滑套6向后端移动，连杆5展开，人工触须4收回脱离与物体接触。机械手带动智能触感检测探头沿已探明表面的法向进给，将触头1压向被测物体表面，触头1外层硅橡胶被挤压变形，测控电路板9同时采集接近传感器3的信号，当硅橡胶变形到指定程度时，读取触头1内层压阻或电容传感器阵列的数据，经过测控电路板9的处理和分析，评估被测物体表面硬度，机械手带动检测探头脱离与被测物体接触，测控电路板9将分析结果通过通信接口发送至机器人主控板，至此智能触感检测探头的工作过程结束。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能触感检测探头，其特征在于：包括触头、人工触须、固定套环、接近传感器、滑套、丝杠、触须安装杆、连杆和前端电机，所述丝杠的前端设有所述触头和固定套环，所述固定套环设有所述接近传感器，所述固定套环铰接触须安装杆，所述触须安装杆的另一端铰接连杆，所述触须安装杆设有若干根所述人工触须，所述连杆的另一端设有滑套，所述滑套套接在所述丝杠，所述丝杠远离所述触头的一端设有前端电机。

2.根据权利要求1所述一种智能触感检测探头，其特征在于：还包括后端电机，所述后端电机驱动所述丝杠和前端电机转动。

3.根据权利要求1所述一种智能触感检测探头，其特征在于：所述触头从外向内主要分为三层，外层为硅橡胶，中间层为压阻或电容传感器，底层为粘结材料。

4.根据权利要求1所述一种智能触感检测探头，其特征在于：每根所述人工触须从前到后依次为柔细钢丝、永磁铁和霍尔元件。

5.根据权利要求1所述一种智能触感检测探头，其特征在于：所述触须安装杆有3个，每隔120度绕丝杠均布。

6.根据权利要求2所述一种智能触感检测探头，其特征在于：还包括测控电路板，所述测控电路板连接触头、人工触须、接近传感器、前端电机和后端电机。

7.根据权利要求6所述一种智能触感检测探头，其特征在于：所述测控电路板的输出端设有电源接口、电机驱动接口以及与机器人主控板的通信接口。