CN108972607A - 一种智能机械手装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能机械手装置，抓取单元包括呈周向均布的若干爪手，每个爪手由指节和设于指节一端的指尖构成；驱动单元包括驱动轴，以用于受外力作用并驱动各指尖靠近或远离；力和温湿度传感器设于指尖上，以用于检测夹取力度并将检测数据传输于信号处理单元；扭力传感器套设于驱动轴的外周，其外圈与各爪手止转连接，其内圈与外部支座止转连接以传递扭矩，并将检测数据传输于信号处理单元。该智能机械手装置的机构简单，可保证机械手可以在运动中随时反馈自身的运动状态和被抓取物体的抓取力和温度等，减少在操作中对物体的破坏，特别在对一些精密易碎零件的操作中可以确保零件不受损坏。

Description

一种智能机械手装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种智能机械手装置。

背景技术

随着社会的发展，现阶段机械手在抓取物体时一般没有同时对抓取力和运动过程的扭矩的控制，也没有温湿度的测量，一些精密易碎零件依靠人工操作，无法对机械手的运动及抓取的状态进行控制，不能柔性控制机械手的动作，抓取物体；现有的机械手中包含以下几种设计：

现有设计一：通过位置感应控制机械手的运动，机械手的抓取为设计的特定结构，只能抓取固定的物体，不同的物体需要不同的机械手和不同的程序设计，灵活性差，不能智能感知抓取物体时的动态参数(力，扭矩，温度等参数)，物体如有变化需要停机更新程序或装置；无温度和湿度扭矩的检测，对精密易碎物体无能力操作，需要人工操作；

现有设计二：通过光电效应和复杂的计算的智能感知机械手传感器要求高，成本高，虽然更接近于人手，具有神经感知特点，但结构复杂，成本高，不易工业化；

现有设计三：通过电机和力传感器的智能感知机械手，无扭矩检测功能，只能以一定的速度抓取物体，结构复杂，传感器要求高，成本高。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种智能机械手装置，该智能机械手装置的机构简单，可以感知抓取力和扭矩，温度、湿度，从而保证机械手可以在运动中随时反馈自身的运动状态和被抓取物体的抓取力和温度等，达到机械手的智能化目的，减少在操作中对物体的破坏，特别在对一些精密易碎零件的操作中可以确保零件不受损坏。

为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种智能机械手装置，包括抓取单元、驱动单元、力和温湿度传感单元、扭力传感器和信号处理单元；所述抓取单元包括呈周向均布的若干爪手，每个爪手由指节和设于指节一端的指尖构成；所述驱动单元包括驱动轴，以用于受外力作用并驱动各爪手开合，从而使指尖靠近或远离；所述力和温湿度传感器设于指尖上，以用于检测夹取力度，并将检测数据传输于信号处理单元；所述扭力传感器套设于驱动轴的外周，其外圈与各爪手止转连接，其内圈与外部支座止转连接以传递扭矩，并将检测数据传输于信号处理单元。

进一步地，所述抓取单元还包括固定盘；所述驱动单元还包括连杆动盘和若干连杆；每个所述爪手的指节中部向轴线所在一侧突起形成连接部，连接部均与固定盘的周缘铰接；每个所述爪手的指节的另一端均与一连杆的一端铰接，每根连杆的另一端均与连杆动盘的周缘铰接；所述驱动轴与连杆动盘同轴固接。

进一步地，还包括腕部单元；所述腕部单元包括均同轴套设于驱动轴的外周的扭力传感器固定座和扭力连接轴；所述扭力传感器固定座通过若干轴向的连接轴与固定盘形成固接；所述扭力传感器的外圈与扭力传感器固定座同轴固接，以实现与各爪手的止转连接；所述扭力传感器的内圈与扭力连接轴固接；所述扭力连接轴用于与外部支座连接。

进一步地，所述腕部单元还包括外壳；所述信号处理单元包括信号处理电路板和输出接头；所述外壳盖同轴包覆于扭力传感器固定座、扭力传感器和扭力连接轴的外周；所述信号处理电路板固定套设于扭力连接轴的外周壁上，并与输出接头电连接。

进一步地，所述力和温湿度传感单元包括壳体和均装设于壳体内的传力橡胶头、传力金属头、NTC电阻和力传感器；所述壳体固接于指尖的夹持面上；所述传力橡胶头的一端伸出壳体，以用于与所夹持的物品接触；所述传力金属头固接于传力橡胶头的内侧；所述NTC电阻贴设于传力金属头上与传力橡胶头相对的另一侧；所述力传感器压设于传力橡胶头和壳体内壁之间，力传感器和NTC电阻均与信号处理单元电连接。

进一步地，所述壳体包括一端开口的本体和盖设于本体开口处的盖体；所述本体的一端设有螺接部，以与爪手的指尖螺纹固接；所述盖体上设有供传力橡胶头的一端伸出的通孔。

本发明所述的技术方案相对于现有技术，取得的有益效果是：

(1)本技术方案通过设置力和温湿度传感单元和扭力传感器，以使机械手在夹取零件时可以感知抓取力和扭矩，温度、湿度，从而保证机械手可以在运动中随时反馈自身的运动状态和被抓取物体的抓取力和温度等，达到机械手的智能化目的；结构简单且减少了在操作中对物体的破坏，特别在对一些精密易碎零件的操作中可以确保零件不受损坏。

(2)以连杆机构实现了对爪手张合的驱动，结构简单、功能可靠。

(3)通过在机械手的腕部单元设置扭力传感器，以对整个夹取单元在操作时的扭矩进行监测，可对零件进行有效地保护。

(4)通过设置外壳，以对信号处理单元进行防护，保证其具有较长的使用寿命。

(5)力和温湿度传感单元的结构简单、生产工艺简便、成本较低。

(6)壳体有本体和盖体组成，提高了装配的便利性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例智能机械手装置的立体分解结构示意图；

图2为本发明实施例智能机械手装置的正视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，图1和图2示出了本发明实施例智能机械手装置的结构示意图。如图1和图2所示，本发明实施例中，智能机械手包括抓取单元1、驱动单元2、力和温湿度传感单元、扭力传感器4、信号处理单元5和腕部单元6。

其中，抓取单元1包括呈周向均布的若干爪手11和固定盘12，每个爪手11由指节111和设于指节111一端的指尖112构成；每个爪手11的指节111中部向轴线所在一侧突起形成连接部，连接部均与固定盘12的周缘铰接；具体地，连接部通过铰接轴和轴承与固定盘12实现铰接。

驱动单元2包括驱动轴21、连接转盘和若干连杆23，驱动轴21与连杆23动盘22同轴固接，以用于受外力作用并驱动各爪手11开合，从而使指尖112靠近或远离；每根连杆23的一端用于分别与各爪手11的指节111的另一端铰接，其另一端与连杆23动盘22的周缘铰接；具体地，爪手11的指节111与连杆23通过铰接轴和轴承铰接。

力和温湿度传感单元3设于指尖112上，以用于检测夹取力度，并将检测数据传输于信号处理单元5；其包括壳体31和均装设于壳体31内的传力橡胶头32、传力金属头33、NTC电阻34和力传感器35；壳体31固接于指尖112的夹持面上；传力橡胶头32的一端伸出壳体31，以用于与所夹持的物品接触；传力金属头33固接于传力橡胶头32的内侧；NTC电阻34贴设于传力金属头33上与传力橡胶头32相对的另一侧，NTC电阻34通过导热胶固定于传力金属头33上；力传感器35压设于传力橡胶头32和壳体31内壁之间，力传感器35和NTC电阻34均与信号处理单元5电连接。

优选地，壳体31包括一端开口的本体311和盖设于本体311开口处的盖体312；本体311的一端设有螺接部3111，以与爪手11的指尖112螺纹固接，螺接部3111上设有通孔，以供导线穿过并与信号处理单元5实现电连接，并将力传感器35应力信号的大小和NTC电阻34感应信号的大小传输给信号处理单元5；盖体312上设有供传力橡胶头32的一端伸出的通孔。

具体地，热通过传力橡胶头32和传力金属头33传到NTC电阻34，引起NTC电阻34的电阻发生变化，从而通过信号处理单元5将其转化为电压变化，得到温度数据。

在本实施例中，扭力传感器4套设于驱动轴21的外周，其外圈与各爪手11止转连接，其内圈与外部支座止转连接以传递扭矩，并将检测数据传输于信号处理单元5。

腕部单元6包括均同轴套设于驱动轴21的外周的扭力传感器4固定座61和扭力连接轴62；扭力传感器4固定座61通过若干轴向的连接轴与固定盘12形成固接；扭力传感器4的外圈与扭力传感器4固定座61同轴固接，以实现与各爪手11的止转连接；扭力传感器4的内圈与扭力连接轴62固接；所述扭力连接轴62用于与外部支座连接。

信号处理单元5包括信号处理电路板51和输出接头52，外壳63盖同轴包覆于扭力传感器4固定座61、扭力传感器4和扭力连接轴62的外周；信号处理电路板51固定套设于扭力连接轴62的外周壁上，并与输出接头52电连接。具体地，信号处理电路板51将所接收的毫伏信号通过做放大处理和AD模数转换之后，输入到MCU中进行一定的计算之后，以CAN的信号形式通过输出接头52输出力、温度、湿度和扭矩的多参数信号，以CAN的信号输出，易于标准化。

采用上述实施例可以看出，在本技术方案通过设置力和温湿度传感单元3和扭力传感器4，以使机械手在夹取零件时可以感知抓取力和扭矩，温度、湿度，从而保证机械手可以在运动中随时反馈自身的运动状态和被抓取物体的抓取力和温度等，达到机械手的智能化目的；结构简单且减少了在操作中对物体的破坏，特别在对一些精密易碎零件的操作中可以确保零件不受损坏。

以连杆23机构实现了对爪手11张合的驱动，结构简单、功能可靠。

通过在机械手的腕部单元6设置扭力传感器4，以对整个夹取单元在操作时的扭矩进行监测，可对零件进行有效地保护。

通过设置外壳63，以对信号处理单元5进行防护，保证其具有较长的使用寿命。

力和温湿度传感单元3的结构简单、生产工艺简便、成本较低。

壳体31有本体311和盖体312组成，提高了装配的便利性。

上述说明描述了本实用样的型的优选实施例，但应当理解本实用样的型并非局限于上述实施例，且不应看作对其他实施例的排除。通过本发明的启示，本领域技术人员结合公知或现有技术、知识所进行的改动也应视为在本发发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种智能机械手装置，其特征是：包括抓取单元、驱动单元、力和温湿度传感单元、扭力传感器和信号处理单元；

所述抓取单元包括呈周向均布的若干爪手，每个爪手由指节和设于指节一端的指尖构成；

所述驱动单元包括驱动轴，以用于受外力作用并驱动各爪手开合，从而使指尖靠近或远离；

所述力和温湿度传感器设于指尖上，以用于检测夹取力度，并将检测数据传输于信号处理单元；

所述扭力传感器套设于驱动轴的外周，其外圈与各爪手止转连接，其内圈与外部支座止转连接以传递扭矩，并将检测数据传输于信号处理单元。

2.如权利要求1所述的一种智能机械手装置，其特征是：所述抓取单元还包括固定盘；所述驱动单元还包括连杆动盘和若干连杆；

每个所述爪手的指节中部向轴线所在一侧突起形成连接部，连接部均与固定盘的周缘铰接；

每个所述爪手的指节的另一端均与一连杆的一端铰接，每根连杆的另一端均与连杆动盘的周缘铰接；所述驱动轴与连杆动盘同轴固接。

3.如权利要求1所述的一种智能机械手装置，其特征是：还包括腕部单元；所述腕部单元包括均同轴套设于驱动轴的外周的扭力传感器固定座和扭力连接轴；

所述扭力传感器固定座通过若干轴向的连接轴与固定盘形成固接；

所述扭力传感器的外圈与扭力传感器固定座同轴固接，以实现与各爪手的止转连接；所述扭力传感器的内圈与扭力连接轴固接；所述扭力连接轴用于与外部支座连接。

4.如权利要求3所述的一种智能机械手装置，其特征是：所述腕部单元还包括外壳；所述信号处理单元包括信号处理电路板和输出接头；

所述外壳盖同轴包覆于扭力传感器固定座、扭力传感器和扭力连接轴的外周；所述信号处理电路板固定套设于扭力连接轴的外周壁上，并与输出接头电连接。

5.如权利要求1所述的一种智能机械手装置，其特征是：所述力和温湿度传感单元包括壳体和均装设于壳体内的传力橡胶头、传力金属头、NTC电阻和力传感器。

6.如权利要求5所述的一种智能机械手装置，其特征是：

所述壳体固接于指尖的夹持面上；

所述传力橡胶头的一端伸出壳体，以用于与所夹持的物品接触；所述传力金属头固接于传力橡胶头的内侧；所述NTC电阻贴设于传力金属头上与传力橡胶头相对的另一侧；所述力传感器压设于传力橡胶头和壳体内壁之间，力传感器和NTC电阻均与信号处理单元电连接。

7.如权利要求6所述的一种智能机械手装置，其特征是：所述壳体包括一端开口的本体和盖设于本体开口处的盖体。

8.如权利要求7所述的一种智能机械手装置，其特征是，所述本体的一端设有螺接部，以与爪手的指尖螺纹固接；所述盖体上设有供传力橡胶头的一端伸出的通孔。