CN109249411A - 一种工业用软体抓取机器人 - Google Patents

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王志凌
吴恩
牟淑志
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    • B25J15/0019End effectors other than grippers
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Abstract

一种工业用软体抓取机器人,本申请底座内有底部旋转支座,机械臂固定架底部固定在底部旋转支座上,机械臂二的下端固定在机械臂固定架顶部,机械臂二的上端有机械臂电机,机械臂一后端底部支架固定在机械臂二上端的机械臂电机的转轴上,机械臂二后侧固定有机械臂气缸,机械臂一后端上固定安装有真空泵,软体手连接架固定在机械臂一前端,软体手固定架固定在软体手连接架底端,摄像头固定在软体手连接架一侧,球形软体手固定在软体手固定架下方,真空泵通过连接管道接球形软体手。本申请机器人采用球形软体抓手,通过在结构中充气,利用气压使结构产生变形或者运动,从而实现驱动抓取,主要运用于工业生产中,可以适合于不同形状物品的抓取。

Description

一种工业用软体抓取机器人
技术领域
本发明涉及软体机器人领域,特别是涉及一种工业用软体抓取机器人。
背景技术
传统的刚性机器人以其高刚度、高强度、高精度、高速度的特点在工业领域得到广泛应用,然而,当众多的科研和技术人员付出巨大努力试图将刚性机器人从工业生产线应用扩展到其他领域(如家政服务、助老助残、农业自动化、医疗康复等)时,却发现严重依赖结构化环境和精确数学模型的刚性机器人在上述的非结构复杂环境中与难以用准确的数学模型加以描述。复杂多变对象进行交互作业时,刚性机器人的高刚度、高强度、高精度特点反而成为导致其不能胜任此类任务的缺点。在这种情况下,软体机器人研究逐渐兴起。
自然界生物的柔软的身体、优良的灵活性和强大的环境适应性为机器人的发展提供了新思路。软体机器人以自然界的软体生物为原型,其躯体主要由可以承受大变形的弹性材料构成,可以连续地变形,具有极高的自由度。通过模仿软体动物的运动,这种机器人可以实现蠕动、扭转、爬行、游动等运动形式。软体机器人可以根据实际需要任意地改变自身形状和尺寸,在更加复杂的环境中作业。相比于传统的硬质机器人,软体机器人具有更高的安全性和更好的环境相容性,更加适合服务业和医疗领域。基于以上优点,软体机器人具有良好的灵活性、环境适应性,在工业生产、医疗服务、军事探测等方面具有广阔的应用前景,软体机器人已经成为了机器人领域的研究热点。
对于抓取机器人而言,设计和制造类似人的手指比较困难,容易出现故障,并且使用控制器控制机械手指的几十个关节也很复杂。新时代的人们需要更高级的仿制人手。这种仿制手能够更好地进行人机互动,能够更加灵活地在复杂的环境中工作。例如,它可以轻易地分拣外形多变、表面易碎的物体;可以更贴心地服务中风患者;可以在更安全的情况下进行手术辅助。在这些工作环境中,传统的刚性操作手装置很难工作。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供一种工业用软体抓取机器人,该机器人采用球形软体抓手,通过在结构中充气,利用气压使结构产生变形或者运动,从而实现驱动抓取,主要运用于工业生产中,可以适合于不同形状物品的抓取,为达此目的,本发明提供一种工业用软体抓取机器人,包括真空泵、连接管道、机械臂一、软体手连接架、摄像头、软体手固定架、球形软体手、机械臂电机、机械臂二、机械臂固定架、底部旋转支座、控制面板、底座和机械臂气缸,所述底座内有底部旋转支座,所述底座上有控制面板,所述控制面板在底部旋转支座前侧,所述机械臂固定架底部固定在底部旋转支座的转轴上,所述机械臂二的下端固定在机械臂固定架顶部通过支架内电机控制,所述机械臂二的上端有机械臂电机,所述机械臂一后端底部支架固定在机械臂二上端的机械臂电机的转轴上,所述机械臂二后侧固定有机械臂气缸,所述机械臂气缸的伸缩杆端部支撑机械臂一后侧下部,所述机械臂一后端上固定安装有真空泵,所述软体手连接架固定在机械臂一前端,所述软体手固定架固定在软体手连接架底端,所述摄像头通过支架固定在软体手连接架一侧,所述球形软体手固定在软体手固定架下方的开口内,所述真空泵通过连接管道穿过软体手固定架接球形软体手,所述球形软体手内填充有颗粒物。
本发明的进一步改进,所述机械臂固定架一侧设置有急停按钮,设置急停按钮可以在突发情况对机器人进行紧急控制。
本发明的进一步改进,所述底座通过一对连接线分别连有2个红外光电开关。所述红外光电开关型号为E18-D80NK,通过2个红外光电开关可以对物品位置进行初步确定。
本发明的进一步改进,所述摄像头有一个或者一对,本申请单个摄像头即可,双摄像头可以更好对位置进行判断。
本发明的进一步改进,所述控制面板内单片机控制芯片采用采用STC15W4K32S4系列的IAP15W4K61S4单片机,本申请采用以上芯片即可运行。
本发明的进一步改进,所述真空泵采用直流DC12V的微型真空泵,真空泵采用以上型号。
本发明的进一步改进,所述球形软体手采用乳胶弹性薄膜,本申请球形软体手一般采用乳胶弹性薄膜。
本发明一种工业用软体抓取机器人,具有如下优点;
1、本申请采用球形软体手设计:球形软体手采用乳胶弹性薄膜,其内部填充细小颗粒物,在疏松状态下颗粒物之间留有空隙,在挤压的状态下更能轻易地把物体吸附抓起。更适应多变的抓握对象,可以较理想的实现与物体形状的紧密匹配,适应性强;
2. 本申请采用气动驱动方式:利用阻塞原理,采用气动驱动,通过微型真空泵对软体手内部施加负压实现球形软体手对物体的抓取。气动驱动反应速度快,功率密度高;
3. 本申请物体自动检测定位:利用E18-D80NK红外光电开关检测到一定范围内出现的物体,并将信号传递给单片机,再配合摄像头进行物体位置定位。这种方式可以广泛应用于工厂生产线物品的检测;
4. 本申请机械臂可程控移动:可以采用单片机控制执行机械臂移位的程序,控制对准物体,为实现抓取动作做准备。
附图说明
图1是本发明结构示意图;
图2是本发明机器人系统功能结构图;
图3是本发明机器人系统软件设计流程图;
图中1.真空泵;2.连接管道;3.机械臂一;4.软体手连接架;5.摄像头;6.软体手固定架;7.球形软体手;8.机械臂电机;9.机械臂二;10.机械臂固定架;11.底部旋转支座;12.控制面板;13.红外光电开关;14.底座;15.急停按钮;16.机械臂气缸。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
本发明提供一种工业用软体抓取机器人,该机器人采用球形软体抓手,通过在结构中充气,利用气压使结构产生变形或者运动,从而实现驱动抓取,主要运用于工业生产中,可以适合于不同形状物品的抓取。
作为本发明一种实施例,本发明提供一种工业用软体抓取机器人,包括真空泵1、连接管道2、机械臂一3、软体手连接架4、摄像头5、软体手固定架6、球形软体手7、机械臂电机8、机械臂二9、机械臂固定架10、底部旋转支座11、控制面板12、底座14和机械臂气缸16,所述底座14内有底部旋转支座11,所述底座14上有控制面板12,所述控制面板12在底部旋转支座11前侧,所述机械臂固定架10底部固定在底部旋转支座11的转轴上,所述机械臂二9的下端固定在机械臂固定架10顶部通过支架内电机控制,所述机械臂二9的上端有机械臂电机8,所述机械臂一3后端底部支架固定在机械臂二9上端的机械臂电机8的转轴上,所述机械臂二9后侧固定有机械臂气缸16,所述机械臂气缸16的伸缩杆端部支撑机械臂一3后侧下部,所述机械臂一3后端上固定安装有真空泵1,所述软体手连接架4固定在机械臂一3前端,所述软体手固定架6固定在软体手连接架4底端,所述摄像头5通过支架固定在软体手连接架4一侧,所述球形软体手7固定在软体手固定架6下方的开口内,所述真空泵1通过连接管道2穿过软体手固定架6接球形软体手7,所述球形软体手7内填充有颗粒物。
作为本发明一种具体实施例,本发明提供如图1所示的一种工业用软体抓取机器人,包括真空泵1、连接管道2、机械臂一3、软体手连接架4、摄像头5、软体手固定架6、球形软体手7、机械臂电机8、机械臂二9、机械臂固定架10、底部旋转支座11、控制面板12、底座14和机械臂气缸16,所述底座14内有底部旋转支座11,所述底座14上有控制面板12,所述控制面板12在底部旋转支座11前侧,所述机械臂固定架10底部固定在底部旋转支座11的转轴上,所述机械臂固定架10一侧设置有急停按钮15,设置急停按钮可以在突发情况对机器人进行紧急控制,所述机械臂二9的下端固定在机械臂固定架10顶部通过支架内电机控制,所述机械臂二9的上端有机械臂电机8,所述机械臂一3后端底部支架固定在机械臂二9上端的机械臂电机8的转轴上,所述机械臂二9后侧固定有机械臂气缸16,所述机械臂气缸16的伸缩杆端部支撑机械臂一3后侧下部,所述机械臂一3后端上固定安装有真空泵1,所述软体手连接架4固定在机械臂一3前端,所述软体手固定架6固定在软体手连接架4底端,所述摄像头5有一个或者一对,本申请单个摄像头即可,双摄像头可以更好对位置进行判断,所述摄像头5通过支架固定在软体手连接架4一侧,所述球形软体手7固定在软体手固定架6下方的开口内,所述真空泵1通过连接管道2穿过软体手固定架6接球形软体手7,所述球形软体手7内填充有颗粒物,所述底座14通过一对连接线分别连有2个红外光电开关13,通过2个红外光电开关可以对物品位置进行初步确定。
本申请软体抓取机器人系统,该系统主要实现功能为:对任意形状物体抓取的定位;机械臂移动;球形软体手吸取和定向搬运。系统主要包括:物体定位模块、机械臂驱动模块、球形软体手吸取和搬运及单片机中心控制模块。系统功能结构图如2所示。
红外光电开关检测到固定位置有物体,将检测信号传送给单片机,再由单片机进行处理,使机械臂移动到物体位置,然后由软体手实现吸附抓举,将多种形状和特性的物体从一边移动到指定一边。
系统采用STC15W4K32S4系列的IAP15W4K61S4单片机作为主控芯片;红外光电开关E18-D80NK的检测距离;PWM舵机驱动机械臂模块;采用直流DC12V的微型真空泵进行气动驱动;球形软体手采用乳胶弹性薄膜,其内部填充细小颗粒物,在疏松状态下颗粒物之间留有空隙,在挤压的状态下更能轻易地把物体吸附抓起。
图3为软件程序设计流程图。整个工作过程为:红外光电开关检测到物体,将位置信息传送给单片机,单片机调用动作组,让机械臂移动到物体位置,接着发出控制信息给L298N,让它驱动微型真空泵工作,球形软体抓取物体,然后单片机控制其动作组实现抓取物体的移动及放置。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种工业用软体抓取机器人,包括真空泵(1)、连接管道(2)、机械臂一(3)、软体手连接架(4)、摄像头(5)、软体手固定架(6)、球形软体手(7)、机械臂电机(8)、机械臂二(9)、机械臂固定架(10)、底部旋转支座(11)、控制面板(12)、底座(14)和机械臂气缸(16),其特征在于:所述底座(14)内有底部旋转支座(11),所述底座(14)上有控制面板(12),所述控制面板(12)在底部旋转支座(11)前侧,所述机械臂固定架(10)底部固定在底部旋转支座(11)的转轴上,所述机械臂二(9)的下端固定在机械臂固定架(10)顶部通过支架内电机控制,所述机械臂二(9)的上端有机械臂电机(8),所述机械臂一(3)后端底部支架固定在机械臂二(9)上端的机械臂电机(8)的转轴上,所述机械臂二(9)后侧固定有机械臂气缸(16),所述机械臂气缸(16)的伸缩杆端部支撑机械臂一(3)后侧下部,所述机械臂一(3)后端上固定安装有真空泵(1),所述软体手连接架(4)固定在机械臂一(3)前端,所述软体手固定架(6)固定在软体手连接架(4)底端,所述摄像头(5)通过支架固定在软体手连接架(4)一侧,所述球形软体手(7)固定在软体手固定架(6)下方的开口内,所述真空泵(1)通过连接管道(2)穿过软体手固定架(6)接球形软体手(7),所述球形软体手(7)内填充有颗粒物。
2.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述机械臂固定架(10)一侧设置有急停按钮(15)。
3.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述底座(14)通过一对连接线分别连有2个红外光电开关(13)。
4.根据权利要求3所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述红外光电开关(13)型号为E18-D80NK。
5.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述摄像头(5)有一个或者一对。
6.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述控制面板(12)内单片机控制芯片采用采用STC15W4K32S4系列的IAP15W4K61S4单片机。
7.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述真空泵(1)采用直流DC12V的微型真空泵。
8.根据权利要求1所述的一种工业用软体抓取机器人,其特征在于:所述球形软体手(7)采用乳胶弹性薄膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109849033A (zh) * 2019-03-18 2019-06-07 金陵科技学院 一种多头软体联合柔性抓取工业辅助机构
CN109878586A (zh) * 2019-03-18 2019-06-14 金陵科技学院 一种利用软体柔性抓取方式爬杆的爬行运输机构
CN111136772A (zh) * 2020-02-14 2020-05-12 淳安县立亿杯业有限公司 一种陶瓷杯自动浸釉机

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