CN109291072B - 一种智能柔性操作手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能柔性操作手，柔性触感手指通过基座上基板与基座下底板相连；基座上基板和基座下底板与基座中基板相连固定；气泵与柔性触感手指相连，并固定在基座下底板上，能实现柔性触感手指内气压驱动；气泵和柔性触感手指分别与主控模块控制相连；智能柔性操作手采用四个可活动的柔性触感手指，能实现对目标物体的柔性抓取，采用导电硅胶实现柔性触感手指的受力感知，进而实现柔性触感手指抓力调节控制的目的；主控制器与柔性智能机械手相连，实现控制柔性智能机械手的步进电机相连实现柔性智能机械手抓取姿态控制，导电硅胶与所述主控制器相连，实现柔性智能机械手受力信息的读取。本操作手可广泛适用于需要柔性抓取的场所。

Description

一种智能柔性操作手

技术领域

本发明涉及机械手领域，特别是涉及一种智能柔性操作手。

背景技术

目前智能机器人操作手在目标的抓取和夹持等方面取的巨大的实际应用成果。而末端执行器操作手作为机器人与环境相互作用的最后执行部件,对机器人智能化水平的提高具有十分重要的作用,因此机器人末端执行器的工作能力的研究受到了极大的重视。近二十几年来,由于传统的工业机器人末端夹持器灵活性差、缺少感知能力和精确的力控制等缺点。而多指手操作手从结构与功能上模仿人手,可以实现对多种物体的灵巧操作和精确的力控制,因此具有解决一些复杂作业问题的可能性。

目前的工业操作手一般采用刚性的前端执行器，在控制系统中采用复杂的闭环控制，但对于易损物体的抓取难度较大，更加缺少对易损物体抓力大小和位置的在线感知和柔性抓取功能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种智能柔性操作手，实现对易损物体柔性抓取功能，并在线检测抓取接触力和接触位置。

为达到上述目的，本发明的构思是：本发明在传统的机械操作手的基础上，前端操作手指采用柔性结构，柔性触感手指外侧附着导电硅胶，通过柔性导电硅胶传感器在按压状态下的电阻变化来实现微触感按压力感知，采用气压控制型柔性手指进行柔性抓取和大接触抓力感知，通过柔性导电硅胶传感器和气压控制型柔性手指两者有机结合实现微触感到大量程抓力的抓力感知和控制，主控器接受压力变化调节步进电机对柔性触感手指驱动，来控制柔性触感手指相对于操作手基座成一定方向的翻转夹角，最终完成对于抓取目标的有效柔性抓取。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种智能柔性操作手，包含四个柔性触感手指、一个基座上基板、一个基座中基板、一个基座下底板、四个气泵和一个主控模块；其特征在于：所述柔性触感手指通过所述基座上基板与所述基座下底板相连；所述基座上基板和所述基座下底板与所述基座中基板相连固定；所述气泵与所述柔性触感手指相连，并固定在基座下底板上，用于实现所述柔性触感手指的气压驱动，以控制所述柔性触感手指的刚度；所述气泵和所述柔性触感手指分别与所述主控模块控制相连。

上述柔性触感手指为空心薄壁柔性结构，包括一个联轴器、一个锥齿轮组、一个旋转轴固定法兰、一个旋转轴、一个柔性触感手指基座、一个导电硅胶传感器、一个柔性触感手指头、一个锥齿轮固定法兰、两个深沟球轴承、两个轴承座和一个步进电机；所述导电硅胶传感器贴附在所述柔性触感手指头表面，用于实现微接触力大小和接触点位置感知；所述柔性手头与所述柔性触感手指基座相连；所述竖直方向锥齿轮通过所述联轴器与所述步进电机相连；所述水平方向锥齿轮与所述旋转轴相连并通过所述锥齿轮固定法兰与所述柔性触感手指基座相连；所述旋转轴通过所述旋转轴固定法兰与所述柔性触感手指基座相连；所述旋转轴两端与所述深沟球轴承相连并固定在所述轴承座；所述轴承座与所述步进电机相连；通过所述步进电机旋转带动所述锥齿轮组从而通过所述旋转轴带动所述柔性触感手指基座，以实现所述柔性触感手指头前后摆动。

上述导电硅胶传感器，包括多个导电硅胶填充、一个硅胶基座、一个手指外覆薄膜；所述硅胶基座贴附于柔性触感手指头表面；所述导电硅胶填充填充于所述硅胶基座，构成导电硅胶传感阵列；所述手指外覆薄膜覆盖在所述硅胶基座以保护内部结构；通过检测所述导电硅胶填充的电阻按压特性来实现接触点位置和微接触力的触感检测。

上述主控模块，其特征在于包括微处理器、以太网接口、压力传感器、功率驱动器、触感扫描电路、滤波电路和电源电路。所述的微处理器采用STM32F103RCT6嵌入式微控制器。所述以太网接口与所述微处理器相连，实现远程控制功能；所述压力传感器与所述柔性触感手指头相连，用于实现各个所述柔性触感手指头的腔内压力感知，进而获得所述柔性触感手指头的大接触力感知；所述压力传感器相连与所述微处理器相连；所述步进电机与所述气泵与所述功率驱动器相连；所述功率驱动器与所述微处理器相连；所述导电硅胶与所述触感扫描和所述滤波电路相连；所述触感扫描电路与所述微处理器301相连；所述滤波电路与所述微处理器相连，所述触感扫描电路和所述滤波电路相结合用于实现所述柔性触感手指头的力触感大小和力触感位置的检测；所述电源电路与所述微处理器相连。

上述导电硅胶传感器用于感应柔性触感手指的微触感按压力，并传送给主控制器。

上述主控制器用于接收导电硅胶传感器信号，控制柔性操作手机构，达到控制柔性触感手指姿态和抓取力度的目的。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本发明采用一个安装在机械臂末端的智能柔性操作手机构，通过该机构调节对于抓取目标的受抓取力控制，实现目标的抓取功能。

本发明的操作手控制系统可广泛适用于柔性操作手的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明专利的一些实施例。

附图1是专利一种智能柔性操作手的结构示意图；

其中，1—柔性触感手指；2—基座上基板；3—基座中基板；4—基座下底板；5—气泵；6—主控模块。

附图2是本专利一种单个柔性触感手指的结构示意图；

其中101—联轴器；102—锥齿轮组；103—旋转轴固定法兰；104—旋转轴；105—柔性触感手指基座；106—导电硅胶；107—柔性触感手指头；108—锥齿轮固定法兰；109—深沟球轴承；110—轴承座；111—步进电机。

附图3是本专利一种单个柔性触感手指指头薄壁的结构示意图(其中图(a)是整个柔性智能操作手指头纵剖面图，图(b)是图(a)中指壁的剖面图)；

其中201—手指外覆薄膜；202—导电硅胶填充；203—硅胶基座。

附图4是本发明的电路结构框图；

其中301—微处理器；302—以太网接口；303—压力传感器；304—功率驱动器；305—触感扫描电路；306—滤波电路；307—电源电路

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例一：

参见图1，本专利提供一种智能柔性操作手，包含四个柔性触感手指1、一个基座上基板2、一个基座中基板3、一个基座下底板4、四个气泵5和一个主控模块6；所述柔性触感手指1通过所述基座上基板2与所述基座下底板4相连；所述基座上基板2和所述基座下底板4与所述基座中基板3相连固定；所述气泵5与所述柔性触感手指1相连，并固定在基座下底板4上，用于实现所述柔性触感手指1的气压驱动，以控制所述柔性触感手指1的刚度；所述气泵5和所述柔性触感手指1分别与所述主控模块6控制相连。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图2，本专利所述的一种柔性触感手指，采用空心薄壁柔性结构，包括一个联轴器101、一个锥齿轮组102、一个旋转轴固定法兰103、一个旋转轴104、一个柔性触感手指基座105、一个导电硅胶传感器106、一个柔性触感手指头107、一个锥齿轮固定法兰108、两个深沟球轴承109、两个轴承座110和一个步进电机111；所述导电硅胶传感器106贴附在所述柔性触感手指头107表面，用于实现微接触力大小和接触点位置感知；所述柔性手头107与所述柔性触感手指基座105相连，采用柔性材料制作而成；所述竖直方向锥齿轮102通过所述联轴器101与所述步进电机111相连；所述水平方向锥齿轮102与所述旋转轴104相连并通过所述锥齿轮固定法兰108与所述柔性触感手指基座105相连；所述旋转轴104通过所述旋转轴固定法兰103与所述柔性触感手指基座105相连；所述旋转轴104两端与所述深沟球轴承109相连并固定在所述轴承座110；所述轴承座110与所述步进电机111相连；通过所述步进电机111旋转带动所述锥齿轮组102从而通过所述旋转轴104带动所述柔性触感手指基座105，以实现所述柔性触感手指头107前后摆动。

实施例三：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图3，本专利所述的导电硅胶传感器106，包括多个导电硅胶填充202、一个硅胶基座203、一个手指外覆薄膜204；所述硅胶基座203贴附于柔性触感手指头107表面；所述导电硅胶填充202填充于所述硅胶基座203，构成导电硅胶传感阵列；所述手指外覆薄膜204覆盖在所述硅胶基座203以保护内部结构；通过检测所述导电硅胶填充202的电阻按压特性来实现接触点位置和微接触力的触感检测。

实施例四：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

参见图4，本专利所述的主控模块6，其特征在于包括微处理器301、以太网接口302、压力传感器303、功率驱动器304、触感扫描电路305、滤波电路306和电源电路307。所述的微处理器301采用STM32F103RCT6嵌入式微控制器。所述以太网302与所述微处理器301相连，实现远程控制功能；所述压力传感器303与所述柔性触感手指头107相连，用于实现各个所述柔性触感手指头107的腔内压力感知，进而获得所述柔性触感手指头107的大接触力感知；所述压力传感器303相连与所述微处理器301相连；所述步进电机111与所述气泵5与所述功率驱动器304相连；所述功率驱动器304与所述微处理器301相连，用于实现驱动气泵和步进电机的装置；所述导电硅胶106与所述触感扫描305和所述滤波电路306相连；所述触感扫描电路305与所述微处理器301相连；所述滤波电路306与所述微处理器301相连，所述触感扫描电路305和所述滤波电路306相结合用于实现所述柔性触感手指头107的力触感大小和力触感位置的检测；所述电源电路307与所述微处理器301相连，用于实现系统供电。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种智能柔性操作手，包含四个柔性触感手指(1)、一个基座上基板(2)、一个基座中基板(3)、一个基座下底板(4)、四个气泵(5)和一个主控模块(6)；其特征在于：所述柔性触感手指(1)通过所述基座上基板(2)与所述基座下底板(4)相连；所述基座上基板(2)和所述基座下底板(4)与所述基座中基板(3)相连固定；所述气泵(5)与所述柔性触感手指(1)相连，并固定在基座下底板(4)上，用于实现所述柔性触感手指(1)的气压驱动，以控制所述柔性触感手指(1)的刚度；所述气泵(5)和所述柔性触感手指(1)分别与所述主控模块(6)电相连；

所述柔性触感手指(1)采用空心薄壁柔性结构，包括一个联轴器(101)、一个锥齿轮组(102)、一个旋转轴固定法兰(103)、一个旋转轴(104)、一个柔性触感手指基座(105)、一个导电硅胶传感器(106)、一个柔性触感手指头(107)、一个锥齿轮固定法兰(108)、两个深沟球轴承(109)、两个轴承座(110)和一个步进电机(111)；所述导电硅胶传感器(106)贴附在所述柔性触感手指头(107)表面，用于实现微接触力大小和接触点位置感知；所述柔性手头(107)与所述柔性触感手指基座(105)相连；所述锥齿轮组(102)的竖直锥齿轮通过所述联轴器(101)与所述步进电机(111)相连；所述锥齿轮组(102)的水平方向锥齿轮与所述旋转轴(104)相连并通过所述锥齿轮固定法兰(108)与所述柔性触感手指基座(105)相连；所述旋转轴(104)通过所述旋转轴固定法兰(103)与所述柔性触感手指基座(105)相连；所述旋转轴(104)两端由所述深沟球轴承(109)支撑而固定在所述轴承座(110)上；所述轴承座(110)与所述步进电机(111)相连；通过所述步进电机(111)旋转带动所述锥齿轮组(102)，从而通过所述旋转轴(104)带动所述柔性触感手指基座(105)，以实现所述柔性触感手指头(107)前后摆动。

2.根据权利要求1所述的智能柔性操作手，其特征在于所述导电硅胶传感器(106)，包括多个导电硅胶填充(202)、一个硅胶基座(203)、一个手指外覆薄膜(201)；所述硅胶基座(203)贴附于柔性触感手指头(107)表面；所述导电硅胶填充(202)填充于所述硅胶基座(203)，构成导电硅胶传感阵列；所述手指外覆薄膜(201)覆盖在所述硅胶基座(203)以保护内部结构；通过检测所述导电硅胶填充(202)的电阻按压特性来实现接触点位置和微接触力的触感检测。

3.根据权利要求1所述的智能柔性操作手，其特征在于：所述主控模块(6)，其特征在于包括微处理器(301)、以太网接口(302)、压力传感器(303)、功率驱动器(304)、触感扫描电路(305)、滤波电路(306)和电源电路(307)，所述的微处理器(301)采用STM32F103RCT6嵌入式微控制器，所述以太网(302)与所述微处理器(301)相连，实现远程控制功能；所述压力传感器(303)与所述柔性触感手指头(107)相连，用于实现各个所述柔性触感手指头(107)的腔内压力感知，进而获得所述柔性触感手指头(107)的大接触力感知；所述压力传感器(303)与所述微处理器(301)相连；所述步进电机(111)和所述气泵(5)与所述功率驱动器(304)相连；所述功率驱动器(304)与所述微处理器(301)相连，用于实现驱动气泵(5)和步进电机(111)；所述导电硅胶(106)与所述触感扫描(305)和所述滤波电路(306)相连；所述触感扫描电路(305)与所述微处理器(301)相连；所述滤波电路(306)与所述微处理器(301)相连，所述触感扫描电路(305)和所述滤波电路(306)相结合用于实现所述柔性触感手指头(107)的力触感大小和力触感位置的检测；所述电源电路(307)与所述微处理器(301)相连，用于实现系统供电。

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