CN110216705A - 服务机器人机械手抓取系统 - Google Patents

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张伟民
王海超
黄强
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Beijing Polytechnic Huahui Technology Co Ltd
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Beijing Polytechnic Huahui Technology Co Ltd
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    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
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Abstract

本申请公开了一种服务机器人机械手抓取系统，包括机械手，其特征在于：还包括待抓取件，所述机械手上包含至少两个可张合的机械手指，该机械手指中设置有第一磁吸件，所述待抓取件上连接有与第一磁吸件相吸的第二磁吸件。本发明的技术方案与现有技术相比，结构简单，有效降低了采购和加工成本，第二磁吸件可设置在各种日用品的表面，满足不同的日常生活场景，具有通用性。利用电磁铁反应速度快、吸取力稳定、无残余磁性的特点，可实现对物品的快速抓取。

Description

服务机器人机械手抓取系统
技术领域
本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种服务机器人机械手抓取系统。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展，服务机器人逐渐走入人们的生活。现有的服务机器人机械手主要可以分为两种：一是国内外一些高校、科研机构、康复设备企业研制的具有多自由度仿人机械手，部分产品可模拟人手的自由度，具有很高的灵巧性，可以实现日常生活场景中大部分互动操作，然而这种机械手存在整体成本高、可靠性差、使用寿命短、控制原理复杂等问题，限制了其发展和推广；二是由工业机械手衍生而来的功能性机械手，相比于仿生机械手，这种机械手具有较高的可靠性和较长的使用寿命，然而由于其结构简单、活动自由度少，并不适合日常生活场景。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种快速抓取组件以及快速抓取方法，以解决现有机械手不能既满足日常生活场景，又具备良好的可靠性、较长的使用寿命和较低的制造成本的问题。
服务机器人机械手抓取系统，包括机械手，还包括待抓取件，所述机械手上包含至少两个可张合的机械手指，该机械手指中设置有第一磁吸件，所述待抓取件上连接有与第一磁吸件相吸的第二磁吸件。
进一步的，所述第一磁吸件为电磁铁，所述第二磁吸件为与通电状态下的电磁铁吸合的金属片。
进一步的，所述第一磁吸件通过绝缘壳体封装在机械手指的前端，并且该第一磁吸件紧贴绝缘壳体的前端面和内侧面。
进一步的，所述第二磁吸件上通过螺钉连接、铆接或粘贴的方式固定于待抓取物的表面。
进一步的，所述电磁铁与电源通过电路连接，并且通过一常闭开关控制电路通断电。
进一步的，所述待抓取物为餐具、厨具或其他家居用品，所述第二磁吸件设置于待抓取物的前端或两侧。
进一步的，所述机械手指前端的内侧设置有增力机构，该增力机构包括基板，基板上设有柔性材料层，该柔性材料层中包裹有若干弹性细丝，该弹性细丝平行排布在所述柔性材料层中，所述基板、柔性材料层和弹性细丝均为绝缘材料。
进一步的，所述弹性细丝的后端斜插在基板上，前端向上倾斜，弹性细丝与基板之间的夹角角度为45°至80°。
进一步的，所述机械手设置于机械臂或假肢上。
本发明的技术方案与现有技术相比，结构简单，有效降低了采购和加工成本，第二磁吸件可设置在各种日用品的表面，满足不同的日常生活场景，具有通用性。利用电磁铁反应速度快、吸取力稳定、无残余磁性的特点，可实现对物品的快速抓取。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请一种实施例中所述机械手的结构示意图；
图2是根据本申请中一种待抓取物的示意图；
图3是根据本申请中另一种待抓取物的示意图；
图4是根据本申请一种实施例中服务机器人机械手抓取系统的控制系统示意图；
图5是根据本申请一种实施例中所述增力机构的结构示意图；
图6是根据本申请一种实施例中机械手夹持物品状态的示意图；
图7是根据本申请另一种实施例中机械手夹持物品状态的示意图。
图中：日常生活用品100，物品本体101，第二磁吸件102，机械手200，第一磁吸件201，机械手指202，机械臂203，常闭开关204，电源205，控制器206，驱动器207，增力机构300，柔性材料层301，弹性细丝302，基板303。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
服务机器人机械手抓取系统，适用于机器人的机械臂或残疾人的假肢与日常生活用品所配合的过程中，现以机械臂为例进行说明。
服务机器人机械手抓取系统，包括如图1所示的机械手200，机械手200包括一机械臂203和与该机械臂203连接的两个机械手指202，两个机械手指202可转动设置于一转轴上，并通过驱动器207进行驱动，机械手指202的内侧前段为平面，后段为弧形面，其外侧水平面的前端向内形成斜面，以适应在较窄的位置夹取物品。第一磁吸件201通过绝缘壳体封装在机械手指202的前端，并且该第一磁吸件201紧贴绝缘壳体的前端面和内侧面。从而便于实现抓取。
如图2和图3所示，作为可选的实施方案，待抓取物为餐具、厨具或其他家居用品，第二磁吸件102设置于待抓取物的前端或两侧。待抓取件上连接有与第一磁吸件相吸的第二磁吸件102。图2为立方体形状的日常生活用品100，第二磁吸件102设置于物品本体101的前端面，以作为磁吸的部位。图3为圆柱杯状日常生活用品100，物品本体101的一侧设有凹槽，第二磁吸件102设置于该凹槽内，以作为磁吸的部位。第二磁吸件102上通过螺钉连接、铆接或粘贴的方式固定于待抓取物的表面。
如图4，本实施例中，第一磁吸件201为电磁铁，第二磁吸件102为可与电磁铁磁吸的金属片。电磁铁与电源205通过电路连接，并且通过一常闭开关204控制电路通断电，常闭开关204连接控制器206通过控制器206控制，在通电状态下电磁铁与第二磁吸件102进行吸合。该控制器206同时控制驱动器207，实现机械手指202的转动。驱动器207采用电动或气动装置，为机械手指202动作提供动力，使其可张开一定角度，可进行抓取、点按、捏取、提拉等日常生活操作。
如图5所示为本申请提供的增力机构300，包括由绝缘材料制成的柔性材料层301、弹性细丝302和基板303。
其中，基板303采用尼龙、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等机械强度较高的工程塑料制作而成，作为增力机构300与机械手指202的连接件。
弹性细丝302采用钢丝、碳纤维、玻璃纤维等机械强度高、弹性好的材料制成，可在外力作用下产生一定的形变，并在外力消失后恢复原状。弹性细丝302与基板303之间的夹角角度为45°至80°，插接在基板303上，弹性细丝302的前端封闭于柔性材料层301的前端面内，并且弹性细丝302的前端向上倾斜，使得在机械手指202向上运动的过程中，物体依靠重力将弹性细丝302的前端向下弯曲变形，使其产生水平方向的回弹力，从而增大对物体的正压力。根据不同应用场景弹性细丝302与基板303之间的倾斜角度的选择也不同；由于弹性细丝302变形需要的摩擦力随角度增大而减小，因此，对于较轻的被抓取物，可选取较大的夹角角度，如60°至80°，降低弹性细丝302形变需要的摩擦力；对于较重的被抓取物则可选用较小的夹角角度，如45°至60°，以提供更大的变形量，保证抓取时的摩擦力。
柔性材料层301采用硫化橡胶、硅胶等硬度低、摩擦系数大、结构强度较高、耐久性好的柔性材料制成，保证增力机构300与物体具有较大的接触面积和摩擦系数；柔性材料层301的后部与基板303相连，其前端面为圆弧形，有利于挤压柔性材料层301并使弹性细丝302产生形变。头型材料层通过注塑、复模等工艺将弹性细丝302包裹在其中，并附着于基板303表面，使弹性材料、弹性细丝302、基板303组成一体结构，可靠性好，不易损坏。
本实施例中所采用的柔性材料层301、弹性细丝302、基板303均为常用工业产品，工艺简单，制作成本低。
如图6所示，对于衣服、书本等便于夹取的日常生活用品100，机械手200采用夹取的方式进行拿取和摆放，具有较强的通用性和功能性。
如图7所示，对于水杯、托盘等不便于夹持的日常生活用品100，机械手200采取吸取的方式进行拿取和摆放。
利用上述快速抓取组件可得到一种快速抓取方法，其步骤为：
S1在物品上通过螺钉连接、粘贴等机械连接方式设置一金属片；
S2启动驱动装置控制机械手200指张开放置到指定位置时关闭夹紧物品，同时给电磁铁通电使其具有磁性，电磁铁与金属片进行磁吸，对物品进行拿取。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种服务机器人机械手抓取系统，包括机械手，其特征在于：还包括待抓取件，所述机械手上包含至少两个可张合的机械手指，该机械手指中设置有第一磁吸件，所述待抓取件上连接有与第一磁吸件相吸的第二磁吸件。
2.根据权利要求1所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述第一磁吸件为电磁铁，所述第二磁吸件为与通电状态下的电磁铁吸合的金属片。
3.根据权利要求2所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述第一磁吸件通过绝缘壳体封装在机械手指的前端，并且该第一磁吸件紧贴绝缘壳体的前端面和内侧面。
4.根据权利要求1所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述第二磁吸件上通过螺钉连接、铆接或粘贴的方式固定于待抓取物的表面。
5.根据权利要求2所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述电磁铁与电源通过电路连接，并且通过一常闭开关控制电路通断电。
6.根据权利要求4所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述待抓取物为餐具、厨具或其他家居用品，所述第二磁吸件设置于待抓取物的前端或两侧。
7.根据权利要求1所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述机械手指前端的内侧设置有增力机构，该增力机构包括基板，基板上设有柔性材料层，该柔性材料层中包裹有若干弹性细丝，该弹性细丝平行排布在所述柔性材料层中，所述基板、柔性材料层和弹性细丝均为绝缘材料。
8.根据权利要求7所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述弹性细丝的后端斜插在基板上，前端向上倾斜，弹性细丝与基板之间的夹角角度为45°至80°。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的服务机器人机械手抓取系统，其特征在于：所述机械手设置于机械臂或假肢上。
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