CN110722591A - 柔性体的力感知方法、夹爪及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性体受力的检测方法、夹爪及机械手。本发明公开了一种柔性体的力感知方法、夹爪及机械手。首先建立柔性体夹取物品时受到的力与所述柔性体上的节点产生位移的对应关系；然后检测所述柔性体产生夹取物品时节点发生的位移变化；最后得到所述柔性体夹取物品时受到的力，通过建立柔性体夹取物品时受到的力与柔性体夹取物品时产生的位移之间的对应关系，从而向这个对应关系中输入柔性体夹取一个物品时的位移变化，便能够得知柔性体在夹取该物品的过程中产生的力。本发明还公开了一种夹爪，本发明还公开了一种机械手。

Description

柔性体的力感知方法、夹爪及机械手

技术领域

本发明涉及检测技术领域，尤其是涉及一种柔性体的力感知方法、夹爪及机械手。

背景技术

随着技术的发展，柔性体夹取装置呈现出了更多元化的发展趋势。而这些柔性夹取装置也在医疗、物流、加工等多个行业发挥着日益重要的作用。如柔性机械手等。对于柔性体来说，其虽然具有材质柔软，自适应性强，能在抓取物体时能对被抓物形成包络等优势。然而传统的柔性体虽然在抓取物体方面有一定优势，但是却难以对抓取力进行测量，因此在实际应用过程中仍然存在一定的局限性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柔性体的力感知方法、夹爪及机械手，能够得知柔性体在夹取该物品的过程中产生的力。

提供了一种力感知柔性体受力的检测方法，

建立柔性体夹取物品时受到的力与柔性体产生位移的对应关系；

检测柔性体产生夹取物品时发生的位移变化；

感知柔性体夹取物品时受到的力。

作为上述技术方案的改进，柔性体上设有节点，用于感柔性体产生形变的力，首先，将力觉传感器设置于柔性体上，在柔性体对物品的夹取过程中，通过力觉传感器感受柔性体多次夹取物品时收到的力N_i(i＝1，2，3......)，并获取每次夹取装置夹持物品时每个节点的位移变化(D_{i_1}，D_{i_2}，D_{i_3}，......D_{i_24})(i＝1，2，3......)；采集大量(N_i，D_{i_1}，D_{i_2}，D_{i_3}，......D_{i_n})(i＝1，2，3......)数据，并用神经网络进行训练.

作为上述技术方案的进一步改进，向训练好的神经网络输入每次采集到的柔性体夹取物品时所有节点的位移变化(d₁，d₂，d₃，......d_n)，得出夹取装置所受到的力n_i。

作为上述技术方案的进一步改进，通过相机拍照的方式获取柔性体夹取物品前和夹取物品后的位置。

还公开了一种夹爪，包括第一板、第二板和第三板，第一板包含有第一节点，第二板上包含有第一凸起，第一板的第一节点位于到第一凸起中，第一板的另一端与第三板相连接，第二板上的凸起用于与物品接触。

作为上述技术方案的改进，第一板上还包括有第二节点，第三板设有第二凸起，第一节点插入到第一凸起中，第二节点位于

作为上述技术方案的进一步改进，第二板和第三板相互连接，形成框体结构，第一板连接于框体结构上。

作为上述技术方案的进一步改进，第一节点等间距布置，第二节点等间距布置。

还提供了一种机械手，包括有壳体、相机和夹爪，夹爪可转动的连接于壳体上，相机与壳体固定连接。

作为上述技术方案的改进，还包括有驱动装置、连接杆、中间板和丝杆螺母装置，驱动装置的输出端与丝杆螺母中的丝杆相连接，丝杆螺母装置中的螺母与中间板相连接，夹爪的一端可转动的连接于中间板相对于驱动装置的另一侧，夹爪的另一端与连接杆可转动的连接，连接杆上相对夹爪的另一端可转动的连接于壳体上。

有益效果：通过建立柔性体夹取物品时受到的力与柔性体夹取物品时产生的位移之间的对应关系，从而向这个对应关系中输入柔性体夹取一个物品时的位移变化，便能够得知柔性体在夹取该物品的过程中产生的力。

附图说明

图1是柔性体受力的检测方法的流程示意图；

图2是本发明中机械手的结构示意图；

图3是图2省略壳体的结构示意图。

附图标记：夹爪100、第一板110、第一节点111、第二节点112、第二板120、第三板130、中间板200、触点300、连接杆400、壳体500、丝杆螺母装置600、形成开关700、相机800和驱动装置900。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1，本发明公开了一种柔性体的力感知方法，作为本发明的一种实施例，本方法包含以下步骤：

首先，通过在柔性体夹取物品通过节点与物品接触，用于夹取物品，节点上设置力觉感受器，使得力觉感受器能够感受到柔性体对于物品夹取时，节点受到的力的大小；

然后多次尝试，使得柔性体夹取不容的物品，每一次柔性体夹取物品的过程中都记录其夹取物品的过程中收到力，记录的数据为N_i(i＝1，2，3......)。在柔性体每次夹取物品的过程中，通过相机记录柔性体与物品接触前后各个节点的位移变化，记录为D_{m_n}(m，n＝1，2，3......)，其中m表示夹取的次数，n表示节点的标号，例如D_{5_2}表示第五次夹取过程中第二节点的位移变化。例如柔性体只包含有n个节点，第一节点、第二节点、…….和第n节点，柔性体只通过部分节点抓取物品，并使得抓取过程中受到的力都作用在节点上，在柔性体第一次夹取物品前，第一节点的坐标为(X11，Y11)，第二个节点的坐标为(X12，Y12)，第n个节点的坐标为(X1n，Y1n)，当柔性体开始夹取物品，此过程中节点上力觉感受器感受到的力为N_i(i＝1，2，3......)，此时，节点产生形变，第一节点的坐标变为(x11，y11)，第二节点的坐标变为(x12，y12)，第n节点的坐标变为(x1n，x1n)，第一节点的位移变化为：第二节点的位移变化为：第n个节点的位移变化为：

通过节点感受到的力和节点的位移变化，形成第一组数据(N₁，D_{1_1}，D_{1_2}，，D_{1_3}，......，D_{1_n})，依次类推，第二组数据为(N₂，D_{2_1}，D_{2_2}，D_{2_3}，......，D_{2_n})，第n组数据为：(N_n，D_{n_1}，D_{n_2}，D_{n_3}，......，D_{n_n})。

在上述过程中的所有节点，一部分在抓取的过程中用于与物品接触，一部分不语物品直接接触，但是也承受力，并产生形变。

通过上述数据对神经网络进行训练，建立模型。

完成模型后，撤掉位于节点上力觉感受器。

此时，每当柔性体对物品进行抓取时，通过相机800对于柔性体夹取物品前后的照片识别节点产生的实时位移(d₁，d₂，d₃，......d_n)，并输入到模型中，通过模型，可以得知此时柔性体在夹取过程中产生的力n_i。

作为一种实施例，柔性体为柔性机械手。

本发明还公开了一种夹爪100，作为一种实施例，如图2所示，夹爪100包含有第一板110、第二板120和第三板130，第二板120的一端与第三板130相互接触，形成框架结构，第二板120上设有第一凸起，第三板130上设有第二凸起，第一板110的一端设有第一节点111，第一板110上与第一节点111相对的另一端设有第二支点，第一板110与第二板120和第三板130形成的框架价额欧共可拆卸的连接，如图2所示，该框架为三角形，使得夹爪100较为稳固，当第一板110与第二板120和第三板130连接时，第一节点111插入到第一凸起中，第二节点112插入到第二凸起中，当需要更换第一板110时，对第一板110上第一节点111和支撑点件的平板位置施力，使得第一板110水平移动，使得一板从第二板120和第三板130形成的框架中抽出。

本实施例中包含有数个第一板110，每个第一板110都能够与第一板110和第二板120相互连接，每个第一板110上均包含有两个节点，其分别为第一节点111，第二节点112……，第n节点，每个节点均对应一个第二板120上的第一凸起，这使得夹爪100在夹取物品的过程中，能够通过夹爪100上第二板120上的第一凸起与待夹取物品接触。

在上述结构中，每个第一板110上用于与第二板120连接的节点，通过第二板120与待夹取的物品接触，收到力，并产生形变，用于与第三板130连接的节点，不会通过第三板130与待夹取的物品接触，而是与第三板130基础，对第一板110进行支撑，在此过程中产生形变，产生力的作用。

由于上述结构，夹爪100只通过各个节点才能够与物品接触，使得节点上感受的力为全部夹爪100受到的力。

作为一种实施例，所有节点均为ABS材料。

本发明还公开了一种机械手，机械手包含有壳体500、中间板200、丝杆螺母装置600、连接杆400、驱动装置900及上述描述的夹爪100。

如图2和图3所示，驱动装置900和丝杆螺母装置600位于壳体500中，驱动装置900的输出端与丝杆螺母装置600中的丝杆相连接，丝杆螺母中的螺母与中间板200相连接，使得驱动装置900可以驱动中间板200做如图2所示的上下方向的运动。夹爪100的一端可转动的连接于中间板200相对于驱动装置900的另一侧，夹爪100的另一端可转动的连接于连接杆400上，连接杆400上相对于夹爪100的另一端可转动的连接于壳体500上，使得当驱动装置900驱动中间板200向上移动的过程中，两个夹爪100在中间板200和连接杆400的作用下，向彼此远离的方向移动，当驱动装置900驱动中间板200向下移动的过程中，两个夹爪100在中间板200和连接杆400的作用下，向彼此靠近的方向移动。

作为一种实施例，壳体500上设有形成开关，中间板200相对于夹爪100的另一侧设有触点300，当中间板200向下移动到预设位置时，触点300会与形成开关接触，使得驱动装置900停止工作，使得中间板200不再下移，避免因中间板200过度下移造成的中间零部件的损坏。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种柔性体的力感知方法，其特征在于，

建立柔性体夹取物品时受到的力与所述柔性体产生位移的对应关系；

检测所述柔性体产生夹取物品时发生的位移变化；

感知所述柔性体夹取物品时受到的力。

2.根据权利要求1所述的柔性体的力感知方法，其特征在于，所述柔性体上设有节点，用于感知所述柔性体产生形变的力，首先，将力觉传感器设置于所述柔性体上，在所述柔性体对物品的夹取过程中，通过力觉传感器感受所述柔性体多次夹取物品时收到的力N_i(i＝1,2,3……)，并获取每次所述夹取装置夹持物品时每个所述节点的位移变化(D_{i_1},D_{i_2},D_{i_3},……D_{i_n})(i＝1,2,3……)；采集大量对应的(N_i,D_{i_1},D_{i_2},D_{i_3},……D_{i_n})(i＝1,2,3……)数据，并用神经网络进行训练。

3.根据权利要求2所述的柔性体的力感知方法，其特征在于，向训练好的所述神经网络输入每次采集到的所述柔性体夹取物品时所有所述节点的位移变化(d₁,d₂,d₃,……d_n)，得出所述夹取装置所受到的力n_i。

4.根据权利要求2所述的柔性体的力感知方法，其特征在于，通过相机拍照的方式获取所述柔性体夹取物品前和夹取物品后的位置。

5.一种夹爪，其特征在于，包括第一板、第二板和第三板，所述第一板包含有第一节点，所述第二板上包含有第一凸起，所述第一板的所述第一节点位于到所述第一凸起中，所述第一板的另一端与所述第三板相连接，所述第二板上的所述凸起用于与物品接触。

6.根据权利要求5所述的夹爪，其特征在于，所述第一板上还包括有第二节点，所述第三板设有第二凸起，所述第一节点位于所述第一凸起中。

7.根据权利要求6所述的夹爪，其特征在于，所述第二板和所述第三板相互连接，形成框体结构，所述第一板连接于所述框体结构上。

8.根据权利要求6所述的夹爪，其特征在于，所述第一节点等间距布置，所述第二节点等间距布置。

9.一种机械手，其特征在于，包括有壳体、相机和如权利要求4或权利要求8任意一项所述的夹爪，所述夹爪可转动的连接于壳体上，所述相机与所述壳体固定连接。

10.根据权利要求9所述的机械手，其特征在于，还包括有驱动装置、连接杆、中间板和丝杆螺母装置，所述驱动装置的输出端与所述丝杆螺母中的丝杆相连接，所述丝杆螺母装置中的螺母与所述中间板相连接，所述夹爪的一端可转动的连接于所述中间板相对于所述驱动装置的另一侧，所述夹爪的另一端与连接杆可转动的连接，所述连接杆上相对所述夹爪的另一端可转动的连接于壳体上。

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