CN111702796B - 双向力感知指端触觉装置 - Google Patents

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    • G01L1/18—Measuring force or stress, in general using properties of piezo-resistive materials, i.e. materials of which the ohmic resistance varies according to changes in magnitude or direction of force applied to the material

Abstract

本发明公开了一种双向力感知指端触觉装置，包括本体、吸盘座、压力传感器以及基座，所述吸盘座通过螺钉与本体连接，所述本体与基座之间通过螺纹连接，所述压力传感器设置在螺钉和基座之间。本发明结构简单，成本低，能够可靠地监测吸盘式机械手工作的全部过程，有助于提高吸盘手工作的可靠性。

Description

双向力感知指端触觉装置
技术领域
本发明涉及智能机器人传感器领域，特别涉及一种双向力感知指端触觉装置。
背景技术
随着机器人技术的发展，在很多场合下都采用机器人代替人工完成物料的搬运，通常使用磁式吸盘或气动吸盘来完成物料的抓取任务，这些吸盘手指必须可靠地与物品接触后才能建立吸盘手指与物品之间的吸力传递，吸盘手指对间隙特别敏感，当吸盘手指与物品间存在间隙时，磁式吸盘磁回路的磁阻很大，或气动吸盘气压回路的气阻很大，导致设计的磁回路或气压回路不能建立，致使抓取任务失败，特别是当用吸盘手指抓取重量大于1kg的物品，或是抓取的物品间排列紧密、物品之间存在较大的挤压力时，抓取任务更容易失败，因此，监测吸盘手指与被操作目标间接触的可靠性就很重要。
理论上机器人多维力腕力传感器能够监测出吸盘手指与被操作目标间的操作力，但腕力传感器价格昂贵，且容易被损坏，实践中很少被应用；传统的压力传感器中压阻性材料承受不同的挤压力时表现出不同的电阻值，例如随挤压力的增加电阻值变小，用来测量挤压力，但这种传感器只能承受单方面的挤压力，不能承受拉力。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种双向力感知指端触觉装置，实现压力传感器拉力、压力双向力的有效测量。
技术方案：本发明提出了双向力感知指端触觉装置，包括本体、吸盘座、压力传感器以及基座，所述吸盘座通过螺钉与本体连接，所述本体与基座之间通过螺纹连接，所述压力传感器设置在螺钉和基座之间。
进一步，所述吸盘座与本体之间留有空隙。
防止螺钉松动，所述螺钉与本体之间设置有第一垫圈，优选弹性垫圈。
为了调节本体与基座之间间隙，所述本体和基座之间设置有第二垫圈，优选弹性垫圈。
所述基座固定在机器人上。
所述本体为圆筒形元件。
所述压力传感器优选薄膜压力传感器。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明能够可靠地监测吸盘式机械手工作的全部过程，大大提高吸盘手工作的可靠性，也有助于提高吸盘手的工作效率，此外，本发明的触觉装置还具有结构简单、体积小、成本低、实用性强的优点。
附图说明
图1为双向力感知指端触觉装置结构示意图；
图2为触觉装置和被吸物体未接触时工作示意图；
图3为触觉装置和被吸物体接触时工作示意图。
具体实施方式
如图1，本发明的双向力感知指端触觉装置，包括本体4、吸盘座1、压力传感器5以及基座7，吸盘座1通过螺钉3与本体4连接，本体4与基座7之间通过螺纹连接，压力传感器5设置在螺钉3和基座7之间。
吸盘座1与本体4之间留有空隙。为防止螺钉3松动，螺钉3与本体4之间设置有第一弹性垫圈2，为了调节本体4与基座7之间间隙，本体4和基座7之间设置有第二弹性垫圈6，基座7固定在机器人上。本体4为圆筒形元件，压力传感器5为薄膜压力传感器。
工作原理：由于本体4与基座7之间通过螺纹连接，因此能够通过螺纹调整触觉装置轴向的尺寸，从而达到调节压力传感器5压紧力目的，使压力传感器5的电阻偏置在一个初始设定点，触觉装置通过基座7安装固定在机器人上，因此，将基座7看做固定的，当吸盘座1承受纸面从左向右的力时，从图1上可以看出，吸盘座1会通过螺钉3进一步压紧压力传感器5，使压力传感器5的电阻值减小；当吸盘座1承受纸面从右向左的力时，吸盘座1会通过螺钉3进一步压紧第一弹性垫圈2，从而使螺钉3有放松压力传感器5的趋势，使压力传感器5的电阻值增大，这样本发明的触觉装置就实现了双向力检测的作用。
在使用本发明时，在吸盘座1上安装电磁吸盘8，用于吸取被吸物体9，工作流程是：
1、触觉装置与被吸取物体9逐渐靠近，且未接触时
如图2所示，初始阶段，随着触觉装置与被吸物体9逐渐靠近，触觉装置与被吸物体9的间隙逐渐减少，但由于两者之间仍然存在间隙，所以压力传感器5未被挤压，电阻值没有任何变化，压力传感器5的输出值保持不变，此时电磁吸盘8不通电。
2、触觉装置与被吸物体9接触，并且两者进一步挤压
如图3所示，当触觉装置与被吸物体9刚刚接触时，虽然间隙为零，但此时没有产生接触力，压力传感器5未被挤压，电阻值仍然保持不变，说明电磁吸盘8和吸取物体9并未可靠接触，此时电磁吸盘8不通电。
当触觉装置与被吸物体9进一步挤压时，电磁吸盘8与被吸物体9产生接触力，吸盘座1承受来自被吸物体9的压力，使得吸盘座1通过螺钉3压紧压力传感器5，使电阻值发生变化，比如减小；当压力传感器5的输出值变大到初始设定点时，说明电磁吸盘8与被吸物体9可靠接触，则触发电磁吸盘8通电，使电磁吸盘8牢牢吸住被吸物体9。
3、触觉装置吸住被吸物体9接触，并且拉动被吸物体9
当电磁吸盘8吸住被吸物体9，并且拉动被吸物体9时，吸盘座1承受纸面向左拉力，使得吸盘座1通过螺钉3进一步压紧第一弹性垫圈2，从而使螺钉3有放松压力传感器5的趋势，使电阻值向另一个方向发生变化，比如增大，当检测到压力传感器5维持这种变化时，表明电磁吸盘8牢牢吸住了被吸物体9，继续保持电磁吸盘8通电，使触觉装置稳定抓取被吸物体9，直到整个触觉装置被机器人的其他部分元件牵引到给定位置，否则表明吸盘手的工作可能出现了故障，吸盘手应当给出报警信息，这样就完成吸盘手一次抓取动作。

Claims (2)

1.一种双向力感知指端触觉装置，其特征在于，包括本体(4)、吸盘座(1)、压力传感器(5)以及基座(7)，所述吸盘座(1)通过螺钉(3)与本体(4)连接，所述本体(4)与基座(7)之间通过螺纹连接，所述压力传感器(5)设置在螺钉(3)和基座(7)之间；所述吸盘座(1)与本体(4)之间留有空隙；所述螺钉(3)与本体(4)之间设置有第一垫圈；所述本体(4)和基座(7)之间设置有第二垫圈；
当所述吸盘座(1)被挤压时，吸盘座(1)通过螺钉(3)压紧压力传感器(5)，压力传感器(5)的电阻值减小；当所述吸盘座(1)被向外拉动时，螺钉(3)向左压紧第一弹性垫圈(2)，从而使螺钉(3)有放松压力传感器(5)的趋势，压力传感器(5)的电阻值增大。
2.根据权利要求1所述的双向力感知指端触觉装置，其特征在于，所述本体(4)为圆筒形元件。
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