CN113319877B - 一种大行程机械手抓 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大行程机械手抓，包括机械手抓和控制电路；所述控制电路用于控制机械手抓的抓取。本发明的平行开合设计可以避免受力不均匀的问题，同时兼备滑轨可以获得较大的行程，适用于不同几何关系的物体。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术，具体涉及一种大行程机械手抓。
背景技术
目前，随着机器人技术的发展和应用领域的不断拓展，服务型机器人对抓取物体的准确性，快速性以及精确性要求越来越高。其中对于机器人的机械臂手抓部分受到重视。
鉴于反馈型手抓对抓取物体具有闭环反馈的优良精确特性。但目前大部分现有反馈型服务机器人的手抓反馈系统在数据反馈方面缺乏灵活性，因此有必要设计一个可灵活简单反馈可测量目标尺寸的大行程机械手抓。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大行程机械手抓，能够简便灵活的实现对抓取目标的测量和反馈。
本发明采用的技术方案是：一种大行程机械手抓，包括机械手抓和控制电路；所述控制电路用于控制机械手抓的抓取；
所述机械手抓包括摄像头、副摆臂、第二外杆、第二内杆、手抓支架、滑轨、滑块、第一内杆、第一外杆、主摆臂、软体手抓、软体手抓框；
U型支架与二号舵机的舵盘连接，二号舵机旋转时带动整个爪体Z轴旋转，手爪支架与一号舵机和U型支架连接，起固定作用；
滑轨置于手抓支架下半部分，与手爪支架固定连接；
滑轨与滑块连接，滑块可以在滑轨上进行滑轨长度允许内的定向滑动；
摄像头作为预置器件，用于作为必要的视觉采集系统传感器；
一号舵机与手爪支架进行固定连接并卡死；
一号舵机的舵盘连接主摆臂和副摆臂的受力端，主摆臂与舵盘进行角度固定的多螺丝连接，可随舵盘摆动；
副摆臂通过螺杆轴承与舵盘中心连接，用于保证相对于舵盘的自由旋转；
两摆臂另一端分别与两内杆的1/2处相连，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；
两内杆一端互相连接并一起与滑块上孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块旋转；
两内杆另一端与两个软体手抓框22mm处连接，滑轨两孔距离亦为22mm；采用螺杆轴承连接以保证内杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆一端与两个软体手抓框靠近内杆连接点的一端连接，采用螺杆轴承连接，用于保证外杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆另一端互相连接，并一起与滑块下孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块旋转；
内杆与竖直方向的夹角显然等于主摆臂与竖直方向的夹角，内杆与竖直方向的夹角同时等于外杆与竖直方向的夹角，外杆与竖直方向的夹角和外杆长显然决定了手抓开合的距离。
进一步地，所述控制电路包括：
STM主控芯片电路，用于机械手抓主控制；
PWM波驱动电路，用于PWM波驱动；
串口通信电路，用于串口通信；
ADC电流采样放大电路，用于将流经AGND模拟地AGND的电流转换为电压同时放大经由ADC_INT0采集。
进一步地，所述STM主控芯片电路包括STM主控芯片和晶振电路，晶振电路连接STM主控芯片。
更进一步地，所述PWM波驱动电路包括三脚排针和精密电阻R15，三脚排针通过精密电阻R15连接地。
更进一步地，所述串口通信电路包括uart交互接口CN1。
更进一步地，所述ADC电流采样放大电路包括运放U1、电阻R1、R2、R3、R4，电容C1；所述电阻R1的一端分别连接电阻R2、运放U1的反相端，电阻R1的另一端连接地；所述电阻R3的一端连接运放U1的同相端，另一端连接地AGND0；所述电阻R2跨接于运放U1的反相端和输出端之间；所述电阻R4一端连接运放U1的输出端，另一端连接电容C1；电容C1的另一端连接地。
本发明的优点：
本发明的平行开合设计可以避免受力不均匀的问题，同时兼备滑轨可以获得较大的行程，适用于不同几何关系的物体。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明的机械手抓的左视图；
图2是本发明的机械手抓的整体结构示意图；
图3是本发明的机械手抓的右视图；
图4是本发明的机械手抓的整体工作结构示意图；
图5是本发明的机械手抓控制电路原理图；
图6是本发明的总体工作流程图。
附图标记：
1为摄像头、2为副摆臂、3为第二外杆、4为第二内杆、5为手抓支架、6为滑轨、7为滑块、8为第一内杆、9为第一外杆、10为主摆臂、11为软体手抓、12为软体手抓框；
13为一号舵机、14为U型支架、15为二号舵机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图4，一种大行程机械手抓，包括机械手抓和控制电路；所述控制电路用于控制机械手抓的抓取。
所述机械手抓包括摄像头1、副摆臂2、第二外杆3、第二内杆4、手抓支架5、滑轨6、滑块7、第一内杆8、第一外杆9、主摆臂10、软体手抓11、软体手抓框12；
U型支架14与二号舵机15的舵盘连接，二号舵机15旋转时带动整个爪体Z轴旋转，手爪支架5与一号舵机13和U型支架14连接，起固定作用；
滑轨6置于手抓支架5下半部分，与手爪支架5固定连接；
滑轨6与滑块7连接，滑块7可以在滑轨6上进行滑轨长度允许内的定向滑动；
摄像头1作为预置器件，用于作为必要的视觉采集系统传感器；
一号舵机13与手爪支架5进行固定连接并卡死；
一号舵机13的舵盘连接主摆臂10和副摆臂2的受力端，主摆臂10与舵盘进行角度固定的多螺丝连接，可随舵盘摆动；
副摆臂2通过螺杆轴承与舵盘中心连接，用于保证相对于舵盘的自由旋转；
两摆臂另一端分别与两内杆的1/2处相连，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；
两内杆一端互相连接并一起与滑块7上孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块旋转；
两内杆另一端与两个软体手抓框22mm处连接，滑轨两孔距离亦为22mm；采用螺杆轴承连接以保证内杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆一端与两个软体手抓框12靠近内杆连接点的一端连接，采用螺杆轴承连接，用于保证外杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆另一端互相连接，并一起与滑块7下孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块7旋转；
内杆与竖直方向的夹角显然等于主摆臂与竖直方向的夹角，内杆与竖直方向的夹角同时等于外杆与竖直方向的夹角，外杆与竖直方向的夹角和外杆长显然决定了手抓开合的距离。
由于滑块上下两孔距离与软体手抓框的连个连接点间距相等，内外杆长度相等，显然构成一个平行四边形，故软体手抓框恒竖直方向无法旋转。
由于主副摆臂长等于内杆长的1/2，故主副摆臂与内杆构成一个菱形，且菱形的上下对角线即舵机舵盘到滑块这一直线显然竖直。即可知内杆与竖直方向的夹角显然等于主摆臂与竖直方向的夹角，内杆与竖直方向的夹角同时等于外杆与竖直方向的夹角，外杆与竖直方向的夹角和外杆长显然决定了手抓开合的距离。
而同时显然内杆与软体手抓框的两个连接点与一号舵机舵盘中心构成三点一线，且方向为水平方向，故在开合过程中可以实现平行开合运动。
运动可叙述为：一号舵机旋转带动主摆臂旋转，由菱形结构同时带动副摆臂、两内杆运动，两内杆由平行四边形结构带动外杆运动，外杆与内杆同方向运动带动手爪开合，同时由于内杆与软体手抓框的两个连接点、舵盘三点一线的约束关系带动软体手抓保持姿态平行开合。实现稳定、平行、柔和的夹取动作。
参考图5和图6，所述控制电路包括：
STM主控芯片电路，用于机械手抓主控制；
PWM波驱动电路，用于PWM波驱动；
串口通信电路，用于串口通信；
ADC电流采样放大电路，用于将流经AGND模拟地AGND的电流转换为电压同时放大经由ADC_INT0采集。
本发明的平行开合设计可以避免受力不均匀的问题，同时兼备滑轨可以获得较大的行程，适用于不同几何关系的物体。
所述STM主控芯片电路包括STM主控芯片和晶振电路，晶振电路连接STM主控芯片。
此部分采用stm32F103C8T6芯片作为机械手抓主控芯片，负责手抓的电路控制部分。通过一个四脚接线端子预留通信串口实现与其他模块的通信功能。
所述PWM波驱动电路包括三脚排针和精密电阻R15，三脚排针通过精密电阻R15连接地。
此部分采用stm32F103C8T6芯片TIM定时器产生的PWM波驱动机械手抓，通过三脚排针与外部机械手抓电路相连接，其中此处的相应的地引脚采用模拟地方式即不直接接地，而是采用通过一个0.01欧阻值的精密电阻接地，可以通过较大的电流，增强电路的驱动能力。
所述串口通信电路包括uart交互接口CN1。
此部分将stm32F103C8T6芯片内部的串口1引脚PA9，PA10通过一个四脚接线端子引出，通过这个部分可以实现机械手抓与外部其他器件模块的数据通信，体现了该机械手抓的实用性。
所述ADC电流采样放大电路包括运放U1、电阻R1、R2、R3、R4，电容C1；所述电阻R1的一端分别连接电阻R2、运放U1的反相端，电阻R1的另一端连接地；所述电阻R3的一端连接运放U1的同相端，另一端连接地AGND0；所述电阻R2跨接于运放U1的反相端和输出端之间；所述电阻R4一端连接运放U1的输出端，另一端连接电容C1；电容C1的另一端连接地。
此部分电路将流经AGND0点的电流进行采样，通过电阻R3转换为U1点的电压值后通过一个电压放大器进行放大输出，放大后的电压通过ADC_INT0点进行AD采样输入数据单片机。其中由于理想电压运算放大器的虚短虚断特性可得如下公式：
（1）
（2）
将（1）式代入（2）式化简可得：
（3）
由（3）式可得
电压放大倍数仅与R1,R2,R4有关，要想改变放大倍数，可任意改变调整其中一个参数大小即可。此部分电路通过一个电压放大器巧妙地将流经手抓处的电流转换为电压后放大经由ad采样电路输入stm32单片机，实现了电流反馈这一创新点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内落。
Claims (6)
1.一种大行程机械手抓，其特征在于，包括机械手抓和控制电路；所述控制电路用于控制机械手抓的抓取；
所述机械手抓包括摄像头（1）、副摆臂（2）、第二外杆（3）、第二内杆（4）、手抓支架（5）、滑轨（6）、滑块（7）、第一内杆（8）、第一外杆（9）、主摆臂（10）、软体手抓（11）、软体手抓框（12）；
U型支架（14）与二号舵机（15）的舵盘连接，二号舵机（15）旋转时带动整个爪体Z轴旋转，手抓支架（5）与一号舵机（13）和U型支架（14）连接，起固定作用；
滑轨（6）置于手抓支架（5）下半部分，与手抓支架（5）固定连接；
滑轨（6）与滑块（7）连接，滑块（7）可以在滑轨（6）上进行滑轨长度允许内的定向滑动；
摄像头（1）作为预置器件，用于作为必要的视觉采集系统传感器；
一号舵机（13）与手抓支架（5）进行固定连接并卡死；
一号舵机（13）的舵盘连接主摆臂（10）和副摆臂（2）的受力端，主摆臂（10）与舵盘进行角度固定的多螺丝连接，可随舵盘摆动；
副摆臂（2）通过螺杆轴承与舵盘中心连接，用于保证相对于舵盘的自由旋转；
两摆臂另一端分别与两内杆的1/2处相连，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；
两内杆一端互相连接并一起与滑块（7）上孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块旋转；
两内杆另一端与两个软体手抓框（12）22mm处连接，滑轨两孔距离亦为22mm；采用螺杆轴承连接以保证内杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆一端与两个软体手抓框（12）靠近内杆连接点的一端连接，采用螺杆轴承连接，用于保证外杆相对于软体手抓框可以自由旋转；
两外杆另一端互相连接，并一起与滑块（7）下孔连接，采用螺杆轴承连接，用于保证两者于连接点处可以相互自由旋转；两者可以相对于滑块（7）旋转；
内杆与竖直方向的夹角显然等于主摆臂与竖直方向的夹角，内杆与竖直方向的夹角同时等于外杆与竖直方向的夹角，外杆与竖直方向的夹角和外杆长显然决定了手抓开合的距离。
2.根据权利要求1所述的大行程机械手抓，其特征在于，所述控制电路包括：
STM主控芯片电路，用于机械手抓主控制；
PWM波驱动电路，用于PWM波驱动；
串口通信电路，用于串口通信；
ADC电流采样放大电路，用于将流经AGND模拟地AGND的电流转换为电压同时放大经由ADC_INT0采集。
3.根据权利要求2所述的大行程机械手抓，其特征在于，所述STM主控芯片电路包括STM主控芯片和晶振电路，晶振电路连接STM主控芯片。
4.根据权利要求2所述的大行程机械手抓，其特征在于，所述PWM波驱动电路包括三脚排针和精密电阻R15，三脚排针通过精密电阻R15连接地。
5.根据权利要求2所述的大行程机械手抓，其特征在于，所述串口通信电路包括uart交互接口CN1。
6.根据权利要求2所述的大行程机械手抓，其特征在于，所述ADC电流采样放大电路包括运放U1、电阻R1、R2、R3、R4，电容C1；所述电阻R1的一端分别连接电阻R2、运放U1的反相端，电阻R1的另一端连接地；所述电阻R3的一端连接运放U1的同相端，另一端连接地AGND0；所述电阻R2跨接于运放U1的反相端和输出端之间；所述电阻R4一端连接运放U1的输出端，另一端连接电容C1；电容C1的另一端连接地。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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