CN113334416A - 一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪 - Google Patents

Abstract

一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，包括箱体，箱体下方设有抓手，箱体内部设有气动元件、可控无刷电机和控制器，箱体上方设有气动控制元件，所述抓手与所述气动元件相连接，所述气动控制元件通过接收控制器的指令来驱动所述气动元件进行闭合张开动作，所述可控无刷电机通过接收控制器的指令来驱动所述抓手转动进行夹持持角度调节。本发明提供了一种可适应多种垃圾分拣场景的大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪。

Description

一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪

技术领域

本发明涉及机器人垃圾分拣领域，尤其涉及一种可根据被抓取物体大小调节抓手张开大小的夹取设备。

背景技术

随着人们的环保意识不断的提升，垃圾的合理分拣开始受到大众的关注，人们开始意识到垃圾分拣的重要性；伴随着智能科技的发展，越来越多的垃圾处理公司开始用机器人代替传统人工对垃圾进行分拣处理。

目前，大多数的智能机器人分拣采用吸盘、气动手爪、电动手爪作为抓取部件对垃圾进行分拣，上述抓取方式并不能全面的适应垃圾分拣的需求。以固废垃圾为例，固废垃圾处理现场的环境比较恶劣，吸盘会因为灰尘堵塞，电动手爪的夹取力有限，不能处理固废垃圾中较大的物体，气动手爪由于抓手的张开角度不能任意调节，不能适用于垃圾大小差异较大的场景。

因此，需要一种大负载高度柔性夹持动态可调的手爪，能够根据被夹取物体大小规划抓手张开角度并且具有大的夹持力，与机器人连接部位需要柔性连接，发生碰撞以后可以有效规避后续碰撞。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种可适应多种垃圾分拣场景的大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，包括箱体，箱体下方设有抓手，箱体内部设有气动元件、可控无刷电机和控制器，箱体上方设有气动控制元件，所述抓手与所述气动元件相连接，所述气动控制元件通过接收控制器的指令来驱动所述气动元件进行闭合张开动作，所述可控无刷电机通过接收控制器的指令来驱动所述抓手转动进行夹持持角度调节。

进一步，所述箱体内部还设有调速器、驱动齿轮和传动齿轮，所述驱动齿轮与所述可控无刷电机通过同轴连接，所述传动齿轮通过中间齿轮与所述驱动齿轮啮合，所述传动齿轮与所述抓手通过所述气动元件过渡连接，所述调速器可以接收控制器的指令来驱动所述可控无刷电机转动指定的角度。所述调速器接收控制器的指令来驱动所述无刷电机转动指定角度，所述驱动齿轮驱动所述传动齿轮转动指定的角度，所述抓手与所述传动齿轮通过所述气动元件连接转动指定角度完成角度动态可调。

再进一步，所述抓手弧度凹陷的内表面设计有小锯齿，加大与被抓物体的摩擦力，使被抓物体不易于脱落，所述抓手与所述气动元件的手指通过螺丝连接，所述气动元件被所述气动控制元件驱动进行张开闭合动作时，所述抓手跟随所述气动元件的手指实现张开闭合动作，实现抓取功能，所述传动齿轮与所述气动元件手指同轴连接，所述传动齿轮被所述可控无刷电机驱动时，所述气动元件手指跟随传动齿轮转动，所述抓手被所述气动元件手指带动旋转完成物体的夹持和角度动态可调功能，所述抓手最下端的锯齿采用高硬度的材料制作，并且可以与抓手分离，在损坏后可进行更换，提高抓手的实用性与经济性。

更进一步，所述箱体上方设有弹性组件和连接件，所述弹性组件包括弹簧、弹性支撑杆和压力传感器，所述弹性组件与机器人通过所述连接件相连接，实现手爪的高度柔性功能。

所述压力传感器与控制器组成闭环控制系统，所述压力传感器可以检测所述手爪运行过程中的压力变化，所述压力传感器将手爪的压力数值反馈给控制器，由控制器进行数据分析，检测所述手爪是否与物体相撞。

所述弹性组件还包括角形支撑板，所述弹性支撑杆通过角件固定在两块三角形支撑板上，所述三角形支撑板为等边三角形，所述三角形支撑板为上下分布，所述三角形支撑板的中心点在同一条轴线上，所述三角形支撑板边线之间的夹角为120°，所述弹性支撑杆通过球形轴承与角件连接，可以实现大范围的伸缩转向。所述弹性支撑杆共有6根，所述弹性支撑杆排布为笼形结构，每两根之间的夹角为120°，每根弹性支撑杆与水平面夹角为60°，所述排布方式可以在机器人运动过程中有效的稳定手爪并实现柔性功能。

所述弹性组件还包括弹簧导柱，所述弹簧通过弹簧导柱安装在两块三角形支撑板之间，所述弹簧配合所述支撑杆结构实现手爪与机器人柔性连接。

本发明的有益效果主要表现在：本发明通过采用大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，所述大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪包括气动元件、可控无刷电机、弹性组件、控制器，通过控制器对调速器、气动控制元件、压力传感器发送指令驱动气动元件、可控无刷电机、压力传感器实现手爪的大负载高度柔性夹持角度动态可调。在实现对物体准确夹取的同时还具有可适应多种垃圾分拣环境的特点。

附图说明

图1是本申请大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪的正视图；

图2是本申请大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪的内部组装图；

图3是本申请大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪的开启示意图；

图4是本申请大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪的角度调节示意图；

图5是本申请大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪的闭合示意图；

其中，可控无刷电机1；驱动齿轮10；气动元件2；传动齿轮20；控制器3；调速器30；压力传感器31；气动控制元件32；弹性组件4；箱体5；齿轮防尘罩50；箱体连接件500；齿轮防尘罩连接件501；抓手6；连接件7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪(以下简称“手爪”)，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

本申请所述大负载高度柔性夹持动态可调的手爪包括：箱体5、位于箱体下方的抓手6、位于箱体上方的弹性组件4、压力传感器31和气动控制元件32，所述抓手6不仅局限与凹凸锯齿状样式，可根据不同的物体，不同的使用场景设置为直线锯齿，凹凸不带锯齿等等样式。

参阅图1和图2所示，位于所述箱体5上方的弹性组件4，位于所述弹性组件4上方的压力传感器31，位于所述压力传感器31上方的连接件7，其中连接件7可以更换为适配各种不同机器人连接处的尺寸。所述弹性组件4包括一组弹簧导柱(未标号)、弹簧(未标号)、弹性支撑杆(未标号)、角件(未标号)、球形轴承(未标号)和两块三角形连接板(未标号)，所述弹性支撑杆(未标号)通过角件(未标号)固定在两块三角形支撑板(未标号)上，所述三角形支撑板(未标号)为等边三角形，所述三角形支撑板(未标号)为上下分布，所述三角形支撑板(未标号)的中心点在同一条轴线上，所述三角形支撑板(未标号)边线之间的夹角为120°，所述弹性支撑杆(未标号)通过球形轴承(未标号)与角件(未标号)连接，可以实现大范围的伸缩转向。所述弹性支撑杆(未标号)共有6根，所述弹性支撑杆(未标号)排布为笼形结构，每两根之间的夹角为120°，每根弹性支撑杆(未标号)与水平面夹角为60°，所述排布方式可以在机器人运动过程中有效的稳定手爪并实现柔性功能。所述压力传感器31与控制器3组成闭环控制系统，所述压力传感器31可以检测所述手爪运行过程中的压力变化，所述压力传感器31将手爪的压力数值反馈给控制器3，由控制器3进行数据分析，通过检测所述手爪的压力变化来判断是否与物体相撞。所述弹性组件4实现了手爪与机器人高度柔性连接的功能，有效的避免了机器人运行过程中与物体相撞，降低了手爪和机器人的故障率。

参阅图3～图5所示，所述箱体5上方设有气动控制元件32，箱体内部设有控制器3、驱动齿轮10、传动齿轮20、气动元件2、可控无刷电机1、调速器30。所述控制器3可以接收机器人端发出的指令，所述控制器3可以给所述气动控制元件32和调速器30发送指令，所述调速器30可以控制所述可控无刷电机1转动指定的角度，所述气动控制元件32可以控制所述气动元件2进行张开闭合动作。

首先当机器人判定需要抓取的物体之后，会通过中央处理器发送被抓取物体的大小给所述控制器3，所述控制器3接收到指令后将其转换为所述调速器30可以识别的指令，所述调速器30给所述可控无刷电机1发送指令，所述可控无刷电机1收到指令后转动指令所要求的角度，所述驱动齿轮10与所述可控无刷电机1同轴连接，所述可控无刷电机1转动的同时所述驱动齿轮10也转动，同时所述传动齿轮20与所述驱动齿轮10通过过渡齿轮(未标号)互相啮合，所述驱动齿轮10转动的同时带动所述传动齿轮20也发生转动，所述抓手6与所述传动齿轮20连接，所述传动齿轮20转动的同时带动抓手转动到指定角度。当机器人发送被抓取物体大小给所述控制器3之后，所述控制器3可驱动所述抓手6完成夹持角度的动态可调。

当手爪完成夹持角度调整后，机器人通过中央处理器发送夹紧指令给所述控制器3，所述控制器3接收到夹紧指令后将其转换为所述气动控制元件32可以识别的指令，所述气动控制元件32接收到指令后将夹紧指令发给所述气动元件2，所述气动元件2执行夹紧动作。所述抓手6与所述气动元件2相连接，所述气动元件2执行夹紧动作时驱动所述抓手6实现夹紧动作，将被抓取物体夹紧。

当机器人运动到投放被夹取物体地点时，机器人通过中央处理器发送张开指令给所述控制器3，所述控制器3接收到张开指令后将其转换为所述气动控制元件32可以识别的指令，所述气动控制元件32接收到指令后将张开指令发给所述气动元件2，所述气动元件2执行张开动作，所述抓手6与所述气动元件2相连接，所述气动元件2执行张开动作时驱动所述抓手6实现张开动作，将被抓取物体投放到指定地点。所述大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪可适应大部分的垃圾分拣环境，在实现高速运动的同时可以有效的抓取指定物体。所述齿轮防尘罩50可以有效保护齿轮组在恶劣环境中运行。

本申请所述大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪连接件7和抓手6可以适应大部分机器人和被抓取物体，应用范围广。本手爪的夹持角度动态可调和柔性连接可以有效避免机器人分拣过程中因为夹持角度与被夹持物体不匹配，导致手爪被撞坏、无法抓起被抓取物体。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，包括箱体，箱体下方设有抓手，箱体内部设有气动元件、可控无刷电机和控制器，箱体上方设有气动控制元件，所述抓手与所述气动元件相连接，所述气动控制元件通过接收控制器的指令来驱动所述气动元件进行闭合张开动作，所述可控无刷电机通过接收控制器的指令来驱动所述抓手转动进行夹持持角度调节。

2.如权利要求1所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述箱体内部还设有调速器、驱动齿轮和传动齿轮，所述驱动齿轮与所述可控无刷电机通过同轴连接，所述传动齿轮通过中间齿轮与所述驱动齿轮啮合，所述传动齿轮与所述抓手通过所述气动元件过渡连接，所述调速器可以接收控制器的指令来驱动所述可控无刷电机转动指定的角度。

3.如权利要求2所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述抓手弧度凹陷的内表面设计有小锯齿，加大与被抓物体的摩擦力，使被抓物体不易于脱落，所述抓手与所述气动元件的手指通过螺丝连接，所述气动元件被所述气动控制元件驱动进行张开闭合动作时，所述抓手跟随所述气动元件的手指实现张开闭合动作，实现抓取功能；所述传动齿轮与所述气动元件手指同轴连接，所述传动齿轮被所述可控无刷电机驱动时，所述气动元件手指跟随传动齿轮转动，所述抓手被所述气动元件手指带动旋转完成物体的夹持和角度动态可调功能，所述抓手最下端的锯齿采用高硬度的材料制作，并且可以与抓手分离。

4.如权利要求1或2所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述箱体上方设有弹性组件和连接件，所述弹性组件包括弹簧、弹性支撑杆和压力传感器，所述弹性组件与机器人通过所述连接件相连接，实现手爪的高度柔性功能。

5.如权利要求4所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述压力传感器与控制器组成闭环控制系统，所述压力传感器可以检测所述手爪运行过程中的压力变化，所述压力传感器将手爪的压力数值反馈给控制器，由控制器进行数据分析，检测所述手爪是否与物体相撞。

6.如权利要求4所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述弹性组件还包括三角形支撑板，所述弹性支撑杆通过角件固定在两块三角形支撑板上，所述三角形支撑板为等边三角形，所述三角形支撑板为上下分布，所述三角形支撑板的中心点在同一条轴线上，所述三角形支撑板边线之间的夹角为120°，所述弹性支撑杆通过球形轴承与角件连接，可以实现大范围的伸缩转向。所述弹性支撑杆共有6根，所述弹性支撑杆排布为笼形结构，每两根之间的夹角为120°，每根弹性支撑杆与水平面夹角为60°，所述排布方式可以在机器人运动过程中有效的稳定手爪并实现柔性功能。

7.如权利要求4所述的一种大负载高度柔性夹持角度动态可调的手爪，其特征在于，所述弹性组件还包括弹簧导柱，所述弹簧通过弹簧导柱安装在两块三角形支撑板之间，所述弹簧配合所述支撑杆结构实现手爪与机器人柔性连接。

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