CN113635339A - 一种机器人视觉用便捷式抓具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人视觉用便捷式抓具，包括用于竖向抓取的手抓，所述手抓包括基台和多根抓杆；多根抓杆均匀分布在基台外形成抓手；所述抓杆包括刚性件和弹性件；所述刚性件中部与基台下部外伸部铰接，上部与一柱形块铰接，下部与弹性件固定连接；该抓具的每个抓杆通过液压和杠杆结构驱动，可以实现任一抓杆自动适应被抓物体外形变化，不会出现部分抓杆悬空的情况；且任何时刻，所有抓杆的抓力都是相同的，不会对被抓物体造成损害；且抓杆具有柔刚自由转化的特性，能够减少对物体表面的磨损或划伤；该抓具能够适应不同形状的被抓物体，抓取稳定牢固，对被抓物体的损害小，可以用于用于各种精密物品或易伤物品的抓取工作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人视觉技术领域，具体为一种机器人视觉用便捷式抓具。
背景技术
机器人视觉一般是指与机器人配合操作的工业视觉系统，把工业视觉系统引入机器人后，可以大大的扩大机器人的使用性能，帮助机器人在完成指定任务的过程中，具有更大的适应性，近年来对机器人视觉的研究成为国内外机器人领域研究的热点之一。
在申请号为201320181783.9的专利中提到了“一种工业机器人视觉抓具”，该专利包括机架、工业视觉系统、抓取组件和气源组件，可以节省时间和人力，大大提高了工作效率，但现有的抓具灵活性较差，特别对于形状不规则的物品或需要抓取不同形状的物体，在抓握力，接触部位等方面的变化都极为有限，容易损坏被抓物体，特别对于现代工业中精密物品难以适用。
发明内容
本发明提供一种机器人视觉用便捷式抓具，该抓具的每个抓杆通过液压和杠杆结构驱动，可以实现任一抓杆自动适应被抓物体外形变化，不会出现部分抓杆悬空的情况；且任何时刻，所有抓杆的抓力都是相同的，不会对被抓物体造成损害；且抓杆具有柔刚自由转化的特性，能够在各抓杆自动适应被抓物体外形而抓住物体时使抓杆成为一个刚性包覆体，从而在抓取和移动过程中减少抓具与物体之间所需的摩擦力，减少对物体表面的磨损或划伤；该抓具能够适应不同形状的被抓物体，抓取稳定牢固，对被抓物体的损害小，可以用于用于各种精密物品或易伤物品的抓取工作。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机器人视觉用便捷式抓具，包括用于竖向抓取的手抓，所述手抓包括基台和多根抓杆；多根抓杆均匀分布在基台外形成抓手；所述抓杆包括刚性件和弹性件；所述刚性件中部与基台下部外伸部铰接，上部与一柱形块铰接，下部与弹性件固定连接；所述基台内中部设置有一液压腔；所述液压腔对应多根抓杆横向开设有多个液压孔；所述柱形块与液压孔密封滑动套设；一液压通道连通液压腔与外部；所述弹性件为向下延伸的长条状可弹性形变体，内部沿长度方向设置有密封腔；所述密封腔内填充有电流变液；所述密封腔两相对侧面沿长度方向设置有电极；所述弹性件背离抓取中心的一面贴附设置有多个电致伸缩片；所述电致伸缩片通电状态下带动弹性件向抓取中心一侧形变；抓取时外部电场通过所述电极使电流变液瞬间转化为固态。
其中，所述基台下端面嵌设有第一摄像头。
其中，所述基台连接吊具或机器人手臂。
其中，还包括用于横向抓取的气抓，所述气抓顶端对称安装有抓杆，所述抓杆一侧对称安装有固定杆，两个所述固定杆之间滑动嵌入有缓冲板，所述缓冲板与抓杆之间对称安装有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧内部滑动嵌入有限位杆，所述限位杆一端与缓冲板相连接，所述抓杆一侧对应限位杆位置处开设有限位孔，位于所述抓杆一侧两个限位孔之间安装有支撑垫，所述缓冲板顶端与底端对称安装有限位条，所述固定杆内侧对应限位条位置处开设有限位槽，所述缓冲板内侧粘接有橡胶垫。
其中，所述支撑垫与缓冲板之间有空隙，所述限位杆直径与限位孔孔径相等。
其中，还包括机架，所述手抓设置在机架上方，所述气抓设置在机架上；所述机架上安装有第二摄像头，所述第二摄像头外侧底端固定套接有固定板，所述固定板一侧对称安装有转筒，两个所述转筒内部之间滑动嵌入有转杆，所述固定板一侧安装有翻转马达，所述翻转马达输出轴与转杆一端相连接，所述转杆一侧安装有清理筒，所述清理筒底面安装有清理马达，所述清理马达输出轴贯穿清理筒底面安装有支撑架，所述支撑架顶面安装有软毛刷，所述第二摄像头、翻转马达和清理马达输入端均与外部电源输出端电性连接。
其中，所述机架顶面安装有固定架，所述固定架顶面内部等距安装有照明灯，所述固定架正面与背面对应照明灯位置处均通过转轴转动连接有转盘，相对应的两个所述转盘边部之间安装有遮光板，所述固定架正面对应转盘位置处安装有限位螺钉，所述照明灯输入端与外部电源输出端电性连接。
其中，所述遮光板为弧形板。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使用安全方便：
1.本发明手抓的每个抓杆通过液压和杠杆结构驱动，可以实现任一抓杆自动适应被抓物体外形变化，不会出现部分抓杆悬空的情况；且任何时刻，所有抓杆的抓力都是相同的，不会对被抓物体造成损害；且抓杆具有柔刚自由转化的特性，能够在各抓杆自动适应被抓物体外形而抓住物体时使抓杆成为一个刚性包覆体，从而在抓取和移动过程中减少抓具与物体之间所需的摩擦力，减少对物体表面的磨损或划伤；该抓具能够适应不同形状的被抓物体，抓取稳定牢固，对被抓物体的损害小，可以用于用于各种精密物品或易伤物品的抓取工作。
2.本发明的抓杆整体上利用了液体中的压强处处相等这一特性，由于各抓杆的柱形块截面积相等，因此各柱形块收到的压力相同，因此刚性件的杠杆力相等，因此能够保障每个抓杆在任意时刻的抓力是相同的，同时也利用了液体的流动性特点，可以将力进行分散与重新分配，当被抓物体外形不规则时，各抓杆在保障抓力相同的情况下，转动的角度又可以不同，只是柱形块在液压孔的移动位置不同而已；而且采用液压驱动方式不仅驱动力可精确调整，而且反作用力小，抓握稳定；
抓杆设置具有刚性件和弹性件，刚性件能够用于传递杠杆力和起到结构支撑，而弹性件采用了中空填充电流变液的结构，并在背向抓取中心一面贴附电致伸缩片，这样首先在液压装置驱动使弹性件接触物体表面后，进一步通过外部电场控制电致伸缩片向物体一侧弯曲形变，从而带动弹性件各处根据物体表面形状变化发生一定的形变，增加与物体表面接触的面积，甚至弹性件在整体上会根据物体表面形状凹凸变化；再通过外部电场控制电流变液瞬间转化为固态，从而固化弹性件的形状变化，此时，由于弹性件适应物体表面发生了凹凸变化，且该变化被固化了，因此弹性件与物体表面产生的嵌合的效果，即使此时弹性件与物体表面的摩擦力消失，物体依然不会掉落；
而且整个抓杆是通过上部的杠杆方式转动的，因此，抓杆在经过转动之后成上大下小的抱夹模式，当电流变液固化后，整个抓杆将自动维持该抱夹形状，该形状的维持来源于抓杆自身形状的固化，不需要对物体的夹持力来维持；因此手抓对物体形成了主要通过包覆和托举来抓取和移动物体的效果，而较少依靠对物体的巨大夹持力维持这一效果，因此本手抓抓取移动物体相比传统的抓具来说只需要很小甚至不需要对被抓物体施加和维持较大的抓力，因此可以显著减小对被抓物体的伤害。
3.本发明设置有缓冲板、缓冲弹簧、限位杆和支撑垫，通过缓冲弹簧和缓冲板配合可在气抓抓取物体时，对物体进行限位缓冲，使得气抓抓取的更加平稳，对物体的保护效果好，且通过限位条和限位槽配合可对缓冲板进行导向限位，避免缓冲板从两个固定杆之间脱落影响使用气抓。
2.本发明设置有软毛刷、转杆、支撑架和固定板，通过翻转马达可带动转杆转动，将清理筒翻转至固定板顶面或一侧，便于对第二摄像头镜头进行清理的同时可避免软毛刷遮挡镜头，且在支撑架的带动下，可使软毛刷转动对第二摄像头镜头进行清理，避免镜头脏污影响机器人的识别效率，使用气抓便捷。
3.本发明设置有固定架、转盘、遮光板和限位螺钉，通过转动转盘可使遮光板对照明灯进行聚焦导向或遮光，便于机器人进行识别，提升了机器人的识别效率，且通过拧动限位螺钉可将转盘固定，进而将遮光板固定，避免遮光板乱晃影响照明灯的照明效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明手抓的剖视示意图；
图2是本发明气抓、第二摄像头以及机架的结构示意图；
图3是本发明气抓的结构示意图；
图4是本发明气抓的缓冲板安装结构示意图；
图5是本发明第二摄像头及其清理结构的示意图；
图6是图2圆圈处的放大图。
图中标号：
1、机架；2、手抓；21、基台；211、外伸部；212、液压腔；213、液压孔；214、液压通道；215、第一摄像头；22、抓杆；221、刚性件；222、弹性件；223、柱形块；224、密封腔；225、电极；226、电致伸缩片；3、气抓；301、抓杆；302、固定杆；303、缓冲板；304、缓冲弹簧；305、限位杆；306、限位孔；307、支撑垫；308、限位条；309、限位槽；310、橡胶垫；401、软毛刷；402、第二摄像头；403、固定板；404、转筒；405、转杆；406、支撑架；407、翻转马达；408、清理马达；409、清理筒；5、固定架；6、照明灯；7、转盘；8、遮光板；9、限位螺钉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1-6所示，
一种机器人视觉用便捷式抓具，包括用于竖向抓取的手抓2，手抓2包括基台21和多根抓杆22；多根抓杆22均匀分布在基台21外形成抓手；抓杆22包括刚性件221和弹性件222；刚性件221中部与基台21下部外伸部211铰接，上部与一柱形块223铰接，下部与弹性件222固定连接；基台21内中部设置有一液压腔212；液压腔212对应多根抓杆22横向开设有多个液压孔213；柱形块223与液压孔213密封滑动套设；一液压通道214连通液压腔212与外部；弹性件222为向下延伸的长条状可弹性形变体，内部沿长度方向设置有密封腔224；密封腔224内填充有电流变液；密封腔224两相对侧面沿长度方向设置有电极225；弹性件222背离抓取中心的一面贴附设置有多个电致伸缩片226；电致伸缩片226通电状态下带动弹性件222向抓取中心一侧形变；抓取时外部电场通过电极225使电流变液瞬间转化为固态。
进一步的，基台21下端面嵌设有第一摄像头215。
进一步的，基台21连接吊具或机器人手臂。
进一步的，还包括用于横向抓取的气抓3，气抓3顶端对称安装有抓杆301，抓杆301一侧对称安装有固定杆302，两个固定杆302之间滑动嵌入有缓冲板303，缓冲板303与抓杆301之间对称安装有缓冲弹簧304，缓冲弹簧304内部滑动嵌入有限位杆305，限位杆305一端与缓冲板303相连接，抓杆301一侧对应限位杆305位置处开设有限位孔306，位于抓杆301一侧两个限位孔306之间安装有支撑垫307，缓冲板303顶端与底端对称安装有限位条308，固定杆302内侧对应限位条308位置处开设有限位槽309，缓冲板303内侧粘接有橡胶垫310。支撑垫307与缓冲板303之间有空隙，限位杆305直径与限位孔306孔径相等，通过缓冲弹簧304和缓冲板303配合可在气抓3抓取物体时，对物体进行限位缓冲，使得气抓3抓取的更加平稳，对物体的保护效果好，且通过限位条308和限位槽309配合可对缓冲板303进行导向限位，避免缓冲板303从两个固定杆302之间脱落影响使用气抓3。
进一步的，支撑垫307与缓冲板303之间有空隙，限位杆305直径与限位孔306孔径相等。
进一步的，还包括机架1，手抓2设置在机架1上方，气抓3设置在机架1上；机架1上安装有第二摄像头402，第二摄像头402外侧底端固定套接有固定板403，固定板403一侧对称安装有转筒404，两个转筒404内部之间滑动嵌入有转杆405，固定板403一侧安装有翻转马达407，翻转马达407输出轴与转杆405一端相连接，转杆405一侧安装有清理筒409，清理筒409底面安装有清理马达408，清理马达408输出轴贯穿清理筒409底面安装有支撑架406，支撑架406顶面安装有软毛刷401，第二摄像头402、翻转马达407和清理马达408输入端均与外部电源输出端电性连接。转筒404内径与转杆405直径相等，通过翻转马达407可带动转杆405转动，将清理筒409翻转至固定板403顶面或一侧，便于对第二摄像头402镜头进行清理的同时可避免软毛刷401遮挡镜头，且在支撑架406的带动下，可使软毛刷401转动对第二摄像头402镜头进行清理，避免镜头脏污影响机器人的识别效率，使用气抓3便捷。
进一步的，机架1上安装有固定架5，固定架5顶面内部等距安装有照明灯6，固定架5正面与背面对应照明灯6位置处均通过转轴转动连接有转盘7，相对应的两个转盘7边部之间安装有遮光板8，遮光板8为弧形板；固定架5正面对应转盘7位置处安装有限位螺钉9，照明灯6输入端与外部电源输出端电性连接。气抓3与第二摄像头402均位于固定架5内部，通过转动转盘7可使遮光板8对照明灯6进行聚焦导向或遮光，便于机器人进行识别，提升了机器人的识别效率，且通过拧动限位螺钉9可将转盘7固定，进而将遮光板8固定，避免遮光板8乱晃影响照明灯6的照明效果。
本发明的工作原理及使用流程：
手抓2抓取物体时，通过液压通道214向液压腔212内加压注入液体，液体在液压腔212内推动各柱形块223沿液压孔213向外滑动，柱形块223推动刚性件221转动，刚性件221通过杠杆作用带动弹性件222转动贴靠被抓物体，并根据物体外形产生一定的形变；由于各抓杆22受到的驱动力总是始终相同；因此弹性件222在形变后也能向后端的刚性件221和柱形块223施加受到的反作用力，从而使各抓杆22根据被抓物体的外形自适应转动角度；当各抓杆22位置和形状稳定后，通过外部电场控制电致伸缩片226向物体一侧弯曲形变，从而带动弹性件222各处根据物体表面形状变化发生更加具体的形变，进一步增加与物体表面接触的面积，甚至弹性件222在整体上会根据物体表面形状凹凸变化；再通过外部电场控制电流变液瞬间转化为固态，从而固化弹性件222的形状变化，此时，由于弹性件222适应物体表面发生了凹凸变化，且该变化被固化了，因此弹性件222与物体表面产生的嵌合的效果，即使此时弹性件222与物体表面的摩擦力消失，物体依然不会掉落；
而且整个抓杆22是通过上部的杠杆方式转动的，因此，抓杆22在经过转动之后成上大下小的抱夹模式，当电流变液固化后，整个抓杆22将自动维持该抱夹形状，该形状的维持来源于抓杆22自身形状的固化，不需要对物体的夹持力来维持；因此手抓2对物体形成了主要通过包覆和托举来抓取和移动物体的效果，而较少依靠对物体的巨大夹持力维持这一效果，因此本手抓2抓取移动物体相比传统的抓具来说只需要很小甚至不需要对被抓物体施加和维持较大的抓力，因此可以显著减小对被抓物体的伤害。
气抓3在抓取物体时，橡胶垫310会与物体先接触，气抓3在抓取过程中，物体挤压缓冲板303，使缓冲板303挤压缓冲弹簧304对物体进行限位缓冲，使得气抓3抓取的更加平稳，对物体的保护效果好，且限位条308在限位槽309内部滑动，可对缓冲板303进行导向限位，避免缓冲板303从两个固定杆302之间脱落影响使用气抓3，限位杆305可滑动嵌入限位孔306对缓冲弹簧304进行导向，支撑垫307可对缓冲板303进行支撑缓冲，使得气抓3抓取稳定；
在需要清理第二摄像头402镜头时，启动翻转马达407可带动转杆405转动，将清理筒409翻转至固定板403顶面，便于对第二摄像头402镜头进行清理，启动清理马达408可带动支撑架406旋转，进而可使软毛刷401转动对第二摄像头402镜头进行清理，避免镜头脏污影响机器人的识别效率，使用气抓3便捷，当清理筒409翻转至固定板403一侧时，可避免软毛刷401遮挡镜头，翻转马达407和清理马达408的型号均为RCD-300；
转动转盘7可使遮光板8对照明灯6进行聚焦导向或遮光，便于机器人进行识别，提升了机器人的识别效率，且拧紧限位螺钉9可将转盘7固定，进而将遮光板8固定，避免遮光板8乱晃影响照明灯6的照明效果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。
Claims (8)
1.一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，包括用于竖向抓取的手抓(2)，所述手抓(2)包括基台(21)和多根抓杆(22)；多根抓杆(22)均匀分布在基台(21)外形成抓手；所述抓杆(22)包括刚性件(221)和弹性件(222)；所述刚性件(221)中部与基台(21)下部外伸部(211)铰接，上部与一柱形块(223)铰接，下部与弹性件(222)固定连接；所述基台(21)内中部设置有一液压腔(212)；所述液压腔(212)对应多根抓杆(22)横向开设有多个液压孔(213)；所述柱形块(223)与液压孔(213)密封滑动套设；一液压通道(214)连通液压腔(212)与外部；所述弹性件(222)为向下延伸的长条状可弹性形变体，内部沿长度方向设置有密封腔(224)；所述密封腔(224)内填充有电流变液；所述密封腔(224)两相对侧面沿长度方向设置有电极(225)；所述弹性件(222)背离抓取中心的一面贴附设置有多个电致伸缩片(226)；所述电致伸缩片(226)通电状态下带动弹性件(222)向抓取中心一侧形变；抓取时外部电场通过所述电极(225)使电流变液瞬间转化为固态。
2.根据权利要求1所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，所述基台(21)下端面嵌设有第一摄像头(215)。
3.根据权利要求1所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，所述基台(21)连接吊具或机器人手臂。
4.根据权利要求1所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，还包括用于横向抓取的气抓(3)，所述气抓(3)顶端对称安装有抓杆(301)，所述抓杆(301)一侧对称安装有固定杆(302)，两个所述固定杆(302)之间滑动嵌入有缓冲板(303)，所述缓冲板(303)与抓杆(301)之间对称安装有缓冲弹簧(304)，所述缓冲弹簧(304)内部滑动嵌入有限位杆(305)，所述限位杆(305)一端与缓冲板(303)相连接，所述抓杆(301)一侧对应限位杆(305)位置处开设有限位孔(306)，位于所述抓杆(301)一侧两个限位孔(306)之间安装有支撑垫(307)，所述缓冲板(303)顶端与底端对称安装有限位条(308)，所述固定杆(302)内侧对应限位条(308)位置处开设有限位槽(309)，所述缓冲板(303)内侧粘接有橡胶垫(310)。
5.根据权利要求4所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，所述支撑垫(307)与缓冲板(303)之间有空隙，所述限位杆(305)直径与限位孔(306)孔径相等。
6.根据权利要求5所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，还包括机架(1)，所述手抓(2)设置在机架(1)上方，所述气抓(3)设置在机架(1)上；所述机架(1)上安装有第二摄像头(402)，所述第二摄像头(402)外侧底端固定套接有固定板(403)，所述固定板(403)一侧对称安装有转筒(404)，两个所述转筒(404)内部之间滑动嵌入有转杆(405)，所述固定板(403)一侧安装有翻转马达(407)，所述翻转马达(407)输出轴与转杆(405)一端相连接，所述转杆(405)一侧安装有清理筒(409)，所述清理筒(409)底面安装有清理马达(408)，所述清理马达(408)输出轴贯穿清理筒(409)底面安装有支撑架(406)，所述支撑架(406)顶面安装有软毛刷(401)，所述第二摄像头(402)、翻转马达(407)和清理马达(408)输入端均与外部电源输出端电性连接。
7.根据权利要求6所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，所述机架(1)顶面安装有固定架(5)，所述固定架(5)顶面内部等距安装有照明灯(6)，所述固定架(5)正面与背面对应照明灯(6)位置处均通过转轴转动连接有转盘(7)，相对应的两个所述转盘(7)边部之间安装有遮光板(8)，所述固定架(5)正面对应转盘(7)位置处安装有限位螺钉(9)，所述照明灯(6)输入端与外部电源输出端电性连接。
8.根据权利要求7所述的一种机器人视觉用便捷式抓具，其特征在于，所述遮光板(8)为弧形板。
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