CN114102656A - 一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具，包括底座、等间隔布置的三个机械手指，控制系统；机械手指包括第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆，底座、第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆依次通过减速电机转动连接；第一手指连杆与底座连接的驱动电机，用于带动机械手指收缩或释放；第二手指连杆与第三手指连杆的驱动电机，用于带动第三手指连杆收缩或释放；第一手指连杆、第二手指连杆的驱动电机，带动第二手指连杆的左右摆动；第二手指连杆内侧设有压力应变片，控制系统根据采集的压力差值控制第二手指连杆的摆动，实现接触压力平衡。相比传统夹具，本发明可实现而对于球体，圆锥体、棱台、正四面体等物体的稳固夹持。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂夹具的自适应设计领域，特别是适用于机械臂对如锥形体等非规则物体的一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具。
背景技术
随着社会发展人口的老龄化，老人生活助理方面需要更多的人力投入，而机器手臂成为减少人力投入的一个重要工具。在助理老人生活的过程中一个重要的内容就是如何帮助老人与周边环境的更好交互。其中对于物体的夹取成为一项重要内容。用于在生活中出现的物体呈现各种不同的外形结构，传统的机械夹具只能夹持方形，圆柱体等规则物体，而对于不规则物体如球体，圆锥体、棱台、正四面体等物体效果很差。对于生活中出现的更多不规则物体，为实现这些物体的稳固夹持需要更加适应物体形体的机械手夹具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具，改变机器手手指与物体夹持形成的角度使得夹具能更好的与物体贴合增加接触面积，降低对夹持物的压强作用，减少物体被破坏的几率的同时实现物体的稳固夹持。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具，用于锥形物体的夹持，包括底座、等间隔布置的三个机械手指，以及控制系统；
所述机械手指包括第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆，所述底座、第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆依次通过减速电机转动连接；其中第一手指连杆与底座连接的驱动电机，用于带动机械手指向内收缩或向外释放，完成锥形物体的夹持或松开；第二手指连杆与第三手指连杆的驱动电机，用于带动第三手指连杆的相对第二手指连杆的向内收缩或向外释放，完成对锥形物体端部的夹持或松开；所述第一手指连杆、第二手指连杆的驱动电机，用于带动第二手指连杆的左右摆动；所述第二手指连杆内侧左右对称设有压力应变片，用于对夹持压力差值的模拟量进行采集，控制系统根据采集的压力差值控制第二手指连杆的摆动，实现接触压力平衡。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明在夹具的第二手指关节处设有对称的压力应变片，利用桥型电路检测在夹持物体的过程中压力的变化，自适应调节手第二指连杆和第三手指连杆的与物体的夹持角度，有利于物体的稳固夹持。
(2)将关节电机的方向设置成与第二手指连杆的方向一致，能够有效地改进第二手指连杆和第三手指连杆的旋转效率。
(3)通过三个可变型面的关节手指，可以降低对脆性物体的夹持应力，能更好保护脆性物体。
(4)通过AD转换器实现模拟信号到数字信号的转变，光电耦合器将外界的变化尖峰电压信号进行隔离保证系统的稳定性。多路选择器降低微控制器的接口占用，能够提高系统的接口负载能力。
附图说明
图1是自适应机械臂夹具的整体安装示意图。
图2是机械夹具的底座图。
图3是关节手指装配图。
图4是控制电路板的示意图。
图5是自适应机械臂夹具夹持物体状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图5，本实施例的一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具，由底座A和三个机械手指B，C，D和控制系统组成，三个机械手指的结构设计和与底座A相连的方式均相同。结合图2耳形支架1，2，3，所述底座A上端表面为圆截面，用于与机械手连接，下表面为三角面的构型，用于设置；上端成120度等间隔的排列耳形支架1，2，3。结合图3，所述机械手指包括第一手指连杆4、第二手指连杆5、第三手指连杆6，机械手指与底座A通过关节减速电机7相连，减速电机7的驱动轴与底座A的耳形支架1/2/3固连，第一减速电机7的壳体与第一手指连杆4固连，当第一减速电机7得到驱动信号后，驱动关节第一手指连杆4、第二手指连杆5、第三手指连杆6向内收缩或向外释放。第二减速电机9的驱动轴与第二手指连杆5固连，第二减速电机9的壳体与第二手指连杆6固连，当第二减速电机9得到驱动信号后，驱动第二手指连杆6向内收缩或向外释放，用于夹持锥形物体的顶端或底端。第一手指连杆4和第二手指连杆5通过关节减速电机8旋转相连，关节减速电机8的长度方向与第二手指连杆5的方向一致，关节减速电机8的传动轴固连在第一手指连杆4上，关节减速电机8外壳固连在第二手指连杆5上，可带动第二手指连杆5相对第一手指连杆4左右摆动，实现夹持角度的调整。第二手指连杆5处内侧左右对称设有压力应变片10，11，实现对夹持压力差值的模拟量进行采集，保证充分接触以实现压力平衡。
所述第一手指连杆4、第三手指连杆6内侧端面为波纹形，用于增加接触时的摩擦力。
结合图4，所述控制系统包括与压力应变片连接的H桥电路，三个机械手指的第二手指连杆5上的两个压力应变片10，11均与H桥电路连接，用于感知第二手指连杆5的压紧物体时的压力差模拟量数值，三个机械手指的H桥电路经过多路选择器的选择后经光电隔离转换器转换进入AD转换器，将电压差模拟值转变成数字信号，然后将采集到的数字量发送到微控制器，用于电机后续控制决策。微控制器根据发送过来的数字量，结合PID算法计算出相应的控制量，控制电机的正反转和转速，控制目标为采集到的压力差数字量在一个相对指定的小范围阈值内。将计算出来的控制量结合脉冲调制以后发出PWM波控制关节减速电机8的转速大小及正反转方向，从而控制关节的角位移量，以达到控制第二手指连杆5与被加持物表面所成的角度。最终实现物体的稳固夹取与保持。
Claims (6)
1.一种基于压力应变片的自适应机械臂夹具，用于锥形物体的夹持，包括底座、等间隔布置的三个机械手指，以及控制系统；其特征在于，
所述机械手指包括第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆，所述底座、第一手指连杆、第二手指连杆、第三手指连杆依次通过减速电机转动连接；其中第一手指连杆与底座连接的驱动电机，用于带动机械手指向内收缩或向外释放，完成锥形物体的夹持或松开；第二手指连杆与第三手指连杆的驱动电机，用于带动第三手指连杆的相对第二手指连杆的向内收缩或向外释放，完成对锥形物体端部的夹持或松开；所述第一手指连杆、第二手指连杆的驱动电机，用于带动第二手指连杆的左右摆动；所述第二手指连杆内侧左右对称设有压力应变片，用于对夹持压力差值的模拟量进行采集，控制系统根据采集的压力差值控制第二手指连杆的摆动，实现接触压力平衡。
2.根据权利要求1所述的基于压力应变片的自适应机械臂夹具，其特征在于，所述控制系统包括H桥电路、多路选择器、微控制器、
与压力应变片连接的H桥电路，用于采集压紧物体时的压力差模拟量数值；H桥电路经过多路选择器的选择后经光电隔离转换器转换进入AD转换器，将电压差模拟值转变成数字信号，然后将采集到的数字量发送到微控制器，微控制器控制电机的正反转和转速，控制第二手指连杆的摆动使得两个压力应变片采集到的压力差数字量在设定的阈值范围内。
3.根据权利要求1所述的基于压力应变片的自适应机械臂夹具，其特征在于，所述底座上设有三个支架，所述机械手指与支架转动连接。
4.根据权利要求1所述的基于压力应变片的自适应机械臂夹具，其特征在于，所述底座与机械手指连接的一个端面为三角面，另一端面为圆截面。
5.根据权利要求1所述的基于压力应变片的自适应机械臂夹具，其特征在于，所述第一手指连杆内侧端面为波纹形。
6.根据权利要求1所述的基于压力应变片的自适应机械臂夹具，其特征在于，所述第三手指连杆内侧端面为波纹形。
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