CN114211516B - 一种柔性机器触觉传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感装置技术领域，具体涉及一种可检测机械手抓取部位和抓取力度的柔性机器触觉传感装置，包括滑动板、定位板、导向轴、驱动杆、摆杆和夹爪，滑动板和导向轴滑动配合，驱动杆的上端等间距的铰接在滑动板的侧边上，驱动杆的下端与摆杆的中部铰接，夹爪的上端与摆杆的内端固定连接，夹爪与摆杆的连接处铰接在定位板的侧边上，夹爪内侧为柔性面，夹爪为中空结构，在夹爪的内部设有柔性衬垫，在柔性衬垫上贴附有多个具有标识的压电薄膜传感器，在定位板内部设有电源模块、模数转换模块和微控制器，所述压电薄膜传感器与模数转换模块连接，模数转换模块与微控制器连接，微控制器与上位机通信连接。

Description

一种柔性机器触觉传感装置

技术领域

本发明涉及应用于机械手的传感装置技术领域，具体为一种柔性机器触觉传感装置。

背景技术

工业智能机器人在各行各业均已广泛的应用，机械手是工业机器人非常重要的组成部分，在机械手上通常会设置机器触觉传感装置，机器触觉传感装置通常采用单一设置在机械手上的压力传感器，这种方式在机械手抓取物体时，仅能感知到是否有抓取到物体，而无法较准确的检测到机械手的抓取部位，从而无法获知机械手的抓取部位是否准确，从而无法对机械手的抓取手势进行调节。

发明内容

本发明意在提供一种可检测机械手抓取部位和抓取力度的柔性机器触觉传感装置。

一种柔性机器触觉传感装置，包括滑动板、定位板、导向轴、驱动杆、摆杆和夹爪，滑动板和导向轴滑动配合，驱动杆有多个，各个驱动杆的上端等间距的铰接在滑动板的侧边上，驱动杆的下端与摆杆的中部铰接，所述夹爪的上端与摆杆的内端固定连接，夹爪与摆杆的连接处铰接在定位板的侧边上，所述夹爪内侧为柔性面，所述的夹爪为中空结构，在夹爪的内部设有柔性衬垫，在柔性衬垫上贴附有多个具有标识的压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器用于采集所述夹爪所受到的压力信息，在定位板内部设有电源模块、模数转换模块和微控制器，所述压电薄膜传感器与模数转换模块连接，模数转换模块与微控制器连接，微控制器与上位机通信连接。

本发明的抓取原理如下：滑动板在动力的带动下可沿着导向轴轴向滑动，当滑动板沿着导向轴向远离定位板的方向滑动时，滑动板带动驱动杆向远离定位板的方向滑动，驱动杆带动摆杆顺时针摆动，由于所述夹爪的上端与摆杆的内端固定连接，夹爪与摆杆的连接处铰接在定位板的侧边上，因此夹爪向外摆动，从而张开，释放被抓取的物体；当滑动板沿着导向轴向靠近定位板的方向滑动时，滑动板带动驱动杆向靠近定位板的方向滑动，驱动杆带动摆杆逆时针转动，驱动杆带动夹爪向内摆动，各个夹爪并拢抓取物体。

通过柔性衬垫上设置的多个压电薄膜传感器，当夹爪的内侧面与物体表面接触时，压电薄膜传感器可感知到压力，进而根据压力发出电信号，模数转换模块将模电信号转换为数电信号后，将数电信号传给微控制，微控制器将检测到的压力数据和对应压电薄膜传感器的标识传给上位机，上位机事先存储有各个压电薄膜传感器的标识以及贴附在柔性衬垫上的位置信息，因此调用这些信息就可获知是哪个或者哪些压电薄膜传感器感知到的压力，从而不仅可以获知所受压力大小，而且可以获知所受压力的位置，也就是可以检测到机械手的具体抓取部位，从而可以判断抓取部位和力度是否满足要求，是否需要调整抓取手势，如需要调整，则将向微控制发送控制指令。

本发明的有益效果如下：1、夹爪的内侧面为柔性面，在抓取物体时，可避免与物体发生刚性碰撞，避免损伤或者破坏物体表面；2、通过在柔性衬垫上贴附有多个具有标识的压电薄膜传感器，以及设置模数转换模块和微控制器，微控制器和上位机通信，可以检测机械手抓取部位和抓取力度，从而基于抓取部位和抓取力度来对抓取手势进行调节，以达到精准抓取的目的。

进一步，在所述定位板上分别开有相通的竖向孔和横向孔，在竖向孔内设有安装座，安装座的下端固定有摄像头，安装座的上端与一拉簧的下端相连，拉簧的上端固定在竖向孔的底部，安装座的上端面具有第一斜面，在横向孔中穿设有一横杆，横杆的内端面具有可与第一斜面相抵迫使摄像头伸出竖向孔的第二斜面，横杆的外端与一竖杆的下端固定，所述竖杆的侧面与摆杆的外端相抵，竖杆与定位板之间设有拉簧。

原理及有益效果如下：夹爪未抓取物体时，滑动板在较高位置，驱动杆也在较高位置，摆杆外端部靠近驱动杆，此时竖杆收到拉簧的拉力，竖杆在拉簧的作用下，靠近驱动杆，横杆在横向孔内，横杆内端面的第二斜面与安装座的第一斜面相抵，从而迫使安装座带着摄像头伸出竖向孔，此时摄像头采集待抓取物体的图像信息，并将图像信息传给上位机，上位机根据接收到的图像信息，分析带抓取物体的形状和大小，从而分析出待抓取物体的尺寸和最佳抓取部位，根据待抓取物体的尺寸和最佳抓取部位向微控制器发送控制指令，微控制器根据控制指令控制滑动板在导向轴上的滑动距离，进而控制夹爪的张开角度，以适应待抓取物体的尺寸，同时控制滑动板以导向轴为轴的旋转角度，从而使各个夹爪抓取到待抓取物的最佳抓取部位。

滑动板沿着导向轴向下运动，带动驱动杆向下运动，从而迫使摆杆逆时针旋转，夹爪并拢抓取物体，此时摆杆推动竖杆向外运动，从而带动横杆克服拉簧的拉力向外运动，横杆内端面的第二斜面不再抵住安装座的第一斜面，安装座在拉簧的作用下缩进竖向孔内，摄像头也缩进竖向孔内，在抓取物体时，无需摄像头采集信息，摄像头缩进竖向孔内也不会损伤或者破坏摄像头。

采用本方案，无需额外设置动力，即可实现摄像头自动伸出和缩进竖向孔。

进一步，所述柔性衬垫的内侧面为弧形面，每个压电薄膜传感器均呈U形贴附在柔性衬垫的表面。

每个压电薄膜传感器均呈U形贴附在柔性衬垫的表面，即使夹爪在抓取过程中有轻微的变形，也可保证每个压电薄膜传感器较牢固的贴附在柔性衬垫的表面。

进一步，所述的夹爪有两个，每个夹爪的下端均向内弯折形成弯折段。

夹爪设置折弯段，可使得抓取更加牢固，抓取物不易掉落。

进一步，在其中一个夹爪的弯折段内设有磁铁，在另一个夹爪的弯折段内设有一端开口的内腔，内腔内滑动设置有挡条，挡条的外端部设置有可与磁铁相吸附的铁块，所述铁块位于内腔的开口处。

原理及有益效果在于:

当两个夹爪靠近时，弯折段相互靠近，一个夹爪的弯折段内设置的磁铁吸附另一个弯折段内腔挡条端部的铁块，从而使挡条从内腔伸出用于从底部挡住被抓取物体，防止被抓取物体在夹爪夹持不牢固时掉落。

进一步，在所述导向轴上设置有行程开关。

设置行程开关，在滑动板触发行程开关后，可以自动的做反向运动，实现自动连续的抓取和释放操作。

附图说明

图1为本发明一种柔性机器触觉传感装置实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：滑动板1、定位板2、导向轴3、驱动杆4、摆杆5、夹爪6、柔性衬垫7、压电薄膜传感器8、摄像头9、安装座10、横杆11、竖杆12、挡条13、磁铁14、铁块15。

实施例一

基本如附图1所示：一种柔性机器触觉传感装置，包括滑动板1、定位板2、导向轴3、驱动杆4、摆杆5和夹爪6，滑动板1和导向轴3滑动配合，滑动板1通过驱动机构带动，如丝杠机构。在所述导向轴3上设置有行程开关。

驱动杆4有多个，本实施例优选两个，每个夹爪6的下端均向内弯折形成弯折段。

各个驱动杆4的上端等间距的铰接在滑动板1的侧边上，驱动杆4的下端与摆杆5的中部铰接，所述夹爪6的上端与摆杆5的内端固定连接，夹爪6与摆杆5的连接处铰接在定位板2的侧边上。

所述夹爪6内侧为柔性面，所述的夹爪6为中空结构，在夹爪6的内部设有柔性衬垫7，如尼龙，PE塑料等，在柔性衬垫7上贴附有多个具有标识的压电薄膜传感器8，所述压电薄膜传感器8用于采集所述夹爪6所受到的压力信息，压电薄膜传感器8与模数转换模块电连接，具体的，所述柔性衬垫7的内侧面为弧形面，所述的压电薄膜传感器8有多个，本实施例中，每一个夹爪6内部设置三个压电薄膜传感器8，每个压电薄膜传感器8均呈U形贴附在柔性衬垫7的表面。

在定位板2内部设有电源模块、模数转换模块和微控制器，所述压电薄膜传感器8与模数转换模块连接，模数转换模块与微控制器连接，微控制器与上位机通信连接。电源模块为模数转换模块、微控制器、压电薄膜传感器8和摄像头供电。

本实施例中，摄像头9用于采集待抓取物体的图像信息，并将图像信息传给上位机，上位机根据接收到的图像信息，分析带抓取物体的形状和大小，从而分析出待抓取物体的尺寸和最佳抓取部位，根据待抓取物体的尺寸和最佳抓取部位向微控制器发送控制指令，微控制器根据控制指令控制滑动板1在导向轴3上的滑动距离，进而控制夹爪6的张开角度，以适应待抓取物体的尺寸，同时控制滑动板1以导向轴3为轴的旋转角度，从而使各个夹爪6抓取到待抓取物的最佳抓取部位。

在所述定位板2上分别开有相通的竖向孔和横向孔，在竖向孔内设有安装座10，安装座10的下端固定有摄像头9，安装座10的上端与一拉簧的下端相连，拉簧的上端固定在竖向孔的底部，安装座10的上端面具有第一斜面，在横向孔中穿设有一横杆11，横杆11的内端面具有可与第一斜面相抵迫使摄像头9伸出竖向孔的第二斜面，横杆11的外端与一竖杆12的下端固定，所述竖杆12的侧面与摆杆5的外端相抵, 竖杆与定位板之间设有拉簧。

本实施例中，在其中一个夹爪6的弯折段内设有磁铁14，在另一个夹爪6的弯折段内设有一端开口的内腔，内腔内滑动设置有挡条13，挡条13的外端部设置有可与磁铁14相吸附的铁块15，所述铁块15位于内腔的开口处，挡条13与内腔的底部之间设有复位弹簧。

实施例二

与实施例一相比，不同之处仅在于，在其中一个夹爪6的弯折段内设有磁铁14为电磁铁，电磁铁的供电线路上的继电器与微控制器信号连接，电磁铁的铁芯为磁性铁芯。在抓取到物体时，所述微控制器会通过模数转换模块获取到压电薄膜传感器8的压力值。在抓取状态时，如果压电薄膜传感器8的压力值一直有明显减小的趋势，则微控制器生成控制指令，使得继电器接通，电磁铁工作，增加对铁块15的吸引力，使得铁块15与被抓取物体之间的压力增加，摩擦力增加，避免抓取过程中物体松动。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1. 一种柔性机器触觉传感装置，其特征在于：包括滑动板、定位板、导向轴、驱动杆、摆杆和夹爪，滑动板和导向轴滑动配合，驱动杆有多个，各个驱动杆的上端等间距的铰接在滑动板的侧边上，驱动杆的下端与摆杆的中部铰接，所述夹爪的上端与摆杆的内端固定连接，夹爪与摆杆的连接处铰接在定位板的侧边上，所述夹爪内侧为柔性面，所述的夹爪为中空结构，在夹爪的内部设有柔性衬垫，在柔性衬垫上贴附有多个具有标识的压电薄膜传感器，所述压电薄膜传感器用于采集所述夹爪所受到的压力信息，在定位板内部设有电源模块、模数转换模块和微控制器，所述压电薄膜传感器与模数转换模块连接，模数转换模块与微控制器连接，微控制器与上位机通信连接；在所述定位板上分别开有相通的竖向孔和横向孔，在竖向孔内设有安装座，安装座的下端固定有摄像头，安装座的上端与一拉簧的下端相连，拉簧的上端固定在竖向孔的底部，安装座的上端面具有第一斜面，在横向孔中穿设有一横杆，横杆的内端面具有可与第一斜面相抵迫使摄像头伸出竖向孔的第二斜面，横杆的外端与一竖杆的下端固定，所述竖杆的侧面与摆杆的外端相抵, 竖杆与定位板之间设有拉簧。

2.根据权利要求1所述的柔性机器触觉传感装置，其特征在于：所述柔性衬垫的内侧面为弧形面，每个压电薄膜传感器均呈U形贴附在柔性衬垫的表面。

3.根据权利要求1所述的柔性机器触觉传感装置，其特征在于：所述的夹爪有两个，每个夹爪的下端均向内弯折形成弯折段。

4.根据权利要求3所述的柔性机器触觉传感装置，其特征在于：在其中一个夹爪的弯折段内设有磁铁，在另一个夹爪的弯折段内设有一端开口的内腔，内腔内滑动设置有挡条，挡条的外端部设置有可与磁铁相吸附的铁块，所述铁块位于内腔的开口处。

5.根据权利要求1所述的柔性机器触觉传感装置，其特征在于：在所述导向轴上设置有行程开关。

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