CN1170659C - 一种多传感器机器人手爪 - Google Patents

一种多传感器机器人手爪 Download PDF

Info

Publication number
CN1170659C
CN1170659C CNB001190814A CN00119081A CN1170659C CN 1170659 C CN1170659 C CN 1170659C CN B001190814 A CNB001190814 A CN B001190814A CN 00119081 A CN00119081 A CN 00119081A CN 1170659 C CN1170659 C CN 1170659C
Authority
CN
China
Prior art keywords
finger
clamping face
clamping
paw
screw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB001190814A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1290591A (zh
Inventor
涛 梅
梅涛
解传芬
倪林
马军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute Of Intelligent Machines chinese Academy Of Sciences
Original Assignee
Institute Of Intelligent Machines chinese Academy Of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute Of Intelligent Machines chinese Academy Of Sciences filed Critical Institute Of Intelligent Machines chinese Academy Of Sciences
Priority to CNB001190814A priority Critical patent/CN1170659C/zh
Publication of CN1290591A publication Critical patent/CN1290591A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1170659C publication Critical patent/CN1170659C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

一种多传感器机器人手爪，由夹持机构和感觉系统组成。夹持机构采用微型伺服电机(8)驱动，通过螺母螺杆(7)将电机的转动转变为手指的开合，手爪上安装了两个相对运动的手指，它们分别与螺杆(7)的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺杆(7)转动时，两边的手指分别向相反方向移动。手爪在抓较小工件时，用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持，手爪在抓较大工件时，根据工件把手的形状，可以用根部的V型凹槽或用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持；感觉系统由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成，它们被一体化的设计和集成到多传感器机器人手爪中。

Description

一种多传感器机器人手爪
(一)技术领域
本发明涉及一种机器人领域，特别涉及一种多传感器的机器人手爪。
(二)背景技术
机器人手爪是机器人的关键部件，为了能够在存在着不确定的环境下进行灵巧的操作，机器人必须具有很强的感知能力。机器人手爪所用的传感器主要有视觉传感器、接近觉传感器、力/力矩传感器、位置/姿态传感器、速度/加速度传感器、触觉/滑觉传感器等。机器人手爪通过这些传感器来获得环境的信息实现快速、准确、柔顺地触摸、抓取、操作工件等，由多个传感器感知在同一环境下不同或相同侧面的有关信息，这些信息之间存在着内在的联系。
传统上对不同传感器采用单独独立的应用方式，割断了信息之间的内在联系，丢失了信息有机组合可能蕴含的装置。
(三)发明内容
本发明的目的是：研制一种合理的选择、分配、协调多传感器资源的机器人手爪，多传感器机器人手爪，由夹持机构和感觉系统组成。夹持机构是实现手爪功能的单自由度执行机构，其主要设计参数为运动范围、开闭速度、夹持力和定位精度。感觉系统以感知与手爪有关的各种外界和内部信息为目的，以手爪内部的力觉、接近觉、触觉、滑觉和位移传感器为基础。同时结合机器人状态信息，为机器人准确可靠地移动和抓取工件提供反馈信息。
本发明的技术方案是：一种多传感器机器人手爪，包括左手指夹持面(1)、(9)和(2)(10)，右手指夹持面(4)、(11)和(5)、(12)，左手指夹持面(3)和右手指夹持面(6)，螺母螺杆(7)、伺服电机(8)、齿轮传动(13)，其特征在于：
多传感器机器人手爪由夹持机构和感觉系统组成，所述的夹持机采用微型伺服电机(8)驱动，通过螺母螺杆(7)将电机的转动转变为手指的开合运动，手爪上安装了两个相对运动的手指，它们分别与螺杆(7的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺母螺杆(7)转动时两边的手指分别向相反方向移动；
左右手指上各有五个夹持面，其中四个夹持面是左手指上的夹持面(1)、(9)在手指根部，与XY平面平行，左手指上的夹持面(2)、(10)与XY平面成45°角，它们与右手指上相应的夹持面(4)、(11)和夹持面(5)、(12)构成两对V型槽，用于夹持工字型桁架或抓拿单元；
左手指的另一个夹持面(3)位于手指的中间部位，垂直于XY平面并与右手指相应的夹持面(6)平行为第五个夹持面；
手爪在抓较小工件时，用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持，手爪在抓较大工件时，根据工件把手的形状，可以用根部的V型凹槽或用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持；
所述的微型伺服电机(8)选用减速直流电机，最大输出力距Mg为0.76Nm，额定转速为6转/秒，外部齿轮传动(13)比为1∶1，主动齿轮和从动齿轮均为22齿；
所述的螺母螺杆(7)采用钢质材料制造，在润滑条件下摩擦系数为fg＝0.11，螺杆上的驱动螺纹为M8，螺距为1.75mm，螺杆转速为6转/秒，螺纹半径r＝4mm，螺纹升角α＝arctg(t/2π)＝0.06963rad，手指运动速度为10.5mm/秒，手爪的开闭速度为21mm/秒，在采用三角螺纹时，当量摩擦角ρ＝arctg(1.155fg)＝0.12637rad，能够产生最大夹紧力：Fgmax＝Mg/[rtg(α+ρ)]＝854N＞Fgmin，Fgmin为该手爪所必须具备的最小夹紧力；
所述的感觉系统配置由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成，它们被一体化的设计和集成到机器人手爪中，其中：
A.位移传感器安装在驱动电机旁边，通过检测齿轮传动(13)转过的齿数来检测手指的开闭距离，为手爪控制器提供位置反馈信息。在手爪夹紧状态下该传感器还可以测出工件在夹持方向尺寸，为感觉系统判断被抓物体定位情况提供依据。位移传感器采用增量式码盘原理，驱动电机的传动齿轮作为光调节器。
B.力传感器安装在机器人手指的每一个夹持面的根部，它们能够检测沿夹持面法线方向的接触力。这些力传感器具有一定的空间分布，采用适当的信息融合算法可以获得抓紧力和多维力信息。
C.接近觉传感器嵌入在机器人手指根部的水平夹持面(1)、(4)、(9)、(11)和手指夹持面(3)、(6)指尖上，用于检测指面和工字梁表面的相对距离以进行位姿调整和防碰；
D.触觉传感器位于手指夹持面(3)、(6)上，用于为灵巧操作提供触觉滑觉反馈。
由于机器人手爪采用微型伺服电机驱动，通过螺母螺杆将电机的转动转变为手指的开合运动。机器人手爪上安装了一对手指，它们分别与螺杆的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺杆转动时两边的手指分别向相反方向移动时，形成机器人手爪的开闭运动。因此采用这种运动机构和多传感器的机器人手爪有如下优点：
1.有自锁功能，在断电情况下能够保持抓紧状态。
2.手指开闭为与中心线对称的平行运动，手指中心位置在夹持过程中保持不变。
3.机器人手爪至腕部距离较短，有利于提高钢度和承载能力。
4.多传感器集成提高了信息的可信度，获得的综合信息与任何一个单一传感器所获得的信息相比，具有更高的精度和可靠性。
(四)附图说明
图1是多传感器机器人手爪的主视图。
图2是多传感器机器人手爪的侧视图。
图3是多传感器机器人手爪抓握工字形衍架时的立体结构图。
(五)具体实施方法
下面结合附图对实施例对本发明进行进一步说明：
当机器人以蟹式或人步式行走时，机器人手爪交替地抓握固定于空间站上的工字形衍架或抓拿单元以支撑本体，见图1、图2中多传感器机器人手爪的主视图、侧视图。
机器人到达指定的工作地点后，机器人手爪握住桁架或抓拿单元，见图3中多传感器机器人手爪抓握工字形衍架时的立体结构图。
在图1、图2、图3中，多传感器机器人手爪由夹持机构和感觉配置组成。所述的夹持机构采用微型伺服电机8驱动，通过螺母螺杆7将电机的转动转变为手指的开合，手爪上安装了两个相对运动的手指，它们分别与螺母螺杆7的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺母螺杆7转动时两边的手指分别向相反方向移动；
左右手指上各有五个夹持面，其中四个夹持面是左手指上的夹持面1、9在手指根部，与XY平面平行，左手指上的夹持面2、10与XY平面成45°角，它们与右手指上相应的夹持面4、11和夹持面5、12构成两对V型槽，用于夹持工字型桁架或抓拿单元；
左手指的另一个夹持面3位于手指的中间部位，垂直于XY平面并与右手指相应的夹持面6平行为第五个夹持面；
手爪在抓较小工件时，用手指中部的夹持面3和6夹持，手爪在抓较大工件时，根据工件把手的形状，可以用根部的V型凹槽或用手指中部的夹持面3和6夹持；
所述的微型伺服电机8选用PITTMANGM8822型减速直流电机，最大输出力矩Mg为0.76Nm，额定转速为6转/秒。外部齿轮传动比为1∶1，主动齿轮和从动齿轮均为22齿。螺杆上的驱动螺纹为M8，螺距为1.75mm。螺杆转速为6转/秒，手指运动速度为10.5mm/秒，手爪的开闭速度为21mm/秒；
为了适应机器人模型和空间任务，本发明对多传感器机器人手爪的机械结构和感觉系统进行了优化配置。多传感器机器人手爪具有两个相对的手指，每个手指由一个位于根部的V指面和位于中下部的指面组成，这种结构兼顾了行走和固定过程中的工字梁抓持和物件操作的要求；
感觉系统由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成，它们被一体化的设计和集成到多传感器机器人手爪中。

Claims (1)

1.一种多传感器机器人手爪，包括左手指夹持面(1)、(9)和(2)(10)，右手指夹持面(4)、(11)和(5)、(12)，左手指夹持面(3)和右手指夹持面(6)，螺母螺杆(7)、伺服电机(8)、齿轮传动(13)，其特征在于：
多传感器机器人手爪由夹持机构和感觉系统组成，所述的夹持机构采用微型伺服电机(8)驱动，通过螺母螺杆(7)将电机的转动转变为手指的开合运动，手爪上安装了两个相对运动的手指，它们分别与螺母螺杆(7)的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺母螺杆(7)转动时两边的手指分别向相反方向移动；
左右手指上各有五个夹持面，其中四个夹持面是左手指上的夹持面(1)、(9)在手指根部，与XY平面平行，左手指上的夹持面(2)、(10)与XY平面成45°角，它们与右手指上相应的夹持面(4)、(11)和夹持面(5)、(12)构成两对V型槽，用于夹持工字型桁架或抓拿单元；
左手指的另一个夹持面(3)位于手指的中间部位，垂直于XY平面并与右手指相应的夹持面(6)平行为第五个夹持面；
手爪在抓较小工件时，用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持，手爪在抓较大工件时，根据工件把手的形状，可以用根部的V型凹槽或用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持；
所述的微型伺服电机(8)选用减速直流电机，最大输出力距Mg为0.76Nm，额定转速为6转/秒，外部齿轮传动(13)比为1∶1，主动齿轮和从动齿轮均为22齿；
所述的螺母螺杆(7)采用钢质材料制造，在润滑条件下摩擦系数为fg＝0.11，螺杆上的驱动螺纹为M8，螺距为1.75mm，螺杆转速为6转/秒，螺纹半径r＝4mm，螺纹升角α＝arctg(t/2π)＝0.06963rad，手指运动速度为10.5mm/秒，手爪的开闭速度为21mm/秒，在采用三角螺纹时，当量摩擦角ρ＝arctg(1.155fg)＝0.12637rad，能够产生最大夹紧力：  Fgmax＝Mg/[rtg(α+ρ)]＝854N＞Fgmin，Fgmin为该手爪所必须具备的最小夹紧力；
所述的感觉系统配置由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成，它们被一体化的设计和集成到机器人手爪中，其中：
A.位移传感器安装在驱动电机旁边，通过检测齿轮传动(13)转
过的齿数来检测手指的开闭距离；
B.力传感器安装在机器人手指的每一个夹持面的根部，它们能够检
测沿夹持面法线方向的接触力；
C.接近觉传感器嵌入在机器人手指根部的水平夹持面(1)、(4)、
(9)、(11)和手指夹持面(3)、(6)指尖上，用于检测指面和工
字梁表面的相对距离以进行位姿调整和防碰；
D.触觉传感器位于手指夹持面(3)、(6)上，用于为灵巧操作提供
触觉滑觉反馈。
CNB001190814A 2000-10-24 2000-10-24 一种多传感器机器人手爪 Expired - Fee Related CN1170659C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB001190814A CN1170659C (zh) 2000-10-24 2000-10-24 一种多传感器机器人手爪

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB001190814A CN1170659C (zh) 2000-10-24 2000-10-24 一种多传感器机器人手爪

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1290591A CN1290591A (zh) 2001-04-11
CN1170659C true CN1170659C (zh) 2004-10-13

Family

ID=4587472

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB001190814A Expired - Fee Related CN1170659C (zh) 2000-10-24 2000-10-24 一种多传感器机器人手爪

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1170659C (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4327986A3 (en) * 2022-08-26 2024-03-20 Körber Supply Chain LLC Robotic gripper alignment monitoring system

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7443115B2 (en) * 2002-10-29 2008-10-28 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Apparatus and method for robot handling control
CN1317111C (zh) * 2002-11-07 2007-05-23 上海交通大学 仿生手爪
CN100368158C (zh) * 2006-04-21 2008-02-13 北京航空航天大学 二指灵巧夹持器
JP4726241B2 (ja) * 2007-02-16 2011-07-20 シュンク・ジャパン株式会社 産業用ロボットのロボットハンド
JP4737456B2 (ja) 2007-11-22 2011-08-03 Ｓｍｃ株式会社 グリッパ機構
TWI382903B (zh) * 2007-11-23 2013-01-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 機械手
US8490501B2 (en) * 2008-05-29 2013-07-23 Harmonic Drive Systems Inc. Complex sensor and robot hand
CN101920499B (zh) * 2009-06-12 2014-08-13 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 夹持装置
JP5834478B2 (ja) * 2011-05-10 2015-12-24 セイコーエプソン株式会社 ロボット
CN102366953A (zh) * 2011-09-30 2012-03-07 马经纬 一种新型测轴机械手爪
CN102785251B (zh) * 2012-07-06 2015-11-11 深圳先进技术研究院 配药机器人的机械手爪
CN103615433B (zh) * 2013-11-27 2016-03-23 贵州航天天马机电科技有限公司 一种起竖锁定及解锁装置
CN104260103B (zh) * 2014-10-20 2016-09-14 北京航空航天大学 一种二自由度两指夹持器
CN104786220A (zh) * 2015-03-20 2015-07-22 江苏南铸科技股份有限公司 一种用于搬运液晶屏的机器人手臂
CN105291125A (zh) * 2015-10-28 2016-02-03 中国矿业大学 一种机器人的螺旋传动手部机构及夹持方法
CN105252543A (zh) * 2015-11-18 2016-01-20 昆山展达智能科技有限公司 一种自适应机器人双手爪
CN106113032A (zh) * 2016-08-12 2016-11-16 无锡百禾工业机器人有限公司 一种定点移位机械手臂机构
CN108266593A (zh) * 2017-12-31 2018-07-10 江苏密斯欧智能科技有限公司 一种用于管道检修的适配机器人控制方法
CN108274484A (zh) * 2017-12-31 2018-07-13 江苏密斯欧智能科技有限公司 一种用于管道检修的适配机器人装置
CN108227251A (zh) * 2018-01-18 2018-06-29 深圳市华星光电技术有限公司 残材夹取装置
CN108262756B (zh) * 2018-04-12 2020-04-21 北京卫星环境工程研究所 航天器大型设备装配用敏捷力感末端执行器
US10953548B2 (en) * 2018-07-19 2021-03-23 International Business Machines Corporation Perform peg-in-hole task with unknown tilt
CN111113465A (zh) * 2018-10-31 2020-05-08 中国科学院沈阳自动化研究所 一种面向大型结构件的全自动夹持机构
CN109702762A (zh) * 2019-01-17 2019-05-03 秦皇岛信越智能装备有限公司 一种铝合金轮毂加工专用抓手
CN110561466B (zh) * 2019-07-31 2021-05-04 中船重工鹏力（南京）智能装备系统有限公司 一种大行程双自锁自动化零件抓手及抓取方法
CN113188591B (zh) * 2021-04-09 2023-08-11 苏州大学 面向空间在轨装配机器人的自供电多模态感知装置及方法
CN113766418B (zh) * 2021-08-31 2022-07-15 中国矿业大学 一种基于uwb技术的姿态自校正井下运输设备及其控制方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4327986A3 (en) * 2022-08-26 2024-03-20 Körber Supply Chain LLC Robotic gripper alignment monitoring system

Also Published As

Publication number Publication date
CN1290591A (zh) 2001-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1170659C (zh) 一种多传感器机器人手爪
US8424941B2 (en) Robotic thumb assembly
JP5388966B2 (ja) 手首関節アセンブリ、及び人間型ロボット
KR101778031B1 (ko) 로봇 핸드
Takayama et al. Three-fingered eight-DOF hand that exerts 100-N grasping force with force-magnification drive
JP6831530B2 (ja) 外乱オブザーバ及びロボット制御装置
Ishihara et al. Dynamic pen spinning using a high-speed multifingered hand with high-speed tactile sensor
JP2012176461A (ja) ハンドおよびロボット
CN112318536B (zh) 三电机驱动串联机构手掌的三指灵巧末端执行器
CN112123322B (zh) 十字导杆机构与双驱动五杆滑块并联机构组合手掌机械手
CN2444729Y (zh) 机器人手爪
Smith et al. Telerobotic manipulator for hazardous environments
Liu et al. A single-actuator gripper with a working mode switching mechanism for grasping and rolling manipulation
Suarez et al. Compliant and lightweight anthropomorphic finger module for aerial manipulation and grasping
Gao et al. Design and analysis of underactuated robotic gripper with adaptive fingers for objects grasping tasks
JPS63251186A (ja) ロボツト用ハンド
Vanbrussel et al. Design and control of a multi-fingered robot hand provided with tactile feedback
Mo et al. Analysis and performance evaluation of a 3-DOF wearable fingertip device for haptic applications
JP2022159977A (ja) グリッパ、ソフトロボットグリッパおよび装置
CN114425785A (zh) 一种基于单目视觉可变换抓取方式的六指机械手
JPH0673828B2 (ja) 人間形ロボット指機構の制御方法
Fischer et al. Structure of a robot system: Karlsruhe dextrous hand II
CN111002295A (zh) 一种二指抓取机器人的示教手套及示教系统
Mizusawa et al. Tweezers type tool manipulation by a multifingered hand using a high-speed visusal servoing
Lee et al. Design of anthropomorphic robot hand with IMC joints

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20041013

Termination date: 20131024