CN203680318U - 面向非规则物体的气动夹取末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种面向非规则物体的气动夹取末端执行器，涉及机器人领域。其由机械系统、控制系统、感知系统、供电系统组成。其机械系统主要由手指夹取机构组成，手指夹取机构中使用气动手指依据非规则物体的形状接触时自动改变气动手指形状，使能够夹取不同形状的非规则物体；通过观测数字压力表的读数的显示判断非规则物体是否夹紧，当夹取后读数显示稳定的某个数字时则非规则物体夹紧，否则没有夹紧。本实用新型设计合理，结构简单，新颖独特，能够实现对非规则物体的夹取。

Description

面向非规则物体的气动夹取末端执行器

技术领域

本发明涉及机器人的夹取领域，特别是针对非规则物体的夹取末端执行器。

背景技术

机器人作业时，是通过末端执行器对目标物体实施抓取任务的，与目标物体直接接触的是末端执行器的手指夹取机构，但由于目标物体的不规则性、柔性等特征，使得难以顺利对目标物体稳定夹取和容易损伤目标物体；目前机器人的末端执行主要是针对规则性物体或是某一类非规则性物体的，如球果采摘机器人的柔性末端执行器（中国，CN101803511B）、新型收获机器人末端执行器及柔性控制方法（中国，CN102550217A）等不能够实现手指对不同类型和形状的非规则物体的稳定抓取和夹取过程中对非规则物体的损伤，因此通用性不强。

发明内容

为克服现有的机器人末端执行器的通用性不强、夹取过程中对目标物体的损伤，本发明提供了一种面向非规则物体的气动夹取末端执行器，通过改进末端执行器的手指部分，配置距离传感器、感知目标物体姿态的摄像头，感知压力的数字压力表，实现末端执行器对不规则物体的夹取。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：末端执行器由机械系统、控制系统、感知系统、供电系统组成。机械系统：末端执行器的手指夹取机构采用依据非规则物体的形状自动改变手指形状的气动柔性手指，该机构通过一个电机拖动；控制系统由计算机、单片机、运动控制器；感知系统由距离传感器、摄像头、数字压力表组成，距离传感器感知非规则物体的空间位置，摄像头感知非规则物体的空间姿态，数字压力表感知气动手指内的压力大小来判断是否手指充气，在非规则物体夹取过程中通过感知数字压力表读数是否稳定来判断非规则物体夹取是否稳定，供电系统由锂电池通过变压稳压转换对末端执行器的各个电气元件进行供电。

本发明的有益效果是：手指夹取机构依据非规则物体的外形自适应改变手指的形状夹紧物体和气动手指减少了对物体的损伤，通过数字压力表的示数监测物体是否夹紧及目标物体在手指面是否有滑动迹象，本发明只需一个电机拖动完成，结构简单紧凑，夹取稳定性高，有很好的通用性。 

附图说明

图1是本发明面向非规则物体的气动夹取末端执行的结构示意图，图2为手指夹持机构，图3为左手指示意图，图4为充气装置，图5为电控系统。

图1中：1.底座，2.立柱，3.立柱滑块，4.星型把手，5.连杆，6.万向头，7.手指抓取机构，8.导气管，9.手动充气筒，10.电线，11.电控箱，12.计算机。

图2中：7-1.电机，7-2.摄像头，7-3.连接板，7-4.侧连接板，7-5.导轨，7-6.导轨滑块，7-7.齿条，7-8.数字压力表，7-9.手指连接板，7-10.距离传感器，7-11.夹板，7-12.手指挡板，7-13.螺钉，7-14.手指固定板，7-15.气动手指，7-16.齿轮，7-17.导轨，7-18.距离传感器，7-19.手指挡板，7-20.手指固定板，7-21气动手指，7-22.夹板，7-23.螺钉，7-24.手指连接板，7-25.数字压力表，7-26.导轨滑块，7-27.齿条，7-28.侧连接板。

图3中：7-5.导轨，7-6.导轨滑块，7-7.齿条，7-9.手指连接板，7-10.距离传感器，7-11.夹板，7-12. 手指挡板，7-13.螺钉，7-14.手指固定板，7-15.气动手指。

图4中：7-8.数字压力表，7-15.气动手指，8.导气管，9.手动充气筒。

图5中：11-1.箱体，11-2.锂电池，11-3.单片机，11-4.驱动器，11-5.控制器，11-6.调压稳压模块。

具体实施方式

面向非规则物体的气动夹取末端执行器（图1）由机械系统、控制系统、感知系统和供电系统组成，其中机械系统由手指夹持机构（图2）组成；控制系统由计算机（12）、单片机（11-3）、控制器（11-5）、驱动器（11-4）和微型步进电机组成；供电系统由锂电池（11-2）、调压稳压模块（11-6）组成；感知系统由摄像头（7-2）、数字压力表（7-8）、距离传感器（7-10）组成。

手指夹持机构（7）如图2所示，包括电机（7-1）、摄像头（7-2）、连接板(7-3)、侧连接板（7-4和7-28）、导轨（7-5和7-17）、导轨滑块（7-6和7-26）、齿轮（7-16）、齿条（7-7和7-27）、手指连接板（7-9和7-24）、夹板（7-11和7-22）、手指挡板（7-12和7-19）、距离传感器（7-10和7-18）、数字压力表（7-8和7-25）、气动手指（7-15和7-21）组成。左手指连接板（7-9）通过螺钉与齿条（7-7）连接，手指挡板（7-12）通过夹板与手指连接板（7-9）螺钉连接，气动手指（7-15）通过两个手指固定板（7-14）与手指挡板（7-12）螺钉连接，左手指的导轨滑块（7-6）与齿条（7-7）焊接连接，距离传感器（7-10）贴于手指挡板（7-12）的内侧，左气动手指（7-15）一端与数字压力表（7-8）连接测定压力的大小。右手指连接板（7-24）通过螺钉与齿条（7-27）连接，手指挡板（7-19）通过夹板与手指连接板（7-24）螺钉连接，气动手指（7-21）通过两个手指固定板（7-20）与手指挡板（7-19）螺钉连接，右手指的导轨滑块（7-26）与齿条（7-27）焊接连接；导轨（7-5和7-17）和侧连接板（7-4和7-28）通过螺钉连接，距离传感器（7-18）贴于手指挡板（7-19）内侧。右气动手指（7-21）一端与数字压力表（7-25）连接测定压力的大小。

末端执行器作业时，锂电池（11-2）输出电压通过调压稳压模块转化为控制器（11-5）、驱动器（11-4）、步进电机（7-1）所需要的电压。计算机（12）与单片机（11-3）相连，通过单片机（11-3）控制控制器（11-4）调节系统中步进电机（7-1）的速度，采集处理摄像头、距离传感器的检测信息。步进电机（7-1）的输出轴安装有齿轮（7-16），齿条（7-7和7-27）通过与齿轮（7-16）的啮合传动带动与齿条（7-7和7-27）连接的导轨滑块（7-6和7-26）和手指连接板（7-9和7-24）水平直线移动，进而控制气动手指（7-15）和气动手指（7-21）之间的张开合拢；当非规则物体与气动手指（7-15和7-21）接触时，手指的形状依据非规则物体接触面形状自适应变形；通过观测数字压力表的读数的显示来判断非规则物体是否夹紧，当夹取后读数显示稳定的某个数字时则非规则物体夹紧，否则没有夹紧。通过数字压力表的显示可以判断非规则物体夹紧时的大小和此时气动手指内气体的压力。通过充气装置（9）可以调节气动手指（7-15和7-21）内的压力。

Claims (5)

1.一种面向非规则物体的气动夹取末端执行器,其特征在于:手指夹持机构（7）由电机（7-1）、摄像头（7-2）、连接板(7-3)、侧连接板（7-4和7-28）、导轨（7-5和7-17）、导轨滑块（7-6和7-26）、齿轮（7-16）、齿条（7-7和7-27）、手指连接板（7-9和7-24）、夹板（7-11和7-22）、手指挡板（7-12和7-19）、距离传感器（7-10和7-18）、数字压力表（7-8和7-25）、气动手指（7-15和7-21）组成。

2.根据权利要求1所述的气动夹取末端执行器，其特征在于：左手指连接板（7-9）通过螺钉与齿条（7-7）连接，齿条（7-7）与左手指的导轨滑块（7-6）焊接连接，导轨滑块（7-6）在导轨（7-5）滑动，手指挡板（7-12）通过夹板与手指连接板（7-9）螺钉连接，气动手指（7-15）通过两个手指固定板（7-14）与手指挡板（7-12）螺钉连接，距离传感器（7-10）贴于手指挡板（7-12）的内侧；右手指连接板（7-24）通过螺钉与齿条（7-27）连接，齿条（7-27）与右手指的导轨滑块（7-26）焊接连接，导轨滑块（7-26）在导轨（7-17）滑动，手指挡板（7-19）通过夹板与手指连接板（7-24）螺钉连接，气动手指（7-21）通过两个手指固定板（7-20）与手指挡板（7-19）螺钉连接，右手指的导轨滑块（7-26）与齿条（7-27）焊接连接；导轨（7-5和7-17）和侧连接板（7-4和7-28）通过螺钉连接，距离传感器（7-18）贴于手指挡板（7-19）内侧。

3.根据权利要求2所述的气动夹取末端执行器，其特征在于：手指夹取机构（7）使用气动手指（7-15和7-21）能够依据非规则物体的外形自适应改变手指的形状夹紧物体和气动手指减少了对物体的损伤。

4.根据权利要求2所述的气动夹取末端执行器，其特征在于：气动手指（7-15和7-21）的一侧与数字压力表（7-8和7-25）相连接，通过观测数字压力表（7-8和7-25）的读数的显示来判断非规则物体是否夹紧，当夹持后读数显示为某个稳定数字时则非规则物体夹紧，否则没有夹紧。

5.根据权利要求2所述的气动夹取末端执行器，其特征在于：通过数字压力表的显示可以判断出非规则物体夹紧时的大小和此时气动手指内气体的压力，通过充气装置（9）可以调节气动手指（7-15和7-21）内的压力。

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