CN206123698U - 一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，通过粘附在柔性手爪上的触觉传感器，实时获得各个手指与被夹持物体接触部分的触力分布情况并反馈至控制系统，通过控制系统控制电机带动柔性手爪的抓取力度，这种结构的三指夹持器具有触觉感知功能，能够根据物体的具体特性，施加以不同的夹持力，不会对物体造成损坏；由于柔性手爪采用弹性柔顺材料制作而成，夹持物体时，三个手指能够产生较大的弹性变形，从而形成较高的贴合度，可保证物体不掉落、不打滑、夹持可靠，该三指夹持器结构简单，可作为末端执行器广泛应用于各类机器人。

Description

一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器

技术领域

本实用新型涉及机器人末端执行器的机电一体化技术领域，尤其涉及的是一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器。

背景技术

目前机器人在智能制造、家庭服务等领域的应用日益普遍。机器人末端执行器触觉感知功能的开发，是提高机器人智能化程度的重要途径。在越来越多的应用场合，机器人机械手需要夹持或抓取未知物体，如何根据物体的特性，如软硬程度、表面纹理、空间形状等来规划正确的操作动作，保证所操作的物体不掉落、不打滑、不破损，是当前的一种技术趋势。机器人末端执行器一般采用两种结构来操作物体，一种是实现“抓取”动作的“灵巧手”机构，它是一种仿生机构，即模仿人的手部结构，具有多个关节、多个自由度，需要多个电机来驱动，能实现复杂的抓取动作，但这种结构过于复杂，伺服控制难度大，制造成本也很高；另一种是实现“夹持”动作的夹持器，即通过电机或者液压气动机构实现手爪的张开和闭合，传统的夹持器结构比较简单，但由于其本体多采用刚性结构，因此在夹取时的夹持力难以准确控制，有可能对物体造成挤压破坏，在夹持质地较硬且光滑的物体时，也时常出现打滑的情况。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，旨在解决现有的机器人末端执行器不能同时满足抓取要求和结构简单的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，包括：

电机支架；

安装在电机支架上的电机；

用于夹持物体的柔性手爪；

连接柔性手爪和电机主轴的固定杆；

用于实时获得柔性手爪与被夹持物体接触部分的触力分布情况的触觉传感器；

用于根据触觉传感器反馈的柔性手爪与被夹持物体接触部分的触力分布情况来控制电机带动柔性手爪夹持物体的控制系统；

所述柔性手爪置于电机支架的底部，触觉传感器安装在柔性手爪上，触觉传感器与控制系统连接，电机与控制系统连接。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述柔性手爪由弹性柔顺材料一次成型制作而成。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述柔性手爪由硅橡胶材料一次成型制作而成。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述柔性手爪包括3个手指，所述手指包括手指主体、第一连接体、第二连接体、第三连接体和第四连接体，所述手指主体包括固定端和夹持端，3个手指主体的固定端通过第一结合部连接在一起，3个手指主体的中部通过第二结合部连接在一起；所述第一连接体一端连接至手指主体的中部，第一连接体另一端、第二结合部和第二连接体一端连接在一起，第二连接体另一端、第三连接体一端和第四连接体一端连接在一起，第三连接体另一端连接至手指主体，第四连接体另一端连接至手指主体的夹持端处。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述3个手指在空间上两两间隔120°设置。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述手指主体呈弯钩状结构。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述电机采用线性电机，固定杆的一端穿过第一结合部与第二结合部固定连接，固定杆的另一端穿过直线电机管状主轴固定在电机内部，第一结合部套接于电机支架内部，与直线电机的管状主轴保持接触。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述固定杆的一端与第二结合部通过螺纹固定连接。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述触觉传感器的数量设置3个，分别粘附在3个手指的第四连接体内侧；所述触觉传感器采用PVDF压电薄膜传感器。

所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其中，所述控制系统包括与触觉传感器连接的多路选通芯片、与多路选通芯片连接的仪用放大器、与仪用放大器连接的有源滤波器、与有源滤波器连接的单片机、与单片机连接的推杆驱动器，所述推杆驱动器与电机连接，单片机还与中央处理器连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，通过粘附在柔性手爪上的触觉传感器，实时获得各个手指与被夹持物体接触部分的触力分布情况并反馈至控制系统，通过控制系统控制电机带动柔性手爪的抓取力度，这种结构的三指夹持器具有触觉感知功能，能够根据物体的具体特性，施加以不同的夹持力，不会对物体造成损坏；由于柔性手爪采用弹性柔顺材料制作而成，夹持物体时，三个手指能够产生较大的弹性变形，从而形成较高的贴合度，可保证物体不掉落、不打滑、夹持可靠，该三指夹持器结构简单，可作为末端执行器广泛应用于各类机器人。

附图说明

图1是本实用新型中具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器的结构示意图。

图2是本实用新型中具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器的局部剖视图。

图3是本实用新型中柔性手爪的俯视图。

图4是本实用新型中柔性手爪的主视图。

图5是本实用新型中控制系统的内部连接图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

如图1-2所示，一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，包括：

电机支架100；

安装在电机支架100上的电机200；

用于夹持物体的柔性手爪300；

连接柔性手爪300和电机主轴的固定杆400；

用于实时获得柔性手爪300与被夹持物体接触部分的触力分布情况的触觉传感器500；

用于根据触觉传感器500反馈的柔性手爪300与被夹持物体接触部分的触力分布情况来控制电机200带动柔性手爪夹持物体的控制系统；

所述柔性手爪300置于电机支架100的底部，触觉传感器500安装在柔性手爪300上，触觉传感器500与控制系统连接，电机200与控制系统连接。

具体地，所述柔性手爪300由弹性柔顺材料一次成型制作而成。为了满足夹持物体的弹性度，本实施例中，所述柔性手爪300由硅橡胶材料一次成型制作而成。

如图3-4所示，进一步地，所述柔性手爪300包括3个手指310，所述手指310包括手指主体311、第一连接体312、第二连接体313、第三连接体314和第四连接体315，所述手指主体311包括固定端和夹持端，3个手指主体311的固定端通过第一结合部320连接在一起，3个手指主体311的中部通过第二结合部330连接在一起；所述第一连接体312一端连接至手指主体311的中部，第一连接体312另一端、第二结合部330和第二连接体313一端连接在一起，第二连接体313另一端、第三连接体314一端和第四连接体315一端连接在一起，第三连接体314另一端连接至手指主体311，第四连接体315另一端连接至手指主体311的夹持端处；手指主体311与第一连接体312、第二连接体313、第三连接体314形成一梯形结构，手指主体311与第三连接体314、第四连接体315形成一梯形结构。

本实施例中，为了使柔性手爪300夹持力度均匀分布，所述3个手指310在空间上两两间隔120°设置。为了便于夹持物体，所述手指主体311呈弯钩状结构，电机200带动弯钩状的手指主体311对物体进行夹持。

具体地，所述电机200采用线性电机，固定杆400的一端穿过第一结合部320与第二结合部330固定连接（本实施例中，所述固定杆400的一端与第二结合部330通过螺纹固定连接），固定杆400的另一端穿过直线电机管状主轴固定在电机200内部，第一结合部320套接于电机支架100内部，与直线电机的管状主轴保持接触。

为了方便安装和获得柔性手爪300与被夹持物体接触部分的触力分布情况，具体地，所述触觉传感器500粘附在第四连接体315内侧（即每个手指310上均安装一个触觉传感器500，一个柔性手爪300上安装有3个触觉传感器500）。本实施例中，所述触觉传感器500采用PVDF压电薄膜传感器，PVDF压电薄膜传感器实时获得柔性手爪300与被夹持物体接触部分的触力分布情况并反馈至控制系统，控制系统根据触觉传感器500反馈的柔性手爪300与被夹持物体接触部分的触力分布情况来控制电机200带动柔性手爪夹持物体。

如图5所示，具体地，所述控制系统包括与触觉传感器500连接的多路选通芯片（本实施例中，多路选通芯片的型号为CD74HC4067E）、与多路选通芯片连接的仪用放大器（本实施例中，仪用放大器的型号为美国ADI公司的AD8429）、与仪用放大器连接的有源滤波器（本实施例中，有源滤波器的型号为美国LINEAR公司的LT1568）、与有源滤波器连接的单片机（本实施例中，单片机的型号为美国微芯公司的16位单片机dsPIC30F2011）、与单片机连接的推杆L20驱动器，所述推杆L20驱动器与电机200连接，单片机还与中央处理器连接；其中，上述芯片均采用贴片封装形式，另外外围电路还包括了不同阻值的贴片电阻、贴片晶体管、贴片电容、贴片LED灯和开关按键等。（上述的控制系统只是一种实施方案，其它的芯片组合也可能实现同样功能。）

本具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器的运转过程如下：在机器视觉的导引下，本三指夹持器接近被夹持物体至合适位置，控制系统发出控制指令，使电机200进给，即直线电机的管状主轴伸出，从而推动柔性手爪300的第一结合部320向前运动；由于有固定杆400的约束，所以手指主体311向内收拢，安装有触觉传感器500的第四连接体315与被夹持物体接触，此时控制系统采集触觉传感器500的触力数据信息，经过放大、滤波等信号处理后，经单片机发至中央处理器，中央处理器实现对物体软硬程度、表面纹理、空间形状的识别，并反馈发出指令至单片机和推杆L20驱动器，控制直线电机的管状主轴进一步伸长，柔性手爪300的各个部分，包括手指主体311、第一连接体312、第二连接体313、第三连接体314、第四连接体315随之发生弹性形变，与物体的贴合度进一步提高，从而完成可靠夹持；在夹持的过程中，控制系统始终采集触觉传感器500的信号，进行闭环控制；夹持结束后，直线电机的管状主轴缩回，柔性手爪300的各个部分自行恢复原状，被夹持物体被释放。

本具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器通过粘附在柔性手爪上的触觉传感器，实时获得各个手指与被夹持物体接触部分的触力分布情况并反馈至控制系统，通过控制系统控制电机带动柔性手爪的抓取力度，这种结构的三指夹持器具有触觉感知功能，能够根据物体的具体特性，施加以不同的夹持力，不会对物体造成损坏；由于柔性手爪采用弹性柔顺材料制作而成，夹持物体时，三个手指能够产生较大的弹性变形，从而形成较高的贴合度，可保证物体不掉落、不打滑、夹持可靠，该三指夹持器结构简单，可作为末端执行器广泛应用于各类机器人。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，包括：

电机支架；

安装在电机支架上的电机；

用于夹持物体的柔性手爪；

连接柔性手爪和电机主轴的固定杆；

用于实时获得柔性手爪与被夹持物体接触部分的触力分布情况的触觉传感器；

用于根据触觉传感器反馈的柔性手爪与被夹持物体接触部分的触力分布情况来控制电机带动柔性手爪夹持物体的控制系统；

所述柔性手爪置于电机支架的底部，触觉传感器安装在柔性手爪上，触觉传感器与控制系统连接，电机与控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述柔性手爪由弹性柔顺材料一次成型制作而成。

3.根据权利要求2所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述柔性手爪由硅橡胶材料一次成型制作而成。

4.根据权利要求1所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述柔性手爪包括3个手指，所述手指包括手指主体、第一连接体、第二连接体、第三连接体和第四连接体，所述手指主体包括固定端和夹持端，3个手指主体的固定端通过第一结合部连接在一起，3个手指主体的中部通过第二结合部连接在一起；所述第一连接体一端连接至手指主体的中部，第一连接体另一端、第二结合部和第二连接体一端连接在一起，第二连接体另一端、第三连接体一端和第四连接体一端连接在一起，第三连接体另一端连接至手指主体，第四连接体另一端连接至手指主体的夹持端处。

5.根据权利要求4所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述3个手指在空间上两两间隔120°设置。

6.根据权利要求4所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述手指主体呈弯钩状结构。

7.根据权利要求4所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述电机采用线性电机，固定杆的一端穿过第一结合部与第二结合部固定连接，固定杆的另一端穿过直线电机管状主轴固定在电机内部，第一结合部套接于电机支架内部，与直线电机的管状主轴保持接触。

8.根据权利要求7所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述固定杆的一端与第二结合部通过螺纹固定连接。

9.根据权利要求4所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述触觉传感器的数量设置3个，分别粘附在3个手指的第四连接体内侧；所述触觉传感器采用PVDF压电薄膜传感器。

10.根据权利要求1所述的具有触觉感知功能的柔顺型三指夹持器，其特征在于，所述控制系统包括与触觉传感器连接的多路选通芯片、与多路选通芯片连接的仪用放大器、与仪用放大器连接的有源滤波器、与有源滤波器连接的单片机、与单片机连接的推杆驱动器，所述推杆驱动器与电机连接，单片机还与中央处理器连接。