CN207509259U - 一种用于机器人的可测力末端执行装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于机器人的可测力末端执行装置，包括：末端本体，末端本体包括多块依次折弯相连的承载件；设置在承载件内侧的弹性元件，弹性元件至少包括能够紧固连接在承载件上的装配部和自装配部延伸而设的弹性部，弹性部与承载件的内壁保持一定的距离；以及设置在弹性部的朝向承载件内壁方向的侧壁上的应变片。实施本实用新型的用于机器人的可测力末端执行装置，能够在作业过程中测量出实时应变，以降低操控的难度；结构精简，能够减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性损坏，可靠性强，适应性广泛，易于控制成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种用于机器人的可测力末端执行装置。
背景技术
现有技术中的用于机器人末端的执行结构主要存在二指平动机械手、三指工业机械手、组合机械手以及人类仿真抓手等类型。上述类型的机械手因结构设计不合理，存在如下技术缺陷，主要体现在：
1、二指平动机械手和三指工业机械手的成本较低，控制系统简易，但在抓取工具等作业方式上不够灵活，而且针对开门作业夹紧时会对机械臂产生内力作用；
2、组合机械手以及人类仿真抓手可控运动关节多，但系统因此相当复杂，控制系统复杂，成本高。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于机器人的可测力末端执行装置，能够在作业过程中测量出实时应变，以降低操控的难度；结构精简，能够减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性损坏，可靠性强，适应性广泛，易于控制成本。
为了解决上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种用于机器人的可测力末端执行装置，能够搭载到机械臂的末端，通过作业控制机械臂以对其进行联动，包括：末端本体，末端本体包括多块依次折弯相连的承载件；设置在承载件内侧的弹性元件，弹性元件至少包括能够紧固连接在承载件上的装配部和自装配部延伸而设的弹性部，弹性部与承载件的内壁保持一定的距离；以及设置在弹性部的朝向承载件内壁方向的侧壁上的应变片，其中：应变片随弹性元件产生微形变，引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈弹性元件接触力的改变。
其中，承载件包括位置设为相对的端侧承载件和将端侧承载件相连的连接承载件，其中：设置在端侧承载件上的弹性元件为第一弹性元件，设置在连接承载件上的弹性元件为第二弹性元件。
其中，第一弹性元件还包括连接在弹性部上的静滑动部，静滑动部保持与端侧承载件的壁面处于相对活动的状态，使在有作用力的情况下静滑动部能够保持滑动状态，避免支撑应力。
其中，第一弹性元件的装配部为一经弯折的板件，第一弹性元件的弹性部为连接在弯折板件上的一平板件，第一弹性元件的静滑动部为连接在第一弹性元件的弹性部的平板件相对另一端的经弯折的板件。
其中，第一弹性元件通过在装配部的经弯折的板件上开设装配孔适配的连接在端侧承载件上。
其中，设置在第一弹性元件上的应变片设为沿第一弹性元件的平板件延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片；应变片还包括：设置在与第一弹性元件的平板件相对的末端本体的端侧承载件的内壁上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片。
其中，第二弹性元件的装配部和弹性部分别为两平板件，其中：两平板件平行相对且首尾相连；第二弹性元件通过在装配部的平板件上开设装配孔适配的连接在连接承载件上。
其中，设置在第二弹性元件上的应变片设为沿第二弹性元件的弹性部的平板件的延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片；应变片还包括：设置在第二弹性元件的装配部的平板件上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片。
其中，两片温度补偿片的连线与两片工作片的连线设为垂直，其中：通过两片工作片和两片温度补偿片进行全桥接线下的相对两臂测量方式。
其中，末端本体的截面呈n形。
本实用新型所提供的用于机器人的可测力末端执行装置，具有如下有益效果：
第一、弹性元件至少包括能够紧固连接在承载件内壁上的装配部和自装配部延伸而设的弹性部，弹性部与承载件的内壁保持一定的距离，能够起到减震作用，减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性损坏。
第二、弹性部朝向承载件内壁方向的侧壁上设置应变片，应变片随弹性元件产生微形变，引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈弹性元件接触力的改变，可以降低操作精度要求，使遥操作人员获得更好的沉浸感，降低操控的难度。
第三，结构精简，可靠性强，易于控制成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例用于机器人的可测力末端执行装置的结构示意图。
图2是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第一弹性元件实施例一的结构示意图。
图3是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第一弹性元件实施例二的结构示意图。
图4是本实用新型实施例用于机器人的可测力末端执行装置的第二弹性元件的结构示意图。
图5是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第一弹性元件上装配应变片的实施例一的结构示意图。
图6是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第一弹性元件上装配应变片的实施例二的结构示意图。
图7是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第二弹性元件上装配应变片的第一角度的结构示意图。
图8是本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的第二弹性元件上装配应变片的第一角度的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
结合参见图1-图8所示，为本实用新型用于机器人的可测力末端执行装置的实施例一。
本实施例中的用于机器人的可测力末端执行装置，能够搭载到机械臂的末端，通过作业控制机械臂以对其进行联动，具体的应用场景如下：可测力末端执行装置可以应用在机器人的日常作业，例如开门、旋转阀门等作业中。本实施例中的用于机器人的可测力末端执行装置能够在无电机及驱动设备、无需专门的控制系统及操作界面的条件下进行作业，只需搭载到机械臂的末端，对机械臂进行作业控制即可。此外，由于电信号的改变能够将力的变化体现出来，可实现向主控端实时反馈力，操作人员可根据实时的力反馈状态判断当前末端工作位置，随时调整，无需其按照规定路径运动，进而降低操作人员的操作精度要求。
具体实施时，用于机器人的可测力末端执行装置包括：末端本体1，末端本体1包括多块依次折弯相连的承载件11，12，13；弹性元件2设置在承载件11，12，13的内侧。
进一步的，本实施例中的末端本体1由三块承载件11，12，13依次相连而成，其截面呈n形。三块承载件11，12，13整体形状类似于一钩子，能够便于实施钩取的作业方式，机械结构简单，可靠性强。本实施例中承载件的内侧设置弹性元件。
承载件包括位置设为相对的端侧承载件11，13和将端侧承载件11，13相连的连接承载件12，按照其连接的位置，设置在端侧承载件11，13上的弹性元件为第一弹性元件21，设置在连接承载件12上的弹性元件为第二弹性元件22。
第一弹性元件21在本实施例中设为两块，分别连接在端侧承载件11，13上，两块第一弹性元件21的结构类似，以下以其中一块第一弹性元件21为例说明第一弹性元件21的结构及其与端侧承载件的连接方式。
装配在端侧承载件11上的第一弹性元件21包括：能够紧固连接在承载件11上的装配部211和自装配部211延伸而设的弹性部212以及连接在弹性部212上的有相对滑动趋势的静滑动部213，。具体实施时，第一弹性元件21的装配部211为一经弯折的板件，弹性部212为连接在弯折板件上的一平板件，静滑动部213为连接在弹性部212的平板件相对另一端的经弯折的板件。
进一步的，第一弹性元件21通过在装配部211的经弯折的板件上开设装配孔211a适配的连接在端侧承载件11上。例如:可以使用M4螺钉穿过装配孔211a固定在端侧承载件11上，按照上述装配方式，使第一弹性元件21除装配部211外的整体处于端侧承载件11的内侧，且第一弹性元件21的弹性部212与承载件11的内壁保持一定的距离。
在端侧承载件11的内侧上设置第一弹性元件21的作用是：能够起到一定的减震作用，减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性破坏。此外，静滑动部213保持与端侧承载件11的壁面处于相对活动的状态，使在有作用力的情况下静滑动部213能够保持滑动状态，避免支撑应力。
进一步的，弹性部212的朝向承载件内壁方向的侧壁212a上设置应变片31。设置应变片31的作用是：应变片31在随弹性元件产生微形变的过程中，能够引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈弹性元件接触力的改变。
将应变片31设置在弹性部212的朝向承载件内壁方向的侧壁212a上的作用是：由于末端执行装置的作业环境是长期暴露在外部，且其作业方式为接触面作业，将应变片设置在弹性部212的朝向承载件内壁方向的侧壁212a上能够起到保护应变片的作用，防止腐蚀和损坏，延长使用寿命。
本实施例中设置在第一弹性元件21弹性部212上的应变片31包括：沿弹性部212的平板件延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片。此外，应变片还包括：设置在与弹性部212的平板件相对的末端本体1的端侧承载件11的内壁111上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片（未图示）。
基于保护应变片的目的，在第一弹性元件21弹性部212的外侧不宜粘贴应变片，故无法达成正负+正负的四个工作片组成的全桥电路。因此，本实施例中采用直流供电、全桥接线下的“相对两臂测量”方法，即相对两面接工作片，将温度补偿片设置到末端本体1上。
其中，两片温度补偿片的连线与两片工作片31的连线设为垂直，通过两片工作片31和两片温度补偿片进行全桥接线下的相对两臂测量方式。
可以理解的是：装配在另一端侧承载件13上的第一弹性元件21的结构与上述装配在端侧承载件11上的第一弹性元件21的结构大致相同，所设置弹性元件、应变片的位置、结构及功能也相同，其结构及应变片的装配位置请参见附图图3和图6，此处不再赘述。
进一步的，装配在连接承载件12上的第二弹性元件22包括：装配部221和弹性部222，本实施例中，第二弹性元件22装配部221和弹性部222分别为两平板件，其中：两平板件平行相对且首尾相连；第二弹性元件22通过在装配部221的平板件上开设装配孔2211适配的连接在连接承载件上。
具体实施时，第二弹性元件22上设置的应变片32设为沿第二弹性元件22的弹性部222的平板件的延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片；应变片还包括：设置在第二弹性元件的装配部221的平板件上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片33。
其中，两片温度补偿片33的连线与两片工作片32的连线设为垂直，通过两片工作片32和两片温度补偿片33进行全桥接线下的相对两臂测量方式。
本实施例中的用于机器人的可测力末端执行装置在具体实施时，弹性元件的弹性部与承载件的内壁保持一定的距离，能够起到减震作用，减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性损坏。其中，应变片随弹性元件产生微形变，引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈弹性元件接触力的改变，可以降低操作精度要求，使遥操作人员获得更好的沉浸感，降低操控的难度。此外，还可以将测量的应变模拟信号转换为数字信号反馈给上位机，结合造作手柄进行控制操作。操作手柄用于读取人手（手柄）位置信息来控制机器人运动。将机器人和环境的接触力通过手柄传递给操作者能够提高遥操作系统的透明度。
实施本实用新型的用于机器人的可测力末端执行装置，具有如下有益效果：
第一、弹性元件至少包括能够紧固连接在承载件内壁上的装配部和自装配部延伸而设的弹性部，弹性部与承载件的内壁保持一定的距离，能够起到减震作用，减小刚性碰撞对末端及机械臂造成的刚性损坏。
第二、弹性部朝向承载件内壁方向的侧壁上设置应变片，应变片随弹性元件产生微形变，引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈弹性元件接触力的改变，可以降低操作精度要求，使遥操作人员获得更好的沉浸感，降低操控的难度。
第三，结构精简，可靠性强，易于控制成本。
Claims (10)
1.一种用于机器人的可测力末端执行装置，能够搭载到机械臂的末端，通过作业控制机械臂以对其进行联动，其特征在于，包括：
末端本体，所述末端本体包括多块依次折弯相连的承载件；
设置在所述承载件内侧的弹性元件，所述弹性元件至少包括能够紧固连接在所述承载件上的装配部和自所述装配部延伸而设的弹性部，所述弹性部与所述承载件的内壁保持一定的距离；以及
设置在所述弹性部的朝向所述承载件内壁方向的侧壁上的应变片，其中：
所述应变片随所述弹性元件产生微形变，引起电阻变化，通过应变模拟电信号的改变以反馈所述弹性元件接触力的改变。
2.如权利要求1所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述承载件包括位置设为相对的端侧承载件和将所述端侧承载件相连的连接承载件，其中：
设置在所述端侧承载件上的所述弹性元件为第一弹性元件，设置在所述连接承载件上的所述弹性元件为第二弹性元件。
3.如权利要求2所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述第一弹性元件还包括连接在所述弹性部上的静滑动部，所述静滑动部保持与所述端侧承载件的壁面处于相对活动的状态，使在有作用力的情况下静滑动部能够保持滑动状态，避免支撑应力。
4.如权利要求3所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述第一弹性元件的装配部为一经弯折的板件，所述第一弹性元件的弹性部为连接在所述弯折板件上的一平板件，所述第一弹性元件的静滑动部为连接在所述第一弹性元件的弹性部的平板件相对另一端的经弯折的板件。
5.如权利要求4所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述第一弹性元件通过在所述装配部的经弯折的板件上开设装配孔适配的连接在所述端侧承载件上。
6.如权利要求4所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，设置在所述第一弹性元件上的应变片设为沿所述第一弹性元件的平板件延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片；
所述应变片还包括：设置在与所述第一弹性元件的平板件相对的所述末端本体的所述端侧承载件的内壁上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片。
7.如权利要求2所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，
所述第二弹性元件的装配部和弹性部分别为两平板件，其中：两平板件平行相对且首尾相连；所述第二弹性元件通过在所述装配部的平板件上开设装配孔适配的连接在所述连接承载件上。
8.如权利要求7所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，设置在所述第二弹性元件上的应变片设为沿所述第二弹性元件的所述弹性部的平板件的延伸方向而设的在同一直线上的两片工作片；
所述应变片还包括：设置在所述第二弹性元件的所述装配部的平板件上的两片用以抵消由于温度产生的应变及其带来误差的温度补偿片。
9.如权利要求6或8所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述两片温度补偿片的连线与所述两片工作片的连线设为垂直，其中：
通过所述两片工作片和所述两片温度补偿片进行全桥接线下的相对两臂测量方式。
10.如权利要求1所述的用于机器人的可测力末端执行装置，其特征在于，所述末端本体的截面呈n形。
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Cited By (2)
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| WO2022052323A1 (zh) * | 2020-09-10 | 2022-03-17 | 苏州大学 | 一种微创手术机器人及其末端执行器 |
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2017
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Cited By (3)
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| CN107838950B (zh) * | 2017-09-21 | 2024-03-01 | 中广核研究院有限公司 | 一种用于机器人的可测力末端执行装置 |
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Legal Events
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