CN213034649U - 一种平夹触觉机械爪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种平夹触觉机械爪装置，属于触觉机械爪技术领域。该装置包括：基座，其上设置有承载平台，以及内部下侧设置有容纳腔；驱动机构，其设置在所述基座上，用于为该装置提供动力来源；夹持机构，其与所述驱动机构连接，用于夹持待夹取的物体。该装置采用齿轮齿条驱动平行四边形机构，实现机械爪的平夹功能；抓取时机械爪手指端内的部分触点和带电线导电片接触，抬起机械爪，通过判断所有电触点的接触状态是否发生变换来判断物体是否在滑动，如果在滑动则增加夹持力，再抬起机械爪并判断被抓取物体是否滑动，直到增加夹持力到被抓取物体抬起过程中不滑动，可以得到被抓取物体所需要的最小力，控制简单，得到的最小夹持力较为精确。

Description

一种平夹触觉机械爪装置

技术领域

本实用新型属于机器人触觉力适应手技术领域，涉及一种平夹触觉机械爪装置，可应用于工业中对较软、易碎、易变形物体的抓取。

背景技术

机器人抓手是机器人设计领域的重要组成部分。目前在工业自动化的生产中工业机械爪主要设计成两个相对运动的夹爪端来抓取物体，并在合适的时候释放。目前抓手的抓取物体的控制思路主要是人为给定确定的开合角度或者人为的给定夹取力来夹取物体。但那样对于易碎、较软、易变形的物体，夹取力和开合角度很难人为给定，过大的夹取力，开合角度或过小的夹取力、开合角度可能会夹碎物体或者不能抓住物体。部分机械爪的手指部分添加了触觉传感器，通过传感器感知物体的纹理和感知抓取力的大小和分布情况来控制夹爪的夹持力和抓取位置，做的很好的力适应效果。但是此方法需要复杂的算法来计算分析。

杨少明等人在专利(杨少明，专利申请公布号：201620003249.2)中介绍了一种具有触觉传感的抓爪。该触觉机械爪抓拿端设置了弹簧状的导电纤维来作为触觉传感器。在进行抓取的过程中，抓拿端向被爪物体的轴心方向靠近，在物体接触抓拿端时弹簧状导电纤维被压下产生微小的变形，微小的变形量导致LCR电路的电气参数发生变换，产生敏感的电信号来自适应当前物体的夹持位置和夹持力。该装置的不足之处：该装置主要通过触觉传感器来判断物体和抓手间的位置关系，对于物体最适合的抓持力的判断没有达到；该装置的触觉传感器为通过LCR电路来设计，通过测量产生的电信号来判断当前的抓持位置和力，需要一定的复杂算法。

黄金榜在专利(黄金榜，专利申请公布号：2020102266611.6)中介绍了一种机械爪爪。该机械爪爪主要对包装箱类的物体进行抓取。通过带弹簧滑动夹板对物体进行抓取，当物体被夹紧并且夹持力达到足够大时，滑动夹板上的触点连接导致电动气泵停止工作来实现固定力的夹取，并且滑动夹板端采用多点接触的方式可以更好的抓紧物体。该装置的不足之处：该装置中对物体抓取力的是固定的，即达到最大夹持力电机停止运行，无法自适应的调节夹持力，对于另一种物体可能导致物体被夹坏。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种平夹触觉机械爪装置，用于夹取物体，对物体所需要的最小夹持力具有力适应性，可以得到物体的最小夹取力，对于易碎、易变形、较软的物体，可以起到很好的夹持效果，保证物体不被夹坏。

2.技术方案

为了解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种平夹触觉机械爪装置，包括：基座，其上设置有承载平台，以及内部下侧设置有容纳腔；驱动机构，其设置在所述基座上，用于为该装置提供动力来源；夹持机构，其与所述驱动机构连接，用于夹持待夹取的物体；控制器，其与所述驱动机构、夹持机构电连接；所述容纳腔与承载平台衔接相通。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述驱动机构包括减速电机、滑轨、齿条、连接件、短连杆、短销轴、齿轮轴、长销轴、小销轴、第一长连杆和第二长连杆，所述减速电机固接在所述容纳腔中，所述滑轨固接在所述承载平台上，滑轨上设有一个通孔；所述减速电机的输出轴穿过滑轨上的通孔与连接件固接；所述短连杆的一端通过小销轴与连接件套接，短连杆的另一端通过小销轴与齿条套接，所述齿条滑动连接在滑轨上；所述齿轮套接在齿轮轴上并与齿条啮合，所述齿轮轴固接在基座上。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述夹持机构包括夹爪端底座、夹爪端固定架、导电触点安装板、K个导电触点、K个弹簧和带电线导电片，所述第一长连杆一端与齿轮轴固接，另一端通过短销轴与夹爪端底座套接，所述第二长连杆一端套接在长销轴上，另一端通过短销轴与夹爪端底座套接；所述长销轴固接在基座上；所述夹爪端底座通过短销轴与第一长连杆和第二长连杆套接；所述夹爪端固定架固接在夹爪端底座上；所述导电触点安装板固接在所述夹爪端底座上，导电触点安装板上设有K个凹槽孔，第n个弹簧的一端固接在导电触点安装板的第n个凹槽孔，第n个触点安装板通过弹簧固接在导电触点安装板的第n个凹槽孔；所述带电线导电片与K个弹簧的另一端固接，K为大于2的自然数；n为大于0小于K的自然数。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述夹爪端固定架上固接有橡胶套。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述基座由塑料制成。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述齿轮、齿条为标准件。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述带电线导电片为铜片。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述弹簧均为压簧。

于本实用新型一种可能的实施方式中，所述凹槽孔矩阵阵列排在导电触点安装板上。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的平夹触觉机械爪装置，采用齿轮齿条驱动平行四边形机构，实现机械爪的平夹功能；抓取时机械爪手指端内的部分触点和带电线导电片接触，抬起机械爪，通过判断所有电触点的接触状态是否发生变换来判断物体是否在滑动，如果在滑动则增加夹持力，再抬起机械爪并判断被抓取物体是否滑动，直到增加夹持力到被抓取物体抬起过程中不滑动，可以得到被抓取物体所需要的最小力，控制简单，得到的最小夹持力较为精确；

(2)在进行物体抓取工作时，减速电机输出较小的夹持力通过连杆带动齿条进行滑动，在通过齿条带动齿轮去驱动平行四边形机构的长连杆进行平夹，在机械爪端接触被抓取物体时，带电线导电片被压下与部分电触点接触，此时抬起机械爪，通过判断所有电触点的接触状态是否发生变换来判断物体是否在滑动，如果在滑动则增加夹持力，再抬起机械爪并判断被抓取物体是否滑动，直到增加夹持力到被抓取物体抬起过程中不滑动，可以得到被抓取物体所需要的最小力，对于易碎，软的物体，此机械爪有着很好的力适应性，可以保证不会抓坏物体。

附图说明

图1是本实用新型的平夹触觉机械爪装置的结构立体图；

图2是图1所示实施例的正视图；

图3是图1所示实施例的俯视图；

图4是图1所示实施例的除去基座的立体图；

图5是图1所示实施例的剖视图；

图6是图5中夹爪端固定架结构剖视图；

图7是图6的A处的放大图；

图8、图9和图10是抓取球形目标物体的过程示意图。

图中标记说明：

100、基座；110、承载平台；120、容纳腔；

200、驱动机构；210、减速电机；220、连接件；230、滑轨；240、齿条；250、齿轮；251、齿轮轴；260、短连杆；261、小销轴；270、长销轴；280、第一长连杆；281、短销轴；290、第二长连杆；

300、夹持机构；310、夹爪端底座；320、夹爪端固定架；321、橡胶套；330、导电触点；340、弹簧；350、带电线导电片；360、导电触点安装板；361、凹槽孔；

400、待夹取的物体。

具体实施方式

下文对本实用新型的示例性实施例进行了详细描述。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本实用新型，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下对本实用新型作各种改变。下文对本实用新型的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本实用新型的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本实用新型的特点和特征的描述，以提出执行本实用新型的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本实用新型。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求来限定。

实施例1

如图1至10所示，本实施例的平夹触觉机械爪装置，包括由塑料制成的基座100，其上设置有承载平台110，以及内部下侧设置有容纳腔120；驱动机构200，其设置在所述基座100上，用于为该装置提供动力来源；夹持机构300，其与所述驱动机构200连接，用于夹持待夹取的物体400；控制器，其与所述驱动机构200、夹持机构300电连接；所述容纳腔120与承载平台110衔接相通，如图5所示。

其中所述驱动机构200包括减速电机210、滑轨230、齿条240、齿轮250、连接件220、短连杆260、短销轴281、齿轮轴251、长销轴270、小销轴261、第一长连杆280和第二长连杆290，所述齿轮250、齿条240为标准件。

其中所述夹持机构300包括夹爪端底座310、夹爪端固定架320、导电触点安装板360、K个导电触点330、K个弹簧340、带电线导电片350和橡胶套321；所述弹簧340均为压簧，所述减速电机210固接在基座100的容纳腔120内；所述滑轨230固接在基座100的承载平台110上；滑轨230上设有一个通孔；所述减速电机210的输出轴穿过滑轨230中的通孔与连接件220固接，连接件220可以是联轴器；所述短连杆260的一边通过小销轴261与连接件220套接，短连杆260的另外一边通过小销轴261与齿条240套接，所述齿条240滑动连接在滑轨230上；所述齿轮250套接在齿轮轴251上并与齿条240啮合，所述齿轮轴251固接在基座100上，所述第一长连杆280一端与齿轮轴251固接，另一端通过短销轴281与夹爪端底座310套接；所述第二长连杆290一端套接在长销轴270上，另一端通过短销轴281与夹爪端底座310套接；所述长销轴270固接在基座100上；所述夹爪端底座310通过短销轴281与第一长连杆280和第二长连杆290套接；所述夹爪端固定架320固接在夹爪短底座上；所述导电触点安装板360固接在夹爪端底座310上，导电触点安装板360上设有K个凹槽孔361，所述弹簧340均为压簧，第n个弹簧340的一端固接在导电触点安装板360的第n个凹槽孔361，第n个触点安装板通过弹簧340固接在导电触点安装板360的第n个凹槽孔361；所述带电线导电片350与K个弹簧340的另一端固接；所述橡胶套321固接在夹爪端固定架320上。K为大于2的自然数；n为大于0小于K的自然数。

在本实例中取K＝81，则本实用新型所述的平夹触觉机械爪装置的一种实施例，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示。该实施例的装置包括基座100、减速电机210、滑轨230、齿条240、齿轮250、连接件220、短连杆260、短销轴281、齿轮轴251、长销轴270、小销轴261、第一长连杆280、第二长连杆290、夹爪端底座310，夹爪端固定架320、导电触点安装板360、81个导电触点330、81个弹簧340、带电线导电片350、橡胶套321；所述减速电机210固接在基座100上；所述滑轨230固接在基座100上；滑轨230上设有一个直径为10mm的通孔；所述减速电机为CM36-3650行星直流无刷减速电机210的输出轴穿过滑轨230上的通孔与连接件220固接；所述短连杆260的一边通过小销轴261与连接件220套接，短连杆260的另外一边通过小销轴261与齿条240套接，所述齿条240滑动连接在滑轨230上；所述齿轮250套接在齿轮轴251上并与齿条240啮合，所述齿轮轴251固接在基座100上，所述第一长连杆280一端与齿轮轴251固接，另一端通过短销轴281与夹爪端底座310套接；所述第二长连杆290一端套接在长销轴270上，另一端通过短销轴281与夹爪端底座310套接；所述长销轴270固接在基座100上；所述夹爪端底座310通过短销轴281与第一长连杆280和第二长连杆290套接；所述夹爪端固定架320固接在夹爪端底座310上；所述导电触点安装板360固接在夹爪端底座310上，导电触点安装板360上设有81个凹槽孔361，弹簧340的一端固接在导电触点安装板360的凹槽孔361中，触点安装板通过弹簧340固接在导电触点安装板360的凹槽孔361中；所述带电线导电片350与81个弹簧340的另一端固接；所述橡胶套321固接在夹爪端固定架320上。

在本实施例中，所述带电线导电片350为铜片制成；所述凹槽孔361矩阵阵列排在导电触点安装板360上。

本实施例的初始状态如图1、图2、图3、图4和图5所示，机械爪的两个指端由减速电机210驱动为打开状态，并两夹指端为平行。

在该实施例对目标物体实施抓取时，该装置由机械臂带动到需要抓取物体的合适位置，此时减速电机210带动连接件220转动，连接件220与短连杆260、齿条240组成曲柄滑块机构，连接件220带动短连杆260让齿条240在滑轨230上滑动，齿条240的运动带动与之啮合的齿轮250转动，齿轮250的转动带动机械爪短向内运动，此时的夹取力比较小，当机械爪与物体接触时，橡胶套321带动铜片被压下，此时铜片带负极(在初始状态铜片一直带负极信号；在抓取时铜片带的负极信号通过与导电触点接触把负极信号传递给导电触点在给控制器产生信号反馈)，铜片压下后与导电触点330接触，81个导电触点330与控制器(图中未标注)连接，分析此时被接通即带负极的导电触点330的状态，即哪些带负极哪些没有；之后缓慢的抬起机械爪，边抬起边记录此时物体是否在两夹指端滑动，物体的滑动是通过所有导电触点330的接通状态来判断，变换即为滑动，则增加此时的夹持力，再检测，直到物体不在机械爪上滑动，记录此时的夹持力，即为抓取物体的最小夹持力；可以使用最小夹持力来抓取易碎、易变形、较远的物体并保证其不被夹坏，有着十分良好的力适应性。

在释放物体时，电机反向转动带动齿条240滑动，齿条240的滑动带动齿轮250转动从而是两夹指端张开，物体失去夹持力掉落，从而实现对目标物体的释放。

需要说明是，目前现有技术中的多触点传感器的单个触点主要使用一些易变形的导电纤维来制作，即导电纤维产生形变时改变其电气参数，通过测量电气参数的变化并经过算法处理来得到当前的夹持位置和夹持力。而本设计中传感器来感知当前的夹持位置和物体所需要的夹持力的原理十分简单，通过测量机械爪在夹持何位置时任意触点被接通即可以得到夹持位置，在抬起机械爪时通过观察所有触点接通的状态是否发生改变来测量物体是否滑动，并逐渐增大夹持力直到物体不滑动得到最适合的夹持力；即本设计只通过观察所有触点被接通的状态来得到合适的夹持位置和夹持力。

相对现有的触觉传感器，在实现同样对物体进行自适应力和位置的抓取效果时，本设计的优点为只需要测量导电触点的接通状态是否发生变化就可以得到物体合适的夹持力和夹持位置，无需复杂的算法来计算，稳定性高；而现有的触觉传感器需要设计复杂的电路的算法来得到抓取物体合适的力和位置，稳定性不高。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进或同等替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖再本实用新型的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种平夹触觉机械爪装置，其特征在于，包括：

基座(100)，其上设置有承载平台(110)，以及内部下侧设置有容纳腔(120)；

驱动机构(200)，其设置在所述基座(100)上，用于为该装置提供动力来源；

夹持机构(300)，其与所述驱动机构(200)连接，用于夹持待夹取的物体(400)；

控制器，其与所述驱动机构(200)、夹持机构(300)电连接；所述容纳腔(120)与承载平台(110)衔接相通。

2.根据权利要求1所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述驱动机构(200)包括减速电机(210)、连接件(220)、滑轨(230)、齿条(240)、齿轮(250)、齿轮轴(251)、短连杆(260)、小销轴(261)、长销轴(270)、第一长连杆(280)、短销轴(281)、和第二长连杆(290)，所述减速电机(210)固接在所述容纳腔(120)中，所述滑轨(230)固接在所述承载平台(110)上，滑轨(230)上设有一个通孔；所述减速电机(210)的输出轴穿过滑轨(230)上的通孔与连接件(220)固接；所述短连杆(260)的一端通过小销轴(261)与连接件(220)套接，短连杆(260)的另一端通过小销轴(261)与齿条(240)套接，所述齿条(240)滑动连接在滑轨(230)上；所述齿轮(250)套接在齿轮轴(251)上并与齿条(240)啮合，所述齿轮轴(251)固接在基座(100)上。

3.根据权利要求2所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述夹持机构(300)包括夹爪端底座(310)、夹爪端固定架(320)、K个导电触点(330)、K个弹簧(340)、带电线导电片(350)和导电触点安装板(360)，所述第一长连杆(280)一端与齿轮轴(251)固接，另一端通过短销轴(281)与夹爪端底座(310)套接，所述第二长连杆(290)一端套接在长销轴(270)上，另一端通过短销轴(281)与夹爪端底座(310)套接；所述长销轴(270)固接在基座(100)上；所述夹爪端固定架(320)固接在夹爪端底座(310)上；所述导电触点安装板(360)固接在所述夹爪端底座(310)上，导电触点安装板(360)上设有K个凹槽孔(361)，第n个弹簧(340)的一端固接在导电触点安装板(360)的第n个凹槽孔(361)中，所述带电线导电片(350)与K个弹簧(340)的另一端固接，第n个导电触点(330)通过弹簧(340)固接在导电触点安装板(360)的第n个凹槽孔(361)；K为大于2的自然数；n为大于0小于K的自然数。

4.根据权利要求3所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述夹爪端固定架(320)上固接有橡胶套(321)。

5.根据权利要求4所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述基座(100)由塑料制成。

6.根据权利要求5所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述齿轮(250)、齿条(240)为标准件。

7.根据权利要求6所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述带电线导电片(350)为铜片。

8.根据权利要求7所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述弹簧(340)均为压簧。

9.根据权利要求8所述的平夹触觉机械爪装置，其特征在于，所述凹槽孔(361)矩阵阵列排在导电触点安装板(360)上。

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