CN215471198U - 机械臂末端执行器、机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种机械臂末端执行器，该机械臂末端执行器包括：检测电路；至少两个夹爪；至少两个电极，至少两个电极分别设于至少两个夹爪的内侧，至少两个电极分别与检测电路电连接；其中，电极能够与接近的导体构成电容，并将用于表征电容或其变化量的电信号传输至检测电路，检测电路用于将表征电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。本实用新型所提出的机械臂末端执行器，通过至少两个夹爪内侧的至少两个电极，能够实时监测每个夹爪与待抓取的导体的距离，根据每个夹爪与待抓取的导体的距离，控制至少两个夹爪的同步或异步运动，以使得每个夹爪与待抓取的导体的距离保持一致，从而保证至少两个夹爪同时夹持住待抓取的导体。

Description

机械臂末端执行器、机械臂和机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种机械臂末端执行器、机械臂和机器人。

背景技术

机械臂夹爪通常设置在机械臂末端，其可对目标物进行抓取，再通过机械臂将其转运至指定位置，以实现对于目标物的转移。

在使用机械臂夹爪抓取目标物时，先控制机械臂夹爪张开，再控制机械臂夹爪朝向目标物运动，待机械臂夹爪运动至目标物所在位置后，机械臂夹爪朝向目标物逐渐收缩，以使得夹爪夹持在目标物的两侧，最后再控制机械臂夹爪将目标物转移至指定位置。

然而，在机械臂夹爪夹取目标物过程中，其两夹持部可能会先后与目标物接触。在此情况下，若目标物固定在抓取位置上，则先与目标物接触的夹持部会对其产生刚性作用力，造成对于目标物的损伤；若目标物不是固定在抓取位置上，而是直接放置在抓取位置上，则先与目标物接触的夹持部会将此目标物推动至偏离该抓取位置的其它区域，导致机械臂夹爪无法夹取目标物，因为目标物的位置已经发生变化。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种机械臂末端执行器，旨在解决上述背景技术中所提出的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种机械臂末端执行器，该机械臂末端执行器包括：

检测电路；

至少两个夹爪；

至少两个电极，所述至少两个电极分别设于所述至少两个夹爪的内侧，所述至少两个电极分别与所述检测电路电连接；

所述电极能够与接近的导体构成电容，并将用于表征所述电容或其变化量的电信号传输至所述检测电路，所述检测电路用于将表征所述电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

优选地，所述机械臂末端执行器还包括：

安装座，所述至少两个夹爪设于所述安装座上，所述安装座用于与所述机械臂末端连接。

优选地，所述机械臂末端执行器还包括：

至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器分别设于所述至少两个夹爪的内侧。

优选地，所述电极包括相互连接的感测区域以及连接区域，所述电极的感测区域能够与接近的导体构成电容，所述电极的连接区域用于将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

优选地，所述机械臂末端执行器还包括：

屏蔽层，位于所述至少两个夹爪的内侧，所述屏蔽层对应所述电极设置，且所述屏蔽层的面积不小于相应所述电极的面积。

优选地，所述检测电路包括检测电路板，所述检测电路板固定于所述夹爪内侧或嵌设于所述夹爪中，所述电极与所述检测电路板之间的所述夹爪部分设有导通孔，所述检测电路通过所述导通孔连接所述电极。

优选地，所述检测电路板通过胶水、螺接或焊接方式固定于所述夹爪内。

优选地，所述电极的材料包括铜、银、铝或ITO。

本实用新型进一步提出一种机械臂，该机械臂包括：

控制电路；以及

前述各实施例所记载的机械臂末端执行器；

所述控制电路与所述检测电路电连接。

本实用新型还提出一种机器人，该机器人包括前述实施例所记载的机械臂，该机械臂又包括前述各实施例所记载的机械臂末端执行器，机械臂末端执行器包括：

检测电路；

至少两个夹爪；

至少两个电极，所述至少两个电极分别设于所述至少两个夹爪的内侧，所述至少两个电极分别与所述检测电路电连接；

所述电极能够与接近的导体构成电容，并将用于表征所述电容或其变化量的电信号传输至所述检测电路，所述检测电路用于将表征所述电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

与现有技术相比，本实用新型实施例的有益技术效果在于：

本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器，其在每个夹爪的内侧设置有电极，在至少两个夹爪夹持待抓取物时，每个电极能够分别与待抓取的导体构成电容，在夹爪逐渐接近待抓取的导体时，每个电极分别与待抓取的导体所构成电容的电容值会发生变化，根据电容值的变化并结合电容计算公式，便可计算得到每个电极与待抓取的导体之间的距离。也就是说，通过至少两个夹爪内侧的至少两个电极，能够实时监测每个夹爪与待抓取的导体的距离，根据每个夹爪与待抓取的导体的距离，控制至少两个夹爪的同步或异步运动，以使得每个夹爪与待抓取的导体的距离始终保持一致，从而保证至少两个夹爪同时夹持住待抓取的导体。

附图说明

图1为本实用新型机械臂末端执行器一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型机械臂末端执行器的夹爪与电极的结构示意图；

图3为图2中A-A处的剖面图；

图4为本实用新型机械臂末端执行器的夹爪与电极的一剖面结构示意图；

图5为本实用新型机械臂末端执行器的夹爪与电极的另一剖面结构示意图；

图6为本实用新型机械臂一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，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。

实施例一

本实用新型实施例提出一种机械臂末端执行器，参见图1，该机械臂末端执行器包括：

检测电路；

至少两个夹爪10；

至少两个电极20，至少两个电极20分别设于至少两个夹爪10的内侧，至少两个电极20分别与检测电路电连接；

其中，电极20能够与接近的导体构成电容，并将用于表征电容或其变化量的电信号传输至检测电路，检测电路用于将表征电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器的主要作用在于抓取物品，其主要包括有至少两个夹爪10，至少两个夹爪10用于夹持待抓取物品的侧部，以通过至少两个夹爪10的夹持力抓取物品。在至少两个夹爪10抓取物品时，其可根据待抓取物品的大小收缩至合适位置，直至少两个夹爪10的内侧分别与待抓取物品的侧部抵持，从而达到抓取物品的目的。可以理解的是，至少两个夹爪10在收缩时，即是为了形成与待抓取物品相适配的夹持空间，并且该夹持空间可根据物品的大小改变。

本实用新型实施例所提出的电极20的主要作用在于与导体构成电容，并将用于表征电容或其变化量的电信号传输至检测电路。需要说明的是，电极20-空气-导体构成电容，而在电极20逐渐靠近导体时，电极20与导体的距离会发生变化，从而导致两者所构成的电容发生变化。在电容发生变化时，电极20会将用于表征电容或其变化量的电信号传输至检测电路，再由检测电路将表征电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

在检测到电容值或其变化量后，根据此电容值或其变化量便可计算出电极20与导体的距离值或其变化量，具体是根据电容公式计算得到：

其中，ε为电介质常数，S为两电容极板的正对面积，k为静电力常数，C为电容值，d为电极20与夹爪10端部的距离。

本实施例中，电极20与导体构成电容的两极板，两电容极板的正对面积也即电极20与导体的正对面积。具体的，电极20投影于导体上时，电极20与导体的重叠部分即为两电容极板的正对面积。电极20与导体的正对面积，可以是经验值，也可以是针对每个不同导体所计算得到的实际值，本领域技术人员可根据实际情况进行设计。可以理解的是，利用经验值所计算得到的距离值会存在一定误差，而利用实际值所计算得到的距离值会相对准确，但实际值的计算较为麻烦，其在每次检测与不同导体的距离时，需要每次计算电极20与导体的正对面积。

本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器，其在每个夹爪的内侧设置有电极20，在至少两个夹爪10夹持待抓取物时，每个电极20能够分别与待抓取的导体构成电容，在夹爪10逐渐接近待抓取的导体时，每个电极20分别与待抓取的导体所构成电容的电容值会发生变化，根据电容值的变化并结合电容计算公式，便可计算得到每个电极20与待抓取的导体之间的距离。也就是说，通过至少两个夹爪10内侧的至少两个电极20，能够实时监测每个夹爪10与待抓取的导体的距离，根据每个夹爪10与待抓取的导体的距离，控制至少两个夹爪10的同步或异步运动，以使得每个夹爪10与待抓取的导体的距离始终保持一致，从而保证至少两个夹爪10同时夹持住待抓取的导体。

需要说明的是，控制至少两个夹爪10同步运动是指至少两个夹爪10由一个动力源驱动，譬如气缸，至少两个夹爪10分别与气缸的活塞杆传动连接，其在活塞杆的带动下同步张开或同步闭合。而控制至少两个夹爪10异步运动是指每个夹爪10都对应设置有一个动力源，如此则可分别驱动每个夹爪10运动，譬如控制其中一个夹爪10停止运动，并保持其他夹爪10继续运动。

实施例二

本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器还包括：安装座30，至少两个夹爪10设于安装座30上，安装座30用于与机械臂末端连接。本实施例中，安装座30的主要作用在于安装至少两个夹爪10，并将至少两个夹爪10固定于机械臂末端，以通过机械臂末端带动至少两个夹爪10移动。安装座30的具体结构可根据实际情况进行设计，本实施例对此不作限定，只需其能够实现上述两个功能即可。

具体的，在将安装座30固定于机械臂末端后，先通过机械臂带动至少两个夹爪10运动至待抓取物品处，再由至少两个夹爪10夹持待抓取物品，在抓取物品后，再由机械臂带动抓取有物品的至少两个夹爪10运动至预设位置，从而完成对于物品的抓取和转移。

在此过程中，设置在至少两个夹爪10内侧的电极20，会实时检测其与待抓取的导体的距离，若每个电极20与待抓取的导体的距离相同，则表示每个夹爪10与待抓取的导体的距离始终相同，因此无需改变至少两个夹爪10的运动状态；若其中某个电极20与待抓取的导体的距离不同，则表示该电极20所对应的夹爪10和待抓取的导体的距离，与其他电极20和待抓取的导体的距离不同，此时则需要通过改变夹爪的运动状态，以保证各夹爪与待抓取的导体的距离相同。

譬如，假设夹爪设置有两个，左侧夹爪10与待抓取的导体的距离为3厘米，右侧夹爪10与待抓取的导体距离为4厘米，如此则表示左侧夹爪10距离待抓取的导体更近，而右侧夹爪10距离待抓取的导体更远，此时则可控制左侧夹爪10停止运动，同时继续控制右侧夹爪10朝向待抓取的导体运动，直至右侧夹爪10与待抓取的导体的距离为3厘米，而后再控制左侧夹爪10朝向待抓取的导体运动。或者，先控制左侧夹爪10与右侧夹爪10停止运动，再控制末端执行器整体朝向左侧运动，直至左侧夹爪10与右侧夹爪10距离待抓取的导体的距离相同，也即左侧夹爪10与待抓取的导体的距离为3.5厘米，右侧夹爪10与待抓取的导体的距离为3.5厘米。

实施例三

本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器还包括：至少两个压力传感器，至少两个压力传感器分别设于至少两个夹爪10的内侧。本实施例中，在至少两个夹爪10夹持待抓取物时，若其中某个夹爪10与待抓取导体的距离和其他夹爪10与导体的距离不同，也可继续控制该夹爪10运动，直至其与待抓取的导体接触，在该夹爪10与待抓取的导体接触时，夹爪10内侧设置的压力传感器将检测到此信号，并将此信号发送给控制器，以由控制器根据此信号控制该夹爪10停止运动。而后，待其他夹爪10也与待抓取的导体接触后，再控制该夹爪10继续朝向待抓取的导体运动，以使得各个夹爪10同时施加夹持力于待抓取的导体上，以避免待抓取的导体发生移动。同样的，其他夹爪与待抓取的导体的接触，也是由其内侧设置的压力传感器检测。

譬如，假设夹爪10设置为两个，左侧夹爪10与待抓取的导体的距离为3厘米，右侧夹爪与待抓取的导体的距离为4厘米，此时左右两个夹爪10与待抓取的导体的距离不同，因此需要改变夹爪10的运动状态，以保证左右两个夹爪10同时夹持住待抓取的导体。具体的，在检测到上述距离值后，先不改变两个夹爪10的运动状态，待左侧夹爪10与待抓取的导体接触后，控制该左侧夹爪10停止运动，而右侧夹爪10继续朝向待抓取的导体运动，直至右侧夹爪10也与待抓取的导体接触，而后再控制左侧夹爪10与右侧夹爪10同时朝向待抓取的导体运动，以对其施加夹持力，从而夹持住待抓取的导体并保证其在原位不动。

实施例四

参见图2-3，本实用新型实施例所提出的电极20包括相互连接的感测区域21以及连接区域22，电极20的感测区域21能够与接近的导体构成电容，电极20的连接区域22用于将表征电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

本实施例中，电极20包括感测区域21和连接区域22，电极20的感测区域21与接近的导体构成电容，表征电容或其变化量的电信号，例如可以是表征电容的电容值或其变化量的电信号，也可以是电容的振荡频率值或其变化量的电信号，还可以是表征电容的电压或其变化量等。外部电路获取表征电容或其变化量的电信号，并经过处理后，可以得到反映电极20与导体的距离或其变化的数据。

电极20与导体的距离或其变化是指：电极20与导体之间的距离大小，或电极20与导体之间的相对位置的变化，例如靠近或远离。可以理解，接近的导体与电极20之间的距离或其变化，可以用于表征接近的导体与机械臂末端执行器之间距离的远近或相对位置的变化。

实施例五

参见图4，本实用新型实施例所提出的机械臂末端执行器还包括：屏蔽层40，位于至少两个夹爪10的内侧，屏蔽层40对应电极20设置，且屏蔽层40的面积不小于相应电极20的面积。本实施例中，屏蔽层40可以起到抗干扰的作用，屏蔽层40接地，可以将夹爪10内部的干扰信号导入大地，降低干扰信号对电极20的干扰，提高电极20对接近导体的感测精确度。进一步的，屏蔽层40也可以电性悬空，或用于连接检测电路以接收预设电压，实现主动屏蔽。屏蔽层40可以对应电极20设置，且保证屏蔽层40的面积不小于相应电极20的面积即可，屏蔽层40也可以完全覆盖夹爪10的内侧表面，以增强屏蔽效果。

实施例六

参见图5，本实用新型实施例所提出的检测电路包括检测电路板51，检测电路板51固定于夹爪10内侧或嵌设于夹爪10中，电极20与检测电路板51之间的夹爪10部分设有导通孔t，检测电路通过导通孔t连接电极20。本实施例中，电极20与检测电路板51之间的夹爪10部分设有导通孔t，导通孔t可容导线、引线或针脚等导体通过，以导通检测电路板51和电极20的连接区域22，使得检测电路板51能够通过导通孔t连接电极20。

实施例七

本实用新型实施例所提出的检测电路板51通过胶水、螺接或焊接方式固定于夹爪10内。本实施例中，检测电路板51可通过胶水粘接的方式，螺钉螺孔的连接方式，焊接的方式，将其固定于夹爪10内。可以理解的是，夹爪10包括有外壳，外壳内部中空以形成用于安装检测电路板51、处理器等部件的容置腔，先将检测电路板51放置于外壳内部的预设位，再通过胶水、螺接或焊接的方式固定。具体的，检测电路板51对应导通孔t的位置设置有焊盘，检测电路板51通过焊盘与导电部焊接固定。

实施例八

本实用新型实施例所提出的电极20的材料包括铜、银、铝或ITO。本实施例中，ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡。ITO可以做成ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，作为电极20。电极20的材料可以选用铜、银、铝或ITO中的一种或几种，也就是说，当电极20的数量为两个或两个以上时，不同的电极20可以选用相同的材料，也可以选用不同的材料。

参见图6，本实用新型进一步提出一种机械臂，该机械臂包括：

控制电路；以及

前述各实施例所记载的机械臂末端执行器；

控制电路与检测电路电连接。

本实施例中，机械臂具体包括有基座、运动部件、控制电路和机械臂末端执行器，运动部件设于基座上，机械臂末端执行器与运动部件传动连接，以通过运动部件带动机械臂末端执行器沿设定方向运动。机械臂末端执行器所包含的夹爪的内侧设置有电极，通过电极能够实时监测每个夹爪与待抓取的导体的距离，根据每个夹爪与待抓取的导体的距离，控制至少两个夹爪的同步或异步运动，以使得每个夹爪与待抓取的导体的距离始终保持一致，从而保证至少两个夹爪同时夹持住待抓取的导体。

本实用新型还提出一种机器人，该机器人包括前述各实施例所记载的机械臂，该机械臂包括前述各实施例所记载的机械臂末端执行器，机械臂末端执行器的具体结构在上述实施例中已做详细说明，在此不再赘述。

以上的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂末端执行器，其特征在于，包括：

检测电路；

至少两个夹爪；

至少两个电极，所述至少两个电极分别设于所述至少两个夹爪的内侧，所述至少两个电极分别与所述检测电路电连接；

其中，所述电极能够与接近的导体构成电容，并将用于表征所述电容或其变化量的电信号传输至所述检测电路，所述检测电路用于将表征所述电容或其变化量的电信号转换为电容值或其变化量的电信号。

2.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，还包括：

安装座，所述至少两个夹爪设于所述安装座上，所述安装座用于与所述机械臂末端连接。

3.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，还包括：

至少两个压力传感器，所述至少两个压力传感器分别设于所述至少两个夹爪的内侧。

4.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，

所述电极包括相互连接的感测区域以及连接区域，所述电极的感测区域能够与接近的导体构成电容，所述电极的连接区域用于将表征所述电容或其变化量的电信号传输至外部电路。

5.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，还包括：

屏蔽层，位于所述至少两个夹爪的内侧，所述屏蔽层对应所述电极设置，且所述屏蔽层的面积不小于相应所述电极的面积。

6.根据权利要求1所述的机械臂末端执行器，其特征在于，

所述检测电路包括检测电路板，所述检测电路板固定于所述夹爪内侧或嵌设于所述夹爪中，所述电极与所述检测电路板之间的所述夹爪部分设有导通孔，所述检测电路通过所述导通孔连接所述电极。

7.根据权利要求6所述的机械臂末端执行器，其特征在于，

所述检测电路板通过胶水、螺接或焊接方式固定于所述夹爪内。

8.根据权利要求1-7任一项所述的机械臂末端执行器，其特征在于，

所述电极的材料包括铜、银、铝或ITO。

9.一种机械臂，其特征在于，包括：

控制电路；

权利要求1-8任一项所述的机械臂末端执行器；

所述控制电路与所述检测电路电性连接，用于在所述电极与所述导体的距离或其变化满足预设条件时做出反应。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

权利要求9所述的机械臂。

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