CN216180611U - 双指欠驱动抓手 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双指欠驱动抓手，用以解决夹爪对目标物体的接触压力不能精确控制的技术问题。其中，一种双指欠驱动抓手，包括：驱动机构；分别与所述驱动机构两端配接的两组欠驱动机构；分别与所述驱动机构、驱动机构一端的欠驱动机构配接的第一指节机构；分别与所述驱动机构、驱动机构另一端的欠驱动机构配接的第二指节机构；所述第一指节机构和第二指节机构并联执行开合行程，以便抓取或释放目标物体。通过在第二指节机构设置压力传感模组，从而检测双指欠驱动抓手相对目标物体的接触压力。

Description

双指欠驱动抓手

技术领域

本申请涉及机器人夹爪技术领域，尤其涉及一种双指欠驱动抓手。

背景技术

夹持器作为机器人末端重要的执行部件，通常采用电机驱动或气动方式实现简单的抓取动作。

在实现现有技术的过程中，发明人发现：

现有技术中，作为夹持器的机械抓手常用于抓取刚性物料。刚性物料不易被破坏，为实现夹持稳定，机械抓手对刚性物料的接触压力较大。但当机械抓手抓取容易变形的物体时，常因为对目标物体的接触压力过大而导致物体损坏。

因此，需要提供一种双指欠驱动抓手方案，用以解决夹爪对目标物体的接触压力不能精确控制的技术问题。

实用新型内容

本申请实施例提供一种双指欠驱动抓手方案，用以解决夹爪对目标物体的接触压力不能精确控制的技术问题。

具体的，一种双指欠驱动抓手，包括：

驱动机构；

分别与所述驱动机构两端配接的两组欠驱动机构；

分别与所述驱动机构、驱动机构一端的欠驱动机构配接的第一指节机构；

分别与所述驱动机构、驱动机构另一端的欠驱动机构配接的第二指节机构；

所述第一指节机构和第二指节机构并联执行开合行程，以便抓取或释放目标物体；

所述第一指节机构包括：

与所述驱动机构配接的第一近端指节；

与所述第一近端指节、驱动机构一端的欠驱动机构配接的第一远端指节；

所述第二指节机构包括：

与所述驱动机构配接的第二近端指节；

与所述第二近端指节、驱动机构另一端的欠驱动机构配接的第二远端指节；

设置于所述第二远端指节的压力传感模组，用于测量所述第二远端指节与目标物体的接触压力。

进一步的，所述压力传感模组包括：

固定于所述第二远端指节靠近目标物体面的安装底座；

与所述安装底座固定连接的悬臂梁；

设置于所述安装底座与所述悬臂梁间、具有测压面的压力传感器；

设置于所述悬臂梁、与所述压力传感器测压面接触的扩压板。

进一步的，所述驱动机构包括：

具有传动轴的电机；

套设于电机传动轴的主动齿轮；

与所述主动齿轮啮合的从动齿轮；

嵌套所述从动齿轮的丝杠；

设置与所述丝杠配接螺母的螺母固定座。

进一步的，任意一组欠驱动机构包括：

与所述螺母连接的铰链杆；

与所述铰链杆铰接的动力杆；

与所述动力杆铰接的传动杆；

与所述螺母固定座一端铰接的伸缩套杆；

其中，所述伸缩套杆、所述传动杆与所述第一远端指节或所述第二远端指节铰接；

所述铰链杆和所述动力杆间的夹角为钝角，以便实现所述螺母相对所述丝杠自锁。

进一步的，所述第一指节机构和第二指节机构接触目标物体的一侧设置有硅胶垫。

进一步的，所述伸缩套杆包括：

套筒；

设置于套筒的弹性件；

与所述弹性件连接、部分设置于套筒的伸缩杆。

进一步的，所述双指欠驱动抓手还包括与所述伸缩套杆配接的约束压板，用于防止所述伸缩杆脱离所述套筒。

本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：

通过在第二远端指节设置压力传感模组，从而检测双指欠驱动抓手相对目标物体的接触压力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种双指欠驱动抓手的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种双指欠驱动抓手的局部结构示意图。

图3为本申请实施例提供的一种压力传感模组的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的一种压力采样拟合曲线图。

图5为本申请实施例提供的另一种压力采样拟合曲线图。

100 双指欠驱动抓手

11 第一近端指节

12 第一远端指节

13 第二近端指节

14 第二远端指节

15 压力传感模组

151 安装底座

152 悬臂梁

153 压力传感器

154 扩压板

16 电机

17 主动齿轮

18 从动齿轮

19 丝杠

20 螺母固定座

21 铰链杆

22 动力杆

23 传动杆

24 伸缩套杆

241 套筒

242 弹性件

243 伸缩杆

25 约束压板

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1和图2，本申请提供一种双指欠驱动抓手100，包括并联执行开合行程的第一指节机构和第二指节机构。可以理解的是，所述第一指节机构和第二指节机构具有两种动作模式，当所述第一指节机构和第二指节机构往闭合方向运行，则实现抓取动作。当所述第一指节机构和第二指节机构往张开方向运行，则实现释放动作。

所述双指欠驱动抓手100还包括用于提供驱动力的驱动机构；分别与所述驱动机构两端配接的两组欠驱动机构，用于传递所述驱动力至第一指节机构和第二指节机构。具体的，所述第一指节机构分别与驱动机构一端、驱动机构一端的欠驱动机构配接；所述第二指节机构分别与驱动机构、驱动机构另一端的欠驱动机构配接。进一步的，所述两组欠驱动机构以驱动机构法线镜像设置，所述第一指节机构和第二指节机构也以驱动机构法线镜像设置。

可以理解的是，所述驱动机构是抓手的动力输出部分。在本申请提供的一种具体实施方式中，所述驱动机构包括：具有传动轴的电机16；套设于电机16传动轴的主动齿轮17；与所述主动齿轮17啮合的从动齿轮18；嵌套所述从动齿轮18的丝杠19；设置与所述丝杠19配接螺母的螺母固定座20。进一步的，为保证所述双指欠驱动抓手100传动平稳，在本申请提供的一种优选实施方式中，所述电机16可以表现为直流无刷电机16，所述丝杠19表现为滚珠丝杠，所述螺母表现为滚珠螺母，所述螺母固定座20表现为设置所述滚珠螺母的螺母固定座。

所述欠驱动机构可以理解为是独立控制变量个数小于自由度个数的一类非线性结构。具体的，在本申请所述双指欠驱动抓手100中，与所述螺母固定座20直接配接的有铰链杆21、伸缩套杆24、第一近端指节11、第二近端指节13，这些部件可以视为由驱动机构独立控制。而与所述铰链杆21配接的动力杆22；所述动力杆22配接的传动杆23；与所述传动杆23、所述伸缩套杆24、所述第一近端指节11配接的第一远端指节12、所述第二近端指节13配接的第二远端指节14均不受所述驱动机构直接控制其自由度。具体的，所述铰链杆21与螺母固定座20通过销轴铰接，所述铰链与所述动力杆22通过销轴铰接，所述动力杆22和传动杆23通过销轴铰接，所述伸缩套杆24与螺母固定座20通过销轴铰接。

进一步的，所述丝杠19和配接丝杠19的螺母组成螺旋副。但所述螺旋副通常存在无法自锁的缺点。自锁可以理解为是螺母固定座20不受来自欠驱动机构和指节机构的作用力而相对丝杠移动。为解决所述螺旋副无法自锁的技术问题，所述铰链杆21和动力杆22间的夹角为钝角。

所述第一指节机构包括：设置于所述螺母固定座20一端的第一近端指节11；与所述第一近端指节11、靠近第一近端指节11的传动杆23、靠近第一近端指节11的伸缩套杆24配接的第一远端指节12。所述第二指节机构包括：设置于所述螺母固定座20一端的第二近端指节13；与所述第二近端指节13、靠近第二近端指节13的传动杆23、靠近第二近端指节13的伸缩套杆24配接的第二远端指节14；设置于所述第二远端指节14的压力传感模组15，用于测量所述第二远端指节14与目标物体的接触压力。

具体的，所述第一近端指节11与所述螺母固定座20一端通过销轴铰接；所述第一远端指节12分别与最近的传动杆23、最近的伸缩套杆24、第一近端指节11通过销轴铰接。所述第二近端指节13与所述螺母固定座20的另一端通过销轴铰接；所述第二远端指节14分别与最近的传动杆23、最近的伸缩套杆24、所述第二近端指节13通过销轴铰接。

可以理解的是，解决夹爪对目标物体的接触压力不能控制的前提为检测夹爪对目标物体的接触压力。为此本申请所述第二远端指节14设置有压力传感器，用于测量所述第二远端指节14的对目标物体的接触压力。

考虑到一般压力传感器的测压面只有直径2mm，而在抓手的实际应用场景中，经常会遇到不规则的目标物体。压力传感器的测压面相较于第二远端指节14与目标物体的实际接触面较小，可能导致所述第二远端指节14在抓取不规则的目标物体时，难以触发压力传感器。

请参照图3，为解决压力传感器难以触发的技术问题，在本申请的一种优选实施方式中，所述第二远端指节14设置有压力传感模组15，用于测量所述第二远端指节14的对目标物体的接触压力。

具体的，所述压力传感模组15包括：安装底座151；与所述安装底座151连接的悬臂梁152；设置于所述安装底座151与所述悬臂梁152间、具有测压面的压力传感器153；设置于所述悬臂梁152、与所述压力传感器153测压面接触的扩压板154。换句话说，所述压力传感模组15实现压力传感器153测压面扩大，进而使得压力传感模组15容易与目标物体产生接触，从而测量电压信号。可以理解的是，所述压力传感器153并不直接与目标物体接触，而是测量来自扩压板154传递的压力。

需要指出的是，所述双指欠驱动抓手100还包括控制模块，用于根据所述第二远端指节14与目标物体的接触压力，控制接触压力在预设范围，以便不对目标物体造成破坏。可以理解的是，当所述第一指节机构和第二指节机构往闭合方向运行，实现抓取动作时，第二远端指节14与目标物体接触，从而产生接触压力。当所述接触压力超过目标物体弹性变形范围，目标物体将产生形变或者被破坏。而当所述接触压力小于目标物体与双指欠驱动抓手100的静摩擦力，目标物体不能被有效抓取。因此发明人通过设定预设范围的接触压力，以便不对目标物体造成破坏或对目标物体无效抓取。

需要强调的是，为了保护目标物体不被破坏，本申请还在所述第一指节机构和第二指节机构接触目标物体的一侧设置有硅胶垫。

由于第二远端指节14与目标物体的接触面设置有硅胶垫，并且所述压力传感模组15中压力传感器153实际上是测量来自扩压板154传递的压力，因此测量的接触压力有误差。

本申请发明人为了消除测量电压信号的误差，经实验采样制作拟合曲线，生成拟合方程f(x)＝0.01122x-7.874。公式中f(x)为测量接触压力，单位为牛顿；x为测量压力下对应的电压信号，单位为毫伏。

具体的，发明人选用两种标定进行采样拟合，采样压力区间在0-30N。其中，第一种标定间隔1N的采样标定方式，采样数据表如下：

发明人根据上述采样数据表，制作拟合曲线，如图4所示。图4中横坐标代表电压，单位为毫伏；纵坐标代表压力，单位为牛顿。按照间隔1N的采样标定方式施加压力，计算测量值与实际值的偏差值。在统计多个偏差值后，为控制偏差值不超过0.5N，生成方程为f(x)＝0.01122x-7.874。

之后，为了确保数据准确性，又采用第二种标定间隔0.6N的采样标定方式，采样数据表如下：

发明人根据上述采样数据表，制作拟合曲线，如图5所示。图5中横坐标代表电压，单位为毫伏；纵坐标代表压力，单位为牛顿。按照间隔0.6N的采样标定方式施加压力，计算测量值与实际值的偏差值。发明人观察发现两者偏差很小，拟合曲线斜率一致，可见标定数据可靠。因此拟合方程f(x)＝0.01122x-7.874同样稳定、可靠。

本申请所提供的双指欠驱动抓手100的工作原理为：

电机16通过齿轮组间接带动丝杠19转动，从而使得所述螺母相对丝杠19做轴向运动，进而带动铰链杆21相对螺母固定座20偏转，铰链杆21带动动力杆22相对铰链杆21偏转，动力杆22带动传动杆23相对动力杆22偏转。此时第一远端指节12、第二远端指节14在各自连接的传动杆23的作用下向抓取中心靠近，从而使得第一远端指节12和第二远端指节14对位于抓取中心的目标物体产生了夹持作用。

本申请所提供的双指欠驱动抓手100具有两种抓取策略，其中，一种抓取策略为远端指节平行夹持目标物体；另一种抓取策略为远端指节和近端指节包络目标物体。可以理解的是，所述远端指节平行夹持目标物体具体表现为，第一远端指节12、第二远端指节14同时对位于抓取中心的目标物体产生夹持作用。所述远端指节和近端指节包络目标物体具体表现为，第一远端指节12、第二远端指节14、第一近端指节11、第二近端指节13同时对位于抓取中心的目标物体产生包络作用。

所述远端指节平行夹持目标物体的工作原理为：

在第一近端指节11、第二近端指节13未受到目标物体抵靠的情况下，电机16通过齿轮组间接带动丝杠19转动，从而使得螺母固定座20设置的螺母相对丝杠19做轴向运动，进而带动铰链杆21相对螺母固定座20偏转。铰链杆21带动动力杆22相对铰链杆21偏转，动力杆22带动传动杆23相对动力杆22偏转。此时第一远端指节12、第二远端指节14在各自连接的传动杆23的作用下向抓取中心靠近。同时，传动杆23通过第一远端指节12带动第一近端指节11、传动杆23通过第二远端指节14带动第二近端指节13连轴向抓取中心偏转。直至第一远端指节12、第二远端指节14受到目标物体抵靠。之后，第二远端指节14的压力传感模组15测量所述第二远端指节14与目标物体的接触压力。当接触压力在预设范围内，则停止电机16转动，两个传动杆23相对对应的动力杆22偏转角度保持固定，从而实现平行夹取。

所述远端指节和近端指节包络目标物体的工作原理为：

在第一近端指节11、第二近端指节13的移动受到目标物体抵靠的情况下，第一近端指节11、第二近端指节13相对螺母固定座20的角度保持固定。之后电机16继续工作，当传动杆23绕动力杆22偏转时，第一远端指节12绕第一近端指节11的活动端偏转，第二远端指节14绕第二近端指节13的活动端偏转。直至第一远端指节12、第二远端指节14受到目标物体抵靠。之后，第二远端指节14的压力传感模组15测量所述第二远端指节14与目标物体的接触压力。当接触压力在预设范围内，则停止电机16转动，两个传动杆23相对对应的动力杆22偏转角度保持固定，第一远端指节12相对第一近端指节11的偏转角度保持固定，第二远端指节14相对第二近端指节13的偏转角度保持固定，从而实现包络抓取。

为进一步缩小所述第一远端指节12、第二远端指节14、第一近端指节11、第二近端指节13所构成的包络范围。在本申请的一种优选实施方式中，所述伸缩套杆24包括：套筒241；设置于套筒241的弹性件242；与所述弹性件242连接、部分设置于套筒241的伸缩杆243。可以理解的是，所述伸缩套杆24可以实现伸缩功能，从而在传动杆23偏转、第一远端指节12绕第一近端指节11的活动端偏转、第二远端指节14绕第二近端指节13的活动端偏转的情况下，部分设置于套筒241的伸缩杆243受传动杆23驱动，进一步推动第一远端指节12、第二远端指节14向内偏转。直至第一远端指节12、第二远端指节14受到目标物体抵靠。

进一步的，所述双指欠驱动抓手还包括与所述伸缩套杆配接的约束压板25，用于防止所述伸缩杆243脱离所述套筒241。

为进一步提高双指欠驱动抓手100的智能化程度，所述双指欠驱动抓手100还包括：

摄像模块，用于获取目标物体外形轮廓；

所述控制模块，还用于根据所述目标物体外形轮廓，控制所述指节机构执行两种抓取策略中至少一种抓取策略。

具体的，所述摄像模块可以理解为用于记录目标物体照片或视频的摄像头。所述摄像模块可以根据目标物体的照片或视频，转换为目标物体的二值图。根据目标物体的二值图可以识别目标物体的轮廓。

进一步的，所述控制模块可以根据目标物体的二值图识别目标物体的轮廓，计算目标物体的尺寸。第一远端指节12与第二远端指节14的距离作为设备参数可以被所述控制模块调取。所述控制模块可以根据目标物体的尺寸、第一远端指节12与第二远端指节14的距离，计算目标物体与第一远端指节12的间隙、目标物体与第二远端指节14的间隙，控制所述指节机构执行两种抓取策略中至少一种抓取策略。

当目标物体与第一远端指节12的间隙、目标物体与第二远端指节14的间隙在第一距离范围内，则所述控制模块选用远端指节平行夹持目标物体的抓取策略。当目标物体与第一远端指节12的间隙、目标物体与第二远端指节14的间隙在第二距离范围内，则所述控制模块选用远端指节和近端指节包络目标物体的抓取策略。

本申请所述双指欠驱动抓手100还设有行程开关，用于判断所述第一远端指节12和所述第二远端指节14是否处于安全距离。

下面介绍所述远端指节平行夹持目标物体后进行释放的工作原理。

当双指欠驱动抓手100收到释放指令，电机16通过齿轮组间接带动丝杠19转动，从而使得螺母固定座20设置的螺母相对丝杠19做轴向运动，进而带动铰链杆21相对螺母固定座20背向偏转。铰链杆21带动动力杆22相对铰链杆21偏转，动力杆22带动传动杆23相对动力杆22偏转。此时第一远端指节12、第二远端指节14在各自连接的传动杆23的作用下向抓取中心远离。使得第二远端指节14的压力传感模组15测量不受目标物体挤压，目标物体被释放。同时，传动杆23通过第一远端指节12带动第一近端指节11、传动杆23通过第二远端指节14带动第二近端指节13连轴向抓取中心远离。之后，所述电机16继续转动，直至第一远端指节12和第二远端指节14触发行程开关，电机16停止转动。这意味着直接的距离为安全距离。便于下次双指欠驱动抓手100执行任务时，有足够的时间和空间进行操作，从而避免造成安全事故。

下面介绍所述远端指节和近端指节包络目标物体后进行释放的工作原理。

当双指欠驱动抓手100收到释放指令，电机16通过齿轮组间接带动丝杠19转动，从而使得螺母固定座20设置的螺母相对丝杠19做轴向运动，进而带动铰链杆21相对螺母固定座20背向偏转。铰链杆21带动动力杆22相对铰链杆21偏转，动力杆22带动传动杆23相对动力杆22偏转。

传动杆23上的驱动力分别驱动第一远端指节12绕第一近端指节11上的铰链约束进行反向转动，第二远端指节14绕第二近端指节13上的铰链约束进行反向转动。使得第二远端指节14的压力传感模组15测量不受目标物体挤压。同时，伸缩套杆24受第一远端指节12、第二远端指节14的作用力反向转动，并且套筒241内弹性件242的复位力使得伸缩杆243复位。进而第一远端指节12和第二远端指节14均完成复位。接着电机16继续转动，第一近端指节11和第二近端指节13与目标物体解除接触，目标物体被释放。之后，所述电机16继续转动，直至第一远端指节12和第二远端指节14触发行程开关，电机16停止转动。这意味着直接的距离为安全距离。便于下次双指欠驱动抓手100执行任务时，有足够的时间和空间进行操作，从而避免造成安全事故。

本申请提供的双指欠驱动抓手100通过在第二远端指节14设置压力传感模组15，从而检测双指欠驱动抓手100相对目标物体的接触压力。通过控制模块，控制接触压力在预设范围，从而不对目标物体造成破坏。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种双指欠驱动抓手，其特征在于，包括：

驱动机构；

分别与所述驱动机构两端配接的两组欠驱动机构；

分别与所述驱动机构、驱动机构一端的欠驱动机构配接的第一指节机构；

分别与所述驱动机构、驱动机构另一端的欠驱动机构配接的第二指节机构；

所述第一指节机构和第二指节机构并联执行开合行程，以便抓取或释放目标物体；

所述第一指节机构包括：

与所述驱动机构配接的第一近端指节；

与所述第一近端指节、驱动机构一端的欠驱动机构配接的第一远端指节；

所述第二指节机构包括：

与所述驱动机构配接的第二近端指节；

与所述第二近端指节、驱动机构另一端的欠驱动机构配接的第二远端指节；

设置于所述第二远端指节的压力传感模组，用于测量所述第二远端指节与目标物体的接触压力。

2.如权利要求1所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，所述压力传感模组包括：

固定于所述第二远端指节靠近目标物体面的安装底座；

与所述安装底座固定连接的悬臂梁；

设置于所述安装底座与所述悬臂梁间、具有测压面的压力传感器；

设置于所述悬臂梁、与所述压力传感器测压面接触的扩压板。

3.如权利要求1所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，所述驱动机构包括：

具有传动轴的电机；

套设于电机传动轴的主动齿轮；

与所述主动齿轮啮合的从动齿轮；

嵌套所述从动齿轮的丝杠；

设置与所述丝杠配接螺母的螺母固定座。

4.如权利要求3所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，任意一组欠驱动机构包括：

与所述螺母连接的铰链杆；

与所述铰链杆铰接的动力杆；

与所述动力杆铰接的传动杆；

与所述螺母固定座一端铰接的伸缩套杆；

其中，所述伸缩套杆、所述传动杆与所述第一远端指节或所述第二远端指节铰接；

所述铰链杆和所述动力杆间的夹角为钝角，以便实现所述螺母相对所述丝杠自锁。

5.如权利要求1所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，所述第一指节机构和第二指节机构接触目标物体的一侧设置有硅胶垫。

6.如权利要求4所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，所述伸缩套杆包括：

套筒；

设置于套筒的弹性件；

与所述弹性件连接、部分设置于套筒的伸缩杆。

7.如权利要求6所述的双指欠驱动抓手，其特征在于，所述双指欠驱动抓手还包括与所述伸缩套杆配接的约束压板，用于防止所述伸缩杆脱离所述套筒。

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