RU184056U1

RU184056U1 - Robotic gripper

Info

Publication number: RU184056U1
Application number: RU2017143680U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Маргун; Дмитрий Николаевич Базылев; Константин Александрович Зименко; Артем Сергеевич Кремлев; Александр Николаевич Щукин; Григорий Викторович Баранов; Максим Андреевич Поляшов; Дмитрий Добриборщ
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-10-12

Abstract

Полезная модель относится к робототехническим устройствам и предназначена для захвата и удержания предметов разнообразной формы, в частности, при выполнении манипуляционных операций предметами, подверженным механическим повреждениям или деформациям. Сущность изобретения заключается в том, что со стороны контактной поверхности на каждой фаланге располагаются датчики давления, образующие вместе с блоком управления систему силового очувствления, а сжатие/разжатие пальцев осуществляется посредством наматывания/разматывания приводных тяг на шкифе сервопривода. Технический результат состоит в упрощении конструкции схвата, а также уменьшении его массы и энергопотребления. Робототехнический схват может найти применение при установке на мобильные роботы.

The utility model relates to robotic devices and is designed to capture and hold objects of various shapes, in particular, when performing manipulation operations with objects subject to mechanical damage or deformation. The essence of the invention lies in the fact that on the contact surface side on each phalanx there are pressure sensors that form, together with the control unit, a power sensing system, and the compression / unclenching of the fingers is carried out by winding / unwinding the drive rods on the servo pulley. The technical result consists in simplifying the design of the tong, as well as reducing its mass and energy consumption. Robotic grip can be used when installed on mobile robots.

Description

Полезная модель относится к робототехническим устройствам и предназначена для захвата и удержания предметов разнообразной формы, в частности, при выполнении манипуляционных операций предметами, подверженным механическим повреждениям или деформациям.The utility model relates to robotic devices and is designed to capture and hold objects of various shapes, in particular, when performing manipulation operations with objects subject to mechanical damage or deformation.

Известен механический схват (Патент на изобретение РФ 2257996, МПК B25J 15/00, опубл. 27.07.2005), содержащий шарнирно установленные на корпусе захватные рычаги, кинематически связанные со штоком силового цилиндра, гибкое звено, шток с криволинейной направляющей канавкой с проложенным в ней вдоль захватных поверхностей гибким звеном, концы которого закреплены на захватных рычагах, причем вдоль этих поверхностей в гибкое звено вмонтирован ряд параллельных струнно-образных контактных продольных электродов, на захватных поверхностях смонтированы ответные контактные поперечные электроды, размещенные перекрестно струнно-образным продольным электродам.Known mechanical grip (Patent for the invention of the Russian Federation 2257996, IPC B25J 15/00, publ. 07/27/2005) containing pivotally mounted gripping levers on the housing kinematically connected to the rod of the power cylinder, a flexible link, a rod with a curved guide groove with a guide along the gripping surfaces with a flexible link, the ends of which are fixed on the gripping levers, and along these surfaces a series of parallel string-shaped contact longitudinal electrodes are mounted in the flexible link, on the gripping surfaces are mounted tnye transverse contact electrodes placed cross string-shaped longitudinal electrodes.

Недостаток устройства заключается в том, что система очувствления, состоящая из сетки струнно-образных контактных продольных электродов, позволяет получать информацию лишь о месте и величине (площади соприкосновения) контактирования захватываемой детали в захватных участках схвата, но не о силе сжатия детали. Отсутствие информации о силе сжатия сужает технологические возможности устройства по захвату и манипулированию хрупкими и неупруго деформируемыми предметами.The disadvantage of this device is that the sensing system, consisting of a grid of string-shaped contact longitudinal electrodes, allows you to get information only about the place and magnitude (contact area) of the contact of the captured part in the gripping sections of the grip, but not about the compression force of the part. The lack of information about the compressive force narrows the technological capabilities of the device to capture and manipulate fragile and inelastically deformable objects.

Известен упругодеформируемый схват (Патент на изобретение РФ 2564802, МПК B25J 15/00, опубл. 10.05.2015), содержащий рабочую часть лучеобразной формы, образованную упругими элементами с отогнутыми плечами с отбортовками, корпус с держателями и приводом, и толкатель, расположенный по центру рабочей части и перпендикулярно к ней.Known elastically deformable grip (Patent for the invention of the Russian Federation 2564802, IPC B25J 15/00, publ. 05/10/2015), containing the working part of the beam shape formed by elastic elements with bent shoulders with flanges, a housing with holders and a drive, and a pusher located in the center working part and perpendicular to it.

Недостаток устройства заключается в том, что ввиду отсутствия обратной связи по силе сжатия объекта оперирования при выполнении манипуляционных операций предметами, подверженным механическим повреждениям или деформациям, применение данного устройства возможно либо при строго детерминированной геометрической форме объекта манипуляций, либо при строго детерминированных деформационных характеристиках объекта, соответствующих используемой рабочей части.The disadvantage of this device is that due to the lack of feedback on the compression force of the object being operated upon during manipulation by objects subject to mechanical damage or deformation, the use of this device is possible either with a strictly determined geometric shape of the manipulated object, or with strictly determined deformation characteristics of the object corresponding to used working part.

Наиболее близко к настоящей полезной модели адаптивное трехпалое захватное устройство (Патент на изобретение РФ 2481942, МПК B25J 15/00, опубл. 20.02.2013), содержащее корпус с установленными на нем тремя пальцами, где каждый палец состоит из трех фаланг. В качестве индивидуальных приводов используются сервоприводы с встроенным моментным очувствлением, а контактные поверхности фаланг оснащены тактильными датчиками.Closest to the present utility model is an adaptive three-fingered gripping device (Patent for invention of the Russian Federation 2481942, IPC B25J 15/00, publ. 02.20.2013), containing a body with three fingers mounted on it, where each finger consists of three phalanges. As individual drives, servos with built-in moment sensing are used, and the contact surfaces of the phalanges are equipped with tactile sensors.

Описанное выше захватное устройство за счет своей полноприводности обладает гибкостью, сопоставимой с пальцами руки человека, что позволяет осуществлять захват объектов различной геометрии, а наличие сервоприводов с встроенным моментным очувствлением позволяет измерять и регулировать силу сжатия предмета. Недостаток данного устройства заключается в том, что наличие большого количества сервоприводов утяжеляет конструкцию и требует больших затрат электроэнергии. Это значительно ограничивает сферы применения такого схвата. Например, ввиду указанных недостатков использование устройства на мобильных роботах существенно затруднено.The gripper described above, due to its all-wheel drive, has flexibility comparable to the fingers of a person’s hand, which allows you to capture objects of various geometries, and the presence of servos with built-in moment sensing allows you to measure and adjust the compression force of the subject. The disadvantage of this device is that the presence of a large number of servos makes the design heavier and requires large amounts of electricity. This significantly limits the scope of such a grip. For example, in view of these shortcomings, the use of the device on mobile robots is significantly difficult.

Задачей, для решения которой предназначена предлагаемая полезная модель, является упрощение конструкции, уменьшение массы и энергопотребления устройства.The task for which the proposed utility model is intended is to simplify the design, reduce the mass and power consumption of the device.

Поставленная задача решается достижением технического результата, заключающегося в расширении сферы использования.The problem is solved by achieving a technical result, which consists in expanding the scope of use.

Данный технический результат достигается тем, что в робототехническом схвате, содержащем корпус с прикрепленными к нему пальцами, состоящими из фаланг, новым является то, что корпус содержит систему механических блоков, блок управления и соединенный с ним сервопривод, а фаланги, соединенные последовательно друг с другом и корпусом посредством гибкой упругой связи, представлены в виде выполненного из жесткого материала каркаса, на краях которого со стороны контактной поверхности расположены датчики давления с установленной на них тонкой жесткой пластиной, которые покрыты упруго деформируемым слоем, причем в каждом каркасе проделаны по два продольных сквозных отверстия: со стороны контактной поверхности сквозное отверстие предназначено для приводных тяг, проведенных через систему механических блоков и закрепленных с одной стороны с крайней фалангой и со шкифом сервопривода с другой стороны; второе сквозное отверстие расположено с обратной по отношению к контактной поверхности стороны и предназначено для проведения шлейфов, объединяющих датчики давления в фалангах с блоком управления.This technical result is achieved by the fact that in a robotic grip containing a housing with fingers attached to it consisting of phalanges, it is new that the housing contains a system of mechanical blocks, a control unit and a servo drive connected to it, and phalanges connected in series with each other and the housing by means of flexible elastic coupling, are presented in the form of a frame made of rigid material, at the edges of which pressure sensors with thinly mounted sensors are located on the side of the contact surface hard plate, which are covered with an elastically deformable layer, and in each frame two longitudinal through holes are made: from the side of the contact surface, the through hole is intended for drive rods carried through a system of mechanical blocks and fixed on one side with an extreme phalanx and with a servo pulley with the other side; the second through hole is located on the opposite side to the contact surface and is intended for loops connecting pressure sensors in the phalanges with the control unit.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 изображена заявляемая полезная модель с двумя пальцами, закрепленными на корпусе, и двумя фалангами на каждом из пальцев,in FIG. 1 shows the inventive utility model with two fingers mounted on the body, and two phalanges on each of the fingers,

на фиг. 2 изображена фаланга пальца подробнее.in FIG. 2 shows the phalanx of the finger in more detail.

Корпус 1 робототехнического схвата содержит систему механических блоков 2, блок управления 3 и соединенный с ним сервопривод 4. К корпусу 1 прикреплены пальцы, которые состоят из фаланг, соединенных последовательно друг с другом и с корпусом 1 посредством гибких упругих связей 5. Каждая фаланга содержит каркас 6, выполненный из жесткого материала, датчики давления 7, расположенные на краях каркаса 6 со стороны контактной поверхности, тонкую жесткую пластину 8, установленную на датчики давления 7, и упруго деформируемый слой 9, покрывающий датчики давления 7 и тонкую жесткую пластину 8. Каждый каркас 6 содержит по два продольных сквозных отверстия (на рисунках не представлены): со стороны контактной поверхности сквозное отверстие предназначено для приводных тяг 10, проведенных через систему блоков 2 и закрепленных с одной стороны с крайней фалангой и со шкифом 11 сервопривода 4 с другой стороны; второе сквозное отверстие расположено с обратной по отношению к контактной поверхности стороны и предназначено для проведения шлейфов 12, объединяющих датчики давления 7 в фалангах с блоком управления 3, расположенным в корпусе 1 и соединенным с сервоприводом 4.The housing 1 of the robotic gripper contains a system of mechanical blocks 2, a control unit 3 and a servo drive 4 connected to it. Fingers are attached to the housing 1, which consist of phalanges connected in series with each other and with the housing 1 by means of flexible elastic connections 5. Each phalanx contains a frame 6, made of rigid material, pressure sensors 7 located on the edges of the frame 6 from the side of the contact surface, a thin rigid plate 8 mounted on the pressure sensors 7, and an elastically deformable layer 9 covering the sensor and pressure 7 and a thin rigid plate 8. Each frame 6 contains two longitudinal through holes (not shown in the figures): from the side of the contact surface, the through hole is for drive rods 10, passed through a system of blocks 2 and fixed on one side with an extreme phalanx and with a sheave 11 of the servo 4 on the other hand; the second through hole is located on the opposite side to the contact surface and is designed to conduct loops 12, combining pressure sensors 7 in the phalanges with a control unit 3 located in the housing 1 and connected to the servo drive 4.

В качестве гибкой упругой связи, обеспечивающей возврат фаланг пальцев схвата в исходное положение, могут применяться пружины или растягивающиеся элементы, выполненные из эластичных материалов, например из резины или полиуретана.As a flexible elastic connection, ensuring the return of the phalanges of the gripping fingers to their original position, springs or stretching elements made of elastic materials, for example, rubber or polyurethane, can be used.

Количество и расположение пальцев на корпусе может варьироваться с соответствующим изменением системы механических блоков так, чтобы приводные тяги каждого из пальцев сводились к шкифу сервопривода. Количество пальцев может быть от двух и более. Количество фаланг в каждом пальце схвата может варьироваться от одной и более.The number and arrangement of fingers on the housing can vary with a corresponding change in the system of mechanical blocks so that the drive rods of each of the fingers are reduced to a servo pulley. The number of fingers can be from two or more. The number of phalanges in each finger of the tong can vary from one or more.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для сжатия/разжатия робототехнического схвата с блока управления 3 поступает сигнал на сервопривод 4, наматывающий на/разматывающий со шкифа 11 приводные тяги 10, которые посредством системы механических блоков 2 приводят в движение пальцы схвата. При этом длина шлейфов 12 должна быть такой, чтобы они не препятствовали полному сжатию схвата.For compression / decompression of the robotic gripper, a signal is transmitted from the control unit 3 to the servo drive 4, winding / unrolling the drive rods 10 from the pulley 11, which drive the gripper fingers through a system of mechanical blocks 2. The length of the loops 12 should be such that they do not interfere with the full compression of the grip.

При захвате и удержании предмета схватом через упруго деформируемый слой 9 и тонкую жесткую пластину 8 на датчики давления 7 воздействует сила контактного взаимодействия с объектом. С каждого датчика давления 7 посредством шлейфов 12 на блок управления 3 поступает информация о силе и местах контактного взаимодействия с объектом. На основе информации, полученной с датчиков давления 7, массогабаритных и деформационных характеристик объекта, с которым контактирует схват, блок управления 3 подает команду на сервопривод 4 об усилении/ослаблении натяжения приводных тяг 10 и, соответственно, увеличении/уменьшении силы сжатия объекта.When capturing and holding an object with a tong through an elastically deformable layer 9 and a thin rigid plate 8, the pressure sensors 7 are affected by the force of contact interaction with the object. From each pressure sensor 7 by means of loops 12 to the control unit 3 receives information about the strength and places of contact interaction with the object. Based on the information received from the pressure sensors 7, the overall dimensions and deformation characteristics of the object with which the tong is in contact, the control unit 3 gives a command to the servo drive 4 to increase / decrease the tension of the drive rods 10 and, accordingly, increase / decrease the compression force of the object.

Упруго деформируемый слой 9 позволяет уменьшить жесткость механического воздействия на предмет, т.е. позволяет работать с мягкими и хрупкими предметами.The elastic deformable layer 9 allows to reduce the rigidity of the mechanical impact on the object, i.e. allows you to work with soft and fragile objects.

Использование предлагаемого устройства позволяет использовать лишь один серводвигатель, и, тем самым, уменьшить массу и энергопотребление устройства.Using the proposed device allows you to use only one servomotor, and thereby reduce the mass and power consumption of the device.

Claims

A robotic gripper comprising a housing with fingers attached to it, consisting of phalanges, and a power sensing system, characterized in that the housing contains a system of mechanical blocks, a control unit and a servo drive connected to it, and phalanges connected in series with each other and the housing by means of a flexible elastic bonds are presented in the form of a frame made of rigid material, on the edges of which pressure sensors with a thin rigid plate mounted on them are located, which are covered by an elastically deformable layer, with two longitudinal through holes made in each frame, while the through hole on the contact surface side is for drive rods drawn through a system of mechanical blocks and fixed on one side with an extreme phalanx and with a servo pulley on the other side and the second through hole is located on the opposite side to the contact surface and is designed to conduct loops connecting pressure sensors in the phalanges with the block a systematic way.