RU2481942C2

RU2481942C2 - Adaptive three-pin gripper

Info

Publication number: RU2481942C2
Application number: RU2011133319/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Иванович Прядко; Александр Владимирович Рогов; Алексей Игоревич Модягин; Федор Геннадьевич Ушаков; Елена Леонидовна Котова
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-05-20
Also published as: RU2011133319A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to robotics. Proposed device comprises housing with three pins fitted thereat at vertices of isosceles or equilateral triangle. Every pin consists of three links, first turning relative to said housing while second and third links turn about first and second links, driven by individual turn drives with parallel rotational axes. Note here that two links may turn about axis perpendicular to links mount plane and to that of link turn. Every said links can turn relative to housing through, at least, 90 degrees actuated by said individual drive. Aforesaid housing accommodates separate drive to turn it with links relative to housing structural element that secures gripper to manipulator. Individual drives are composed of servo drives with built-in moment sensing while link contact surfaces are furnished with touch-sensitive pickups.

EFFECT: higher operating performances.

3 dwg

Description

Представленное изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при создании роботов-манипуляторов для работы с объектами с заранее неизвестной «неправильной» формой и неизвестными жесткостными и прочностными характеристиками.The presented invention relates to the field of robotics and can be used to create robotic manipulators for working with objects with a previously unknown "irregular" shape and unknown stiffness and strength characteristics.

В настоящее время известно большое количество многопальцевых захватных устройств (ЗУ), предназначенных для захвата различных видов объектов заданной формы. Основным функциональным недостатком данных устройств является их неприспособленность к схватыванию объектов с заранее неизвестной формой.Currently, there are a large number of multi-finger gripping devices (memory devices) designed to capture various types of objects of a given shape. The main functional drawback of these devices is their inability to grasp objects with a previously unknown shape.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранному авторами в качестве прототипа, является ЗУ по патенту WO 2004/028753, содержащее корпус с установленными на нем тремя пальцами. Каждый палец имеет две фаланги, каждая из которых приводится в движение своим индивидуальным приводом. Один палец жестко установлен на корпусе и не может изменять своей ориентации относительно корпуса. Каждый из двух других пальцев установлен на своем поворотном рычаге. Поворотные рычаги установлены на корпусе так, что могут синхронно поворачиваться относительно корпуса вокруг перпендикулярных корпусу осей с одного привода поворотов пальцев, выходная шестерня которого через систему зубчатых колес жестко связана с зубчатыми колесами на поворотных рычагах. Таким образом, пальцы могут поворачиваться только синхронно и на одинаковые углы. При этом оси поворотов фаланг пальцев могут быть параллельными в двух крайних положениях поворотных рычагов. В одном крайнем положении пальцы располагаются параллельно друг другу, а в другом крайнем положении при повороте рычагов на 180 пальцы располагаются по схеме два против одного. В любом промежуточном положении рычагов оси поворотов фаланг составляют равнобедренные треугольники различной конфигурации в зависимости от угла поворота привода.The closest technical solution to the proposed invention, selected by the authors as a prototype, is the memory according to patent WO 2004/028753, comprising a housing with three fingers mounted on it. Each finger has two phalanges, each of which is set in motion by its individual drive. One finger is rigidly mounted on the housing and cannot change its orientation relative to the housing. Each of the other two fingers is mounted on its pivot arm. Swivel levers are mounted on the housing so that they can synchronously rotate relative to the housing around axes perpendicular to the housing from one finger turning actuator, the output gear of which through the gear system is rigidly connected to the gears on the swing arms. Thus, the fingers can only rotate synchronously and at the same angles. In this case, the axis of rotation of the phalanges of the fingers can be parallel in two extreme positions of the pivot arms. In one extreme position, the fingers are parallel to each other, and in the other extreme position, when the levers are turned 180 degrees, the fingers are arranged in a two-to-one pattern. In any intermediate position of the levers, the axis of rotation of the phalanges consists of isosceles triangles of various configurations depending on the angle of rotation of the drive.

Основным недостатком прототипа является, обусловленное поворотом через систему зубчатых колес обоих подвижных пальцев одним приводом, равенство углов поворота контактных плоскостей фаланг подвижных пальцев относительно контактных плоскостей неподвижного пальца, что благоприятно для захвата симметричных объектов и существенно затрудняет захват несимметричных объектов, т.к. могут возникать контактные усилия, неперпендикулярные осям подвижности фаланг, которые порождают «выламывающие моменты», приложенные к шарнирам фаланг. Возникающая при этом несбалансированная система контактных сил может привести к выдавливанию объекта из схвата или даже разрушению пальцев при значительных рабочих моментах в приводах фаланг.The main disadvantage of the prototype is due to the rotation through the system of gears of both movable fingers with one drive, the equality of the angles of rotation of the contact planes of the phalanges of the movable fingers relative to the contact planes of the fixed finger, which is favorable for capturing symmetrical objects and significantly complicates the capture of asymmetric objects, because contact forces can occur that are not perpendicular to the axes of mobility of the phalanges, which give rise to “breaking points” applied to the joints of the phalanges. The resulting unbalanced system of contact forces can lead to extrusion of the object from the grip or even destruction of the fingers with significant working moments in the drives of the phalanges.

Цель изобретения - придание захватному устройству свойства адаптивности при работе с объектами произвольной формы, т.е. способности ЗУ выстроить такую конфигурацию пальцев перед непосредственным схватыванием объекта путем сгибания фаланг пальцев, которая будет наилучшим образом отвечать форме объекта, а также упрощение конструкции ЗУ и повышение информативности измерений контактных усилий для работы с объектами с разной жесткостью и прочностью.The purpose of the invention is to make the gripper adaptive when working with objects of arbitrary shape, i.e. the ability of the memory to build such a configuration of fingers before directly grasping the object by bending the phalanges of the fingers, which will best suit the shape of the object, as well as simplifying the design of memory and increasing the information content of contact force measurements for working with objects with different stiffness and strength.

Технический результат достигается тем, что каждый из противостоящих пальцев поворачивается относительно корпуса с помощью индивидуального поворотного привода на угол не менее 90°, а сам корпус с пальцами поворачивается относительно элемента крепления ЗУ к манипулятору, что позволит согласовать плоскости контактных поверхностей фаланг с формой захватываемого объекта и исключит возникновение «выламывающих моментов», т.к. контактные усилия будут создавать моменты только вокруг рабочих осей приводов фаланг. В то же время применение сервоприводов с моментным очувствлением, а также расположение тактильных датчиков на контактных поверхностях фаланг позволит измерить непосредственно силы сжатия объекта каждой фалангой каждого пальца напрямую.The technical result is achieved by the fact that each of the opposing fingers is rotated relative to the housing by means of an individual rotary drive by an angle of at least 90 °, and the housing itself with fingers is rotated relative to the attachment element of the memory to the manipulator, which will allow matching the planes of the contact surfaces of the phalanges with the shape of the captured object and eliminates the occurrence of "breaking points", because contact forces will create moments only around the working axes of the phalanx drives. At the same time, the use of servos with momentary sensation, as well as the location of tactile sensors on the contact surfaces of the phalanges, will make it possible to directly measure the compressive forces of an object with each phalanx of each finger directly.

Схема ЗУ показана на фиг.1.The memory circuit is shown in figure 1.

Захватное устройство имеет три пальца 2, сочлененных с корпусом 1. Каждый палец 2 состоит из трех фаланг 3, которые могут поворачиваться относительно друг друга с помощью индивидуальных поворотных сервоприводов 4 с параллельными осями вращения. Каждая из фаланг имеет контактную площадку 5, оснащенную тактильными датчиками.The gripping device has three fingers 2, articulated with the housing 1. Each finger 2 consists of three phalanges 3, which can be rotated relative to each other using individual rotary servos 4 with parallel rotation axes. Each of the phalanges has a contact pad 5, equipped with tactile sensors.

Схема корпуса ЗУ показана на фиг.2.Scheme of the housing of the memory is shown in figure 2.

В корпусе 1 расположены приводы поворота пальцев 6, которые могут поворачивать пальцы 2 вокруг осей 7, перпендикулярных плоскости установки пальцев и осям поворота фаланг. В корпусе также установлен поворотный привод 8, предназначенный для поворота захватного устройства относительно конструктивного элемента 9, с помощью которого ЗУ крепится к манипулятору.Finger rotation drives 6 are located in the housing 1, which can rotate the fingers 2 around the axes 7, perpendicular to the plane of the fingers and the axis of rotation of the phalanges. The housing also has a rotary actuator 8, designed to rotate the gripper relative to the structural element 9, with which the memory is attached to the manipulator.

На фиг.3 условно показаны сечение захваченного объекта «неправильной» формы внутри схвата и разные углы ориентации поворотных пальцев при адаптации их к форме объекта.Figure 3 conditionally shows a cross section of a captured object of "irregular" shape inside the grip and different orientation angles of the rotary fingers when adapting them to the shape of the object.

Захватное устройство работает следующим образом.The gripping device operates as follows.

При схватывании объекта противостоящие пальцы 2, с помощью индивидуальных поворотных приводов 6, поворачиваются на углы, обеспечивающие оптимальный захват объекта, в том числе несимметричной формы, как показано на фиг.3. Поворотные приводы фаланг 4 обеспечивают сжатие и удержание объекта схватывания, посредством поворота фаланг 3 каждого из пальцев 2 относительно друг друга и относительно корпуса 1. Тактильные датчики, расположенные на контактных площадках 5 фаланг, производят измерения силы сжатия объекта каждой из фаланг, что позволяет контролировать и регулировать силу сжатия объекта.When grasping the object, the opposing fingers 2, using individual rotary drives 6, are rotated at angles that provide optimal grip of the object, including an asymmetric shape, as shown in Fig.3. Rotary drives of the phalanges 4 provide compression and retention of the setting object by rotating the phalanges 3 of each of the fingers 2 relative to each other and relative to the housing 1. Tactile sensors located on the contact pads 5 of the phalanges measure the compressive force of the object of each phalanx, which allows you to control and adjust the compression force of the object.

Claims

An adaptive three-fingered gripping device, comprising a body with three fingers mounted on it, located at the vertices of an isosceles or equilateral triangle, each finger consists of three phalanges, the first of which rotates relative to the body, and the second and third phalanges rotate relative to the first and second, respectively, using individual rotary drives with parallel axes of rotation, and two fingers can be rotatable around an axis perpendicular to the plane finger and perpendicular to the axis of rotation of the phalanges, characterized in that each of the fingers is rotatable relative to the housing by an angle of at least 90 ° using an individual drive, while the housing has a rotary drive that rotates the housing with fingers relative to the structural element of the housing, with by means of which the gripping device is attached to the manipulator, servo drives with built-in torque sensing are used as individual drives, and the contact surfaces of the phalanges are equipped with us tactile sensors.