具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法技术

本发明专利技术公开了一种具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法，涉及机械手，包括壳体；主电机；调整机构包括力矩调整电机；传动轴与调整机构动力连接，传动轴的一端与主电机的输出轴连接；传动丝杆一端与传动轴的另一端连接；手爪，传动丝杆为手爪提供动力；视觉传感器用于获取待夹取物体的外形轮廓尺寸；控制模块，用于控制主电机和力矩调整电机；工艺参数库模块，用于输入待夹取物的属性和外形轮廓尺寸参数，并输出夹取物体的最佳夹持力，本发明专利技术不依赖于设计控制器和外加力信号，在不改变电机驱动参数的前提下，确定最佳的夹持力，实现抓取作业的两级定位和夹持力调节功能的集成，在实现柔顺抓取作业的同时，简化系统结构，提高力矩调整效率。

【技术实现步骤摘要】
具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法
本专利技术涉及机械手，特别涉及一种具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法。
技术介绍
机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，在工业、农业、医疗等领域具有广阔的应用空间。现有技术对机械装备外界负载的变化，主要是通过电机驱动参数的调整改变传动系统输出扭矩实现系统的平衡，这种方法需要调整的过程，且驱动参数的改变易导致系统速度等参数的波动，增加了系统稳定性控制的难度，影响系统的稳定性运动，甚至失稳；另一方面，现有方法在传动轴输出力矩调整的过程中，难以实现传动机构的缓冲。因此，单纯通过电机驱动参数的调整改变输出扭矩以实现机械手的柔顺作业存在明显不足。另一方面，以果实抓取为例，为了避免碰伤果实，现有技术通常采用被动柔顺控制方法，在手指内侧部位都采用橡胶和尼龙材料包裹，这种方法无法实现夹持力的主动调节。文章《果实采摘机器人末端执行器的柔顺控制研究》设计一种力矩控制器进行物体的柔顺抓取，其基本思想是在抓取过程采用压力传感器获取抓取力的实时数据，当实际抓取力矩大于设定的系统输入参考力矩时，控制系统会发出指令停止末端执行器的抓取动作，这种方法必须要有力信号的加入，增加了系统的复杂性和控制难度，且力矩控制器性能的优劣直接影响果实采摘柔顺控制能否实现，控制系统存在较大偏差。>
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法，不依赖于设计控制器和外加力信号，能够在不改变电机驱动参数的前提下，确定最佳的夹持力，实现抓取作业的两级定位和夹持力调节功能的集成，在实现柔顺抓取作业的同时，简化系统结构，提高力矩调整效率。基于上述目的本专利技术提供的一种具有两级柔顺动力传递的机械手，包括壳体；主电机，所述主电机固定于壳体的内部；调整机构，所述调整机构固定于壳体内部，包括力矩调整电机；传动轴，所述传动轴与调整机构动力连接，传动轴的一端通过联轴器与主电机的输出轴连接；传动丝杆，所述传动丝杆的一端贯穿壳体，并与传动轴的另一端通过联轴器连接；手爪，所述手爪后端部的中部设有驱动件，所述驱动件与传动丝杆螺纹连接，所述手爪的中部设有固定件，固定件与传动丝杆的另一端转动连接，所述固定件端面的两侧分别与手爪的夹取部连接，所述驱动件为夹取部提供夹取的动力；视觉传感器，所述视觉传感器固定于固定件，用于获取待夹取物体的外形轮廓尺寸；控制模块，所述控制模块包括运动控制模块，用于控制主电机和力矩调整电机；工艺参数库模块，包括参数输入模块和参数输出模块，所述参数输入模块用于输入待夹取物的属性和外形轮廓尺寸参数，所述参数输出模块用于输出夹取物体的最佳夹持力；优选的，所述调整机构还包括底板，所述底板固定于壳体内部，所述力矩调整电机固定于底板；力矩调整小齿轮，所述力矩调整小齿轮与力矩调整电机的输出轴键连接；力矩调整大齿轮，所述力矩调整大齿轮的端部与底板转动连接，力矩调整大齿轮与力矩调整小齿轮啮合，力矩调整大齿轮的端面设有滑槽，所述传动轴穿过力矩调整大齿轮的中心位置，并与力矩调整大齿轮转动连接；力矩调整连杆，所述力矩调整连杆包括连接块，所述连接块端面至少一侧设有安装孔；动力杆，所述动力杆贯穿连接块的一侧，动力杆的一端在滑槽内，且该端与滑槽滑动连接；力矩调整输出块，所述力矩调整输出块的中部设有联接孔，力矩调整输出块靠近边缘位置设有通孔，所述动力杆的另一端与联接孔相配合，所述传动轴的轴体与通孔固定连接；力矩调整支撑单元，所述力矩调整支撑单元位于力矩调整输出块的下方，且力矩调整支撑单元包括支撑块，所述支撑块的中间位置与传动轴固定连接；至少一个支撑杆，所述支撑杆两端分别固定于支撑块两端的延伸部；滑块，所述滑块与对应的支撑杆滑动连接，滑块位于连接块的上方，且滑块的下端面设有连接柱，所述连接柱与对应的安装孔转动连接；至少一个调刚弹簧，所述调刚弹簧套接于支撑杆，调刚弹簧的一端固定于滑块，调刚弹簧的另一端与支撑块的延伸部固定连接。优选的，所述支撑块的两端分别向两侧对称延伸，形成“工”字形，所述支撑杆对称设置于支撑块的两侧，所述力矩调整连杆设有两个，且其与支撑杆一一对应。优选的，所述力矩调整输出块为U形，所述通孔位于U形的两个支腿处。优选的，所述滑槽设有两个，其与动力杆一一对应。优选的，所述滑槽为螺线滑槽。优选的，在上述所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手，其抓取方法包括运动控制模块将调整机构复位；参数输入模块通过视觉传感器获取待夹取物的外形轮廓尺寸；在参数输入模块中输入待夹取物的属性；参数输出模块根据参数输入模块的数据输出待夹取物的最佳夹持力F；运动控制模块根据最佳夹持力F确定力矩调整电机微定位转角θ1；运动控制模块根据物体的外形轮廓尺寸，确定输出轴的转角位移θ，进而确定主电机的初定位转角θ0＝θ-θ1；运动控制模块发出指令控制主电机转动，同时带动输出轴同轴转动；当输出轴转动到初定位转角θ0时，主电机停止转动，力矩调整电机启动并以转速n1反向转动，同时带动力矩调整小齿轮反向转动，经过齿轮啮合带动力矩调整大齿轮沿着原有转向继续转动，此时，动力杆在螺线滑槽中相对力矩调整大齿轮反向滑动，滑块压缩调刚弹簧，在此过程中，力矩调整输出块和力矩调整支撑单元同时向输出轴输出扭矩，当力矩调整电机转动到微定位转角θ1时，手爪获得最佳夹持力F并完成抓取定位，力矩调整电机停止转动。优选的，所述调整机构复位的过程如下：运动控制模块控制主电机和力矩调整电机分别转动，使动力杆的端部与滑槽的端部接触，使滑块位于支撑杆的中间位置。优选的，所述微定位转角θ1的确定步骤如下：获取夹持力F与输出轴的输出扭矩T的函数关系F＝f(T)，根据夹持力F确定输出轴所需输出扭矩T，且T＝T1+T2，其中，T1为力矩调整输出块的输出扭矩，T2为力矩调整支撑单元的输出扭矩；确定力矩调整输出块的输出扭矩其中，P1为力矩调整电机的功率，n1为力矩调整电机的转速，i为力矩调整小齿轮与力矩调整大齿轮间的传动比，η为力矩调整电机到力矩调整大齿轮间的传动效率；确定力矩调整支撑单元的输出扭矩T2＝T-T1；根据T2＝k×Δx×L，其中，k为调刚弹簧的刚度，L为支撑杆间的距离，Δx为调刚弹簧的压缩量，r为连接块的长度，θ2为力矩调整大齿轮的转角，由此可求得力矩调整大齿轮的转角θ2；力矩调整电机的转角θ1＝i×θ2。本专利技术的有益效果：采用本专利技术的一种具有两级柔顺动力传递的机械手及其抓取方法，具有以下有益效果：将抓取定位与力矩调整相结合，能够实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有两级柔顺动力传递的机械手，其特征在于：包括/n壳体(70)；/n主电机(101)，所述主电机(101)固定于壳体(70)的内部；/n调整机构，所述调整机构固定于壳体(70)内部，包括力矩调整电机(102)；/n传动轴(300)，所述传动轴(300)与调整机构动力连接，传动轴(300)的一端通过联轴器与主电机(101)的输出轴连接；/n传动丝杆(501)，所述传动丝杆(501)的一端贯穿壳体(70)，并与传动轴(300)的另一端通过联轴器连接；/n手爪(60)，所述手爪(60)后端部的中部设有驱动件，所述驱动件与传动丝杆(501)螺纹连接，所述手爪(60)的中部设有固定件，固定件与传动丝杆(501)的另一端转动连接，所述固定件端面的两侧分别与手爪(60)的夹取部连接，所述驱动件为夹取部提供夹取的动力；/n视觉传感器(90)，所述视觉传感器(90)固定于固定件，用于获取待夹取物体(10)的外形轮廓尺寸；/n控制模块(1)，所述控制模块(1)包括/n运动控制模块(11)，用于控制主电机(101)和力矩调整电机(102)；/n工艺参数库模块(12)，包括参数输入模块(121)和参数输出模块(122)，所述参数输入模块(121)用于输入待夹取物的属性和外形轮廓尺寸参数，所述参数输出模块(122)用于输出夹取物体(10)的最佳夹持力。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有两级柔顺动力传递的机械手，其特征在于：包括
壳体(70)；
主电机(101)，所述主电机(101)固定于壳体(70)的内部；
调整机构，所述调整机构固定于壳体(70)内部，包括力矩调整电机(102)；
传动轴(300)，所述传动轴(300)与调整机构动力连接，传动轴(300)的一端通过联轴器与主电机(101)的输出轴连接；
传动丝杆(501)，所述传动丝杆(501)的一端贯穿壳体(70)，并与传动轴(300)的另一端通过联轴器连接；
手爪(60)，所述手爪(60)后端部的中部设有驱动件，所述驱动件与传动丝杆(501)螺纹连接，所述手爪(60)的中部设有固定件，固定件与传动丝杆(501)的另一端转动连接，所述固定件端面的两侧分别与手爪(60)的夹取部连接，所述驱动件为夹取部提供夹取的动力；
视觉传感器(90)，所述视觉传感器(90)固定于固定件，用于获取待夹取物体(10)的外形轮廓尺寸；
控制模块(1)，所述控制模块(1)包括
运动控制模块(11)，用于控制主电机(101)和力矩调整电机(102)；
工艺参数库模块(12)，包括参数输入模块(121)和参数输出模块(122)，所述参数输入模块(121)用于输入待夹取物的属性和外形轮廓尺寸参数，所述参数输出模块(122)用于输出夹取物体(10)的最佳夹持力。


2.根据权利要求1所述的一种具有两级柔顺动力传递的抓取作业机械手，其特征在于：所述调整机构还包括
底板(210)，所述底板(210)固定于壳体(70)内部，所述力矩调整电机(102)固定于底板(210)；
力矩调整小齿轮(420)，所述力矩调整小齿轮(420)与力矩调整电机(102)的输出轴键连接；
力矩调整大齿轮(421)，所述力矩调整大齿轮(421)的端部与底板(210)转动连接，力矩调整大齿轮(421)与力矩调整小齿轮(420)啮合，力矩调整大齿轮(421)的端面设有滑槽，所述传动轴(300)穿过力矩调整大齿轮(421)的中心位置，并与力矩调整大齿轮(421)转动连接；
力矩调整连杆(430)，所述力矩调整连杆(430)包括
连接块(4302)，所述连接块(4302)端面至少一侧设有安装孔(4303)；
动力杆(4301)，所述动力杆(4301)贯穿连接块(4302)的一侧，动力杆(4301)的一端在滑槽内，且该端与滑槽滑动连接；
力矩调整输出块(431)，所述力矩调整输出块(431)的中部设有联接孔(4311)，力矩调整输出块(431)靠近边缘位置设有通孔(4312)，所述动力杆(4301)的另一端与联接孔(4311)相配合，所述传动轴(300)的轴体与通孔(4312)固定连接；
力矩调整支撑单元(440)，所述力矩调整支撑单元(440)位于力矩调整输出块(431)的下方，且力矩调整支撑单元(440)包括
支撑块(4401)，所述支撑块(4403)的中间位置与传动轴(300)固定连接；
至少一个支撑杆(4402)，所述支撑杆(4402)两端分别固定于支撑块(4401)两端的延伸部；
滑块(4403)，所述滑块(4403)与对应的支撑杆(4402)滑动连接，滑块(4403)位于连接块(4302)的上方，且滑块(4403)的下端面设有连接柱，所述连接柱与对应的安装孔(4303)转动连接；
至少一个调刚弹簧(4404)，所述调刚弹簧(4404)套接于支撑杆(4402)，调刚弹簧(4404)的一端固定于滑块(4403)，调刚弹簧(4404)的另一端与支撑块(4401)的延伸部固定连接。


3.根据权利要求2所述的一种具有两级柔顺动力传递的机械手，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉飞，张席，鞠锦勇，苏学满，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34