一种平行二指机械爪及其识别被抓物体种类的方法技术

本发明专利技术公开了一种平行二指机械爪，包括驱动器和相互平行的两个夹爪，两个所述夹爪连接在所述驱动器上，所述驱动器用于驱动至少一个所述夹爪移动，两个所述夹爪的相对设置的内侧上分别阵列排布设置多个弹性突起部，各个所述弹性突起部内均设有空腔以使得在两个所述夹爪夹取物体时受力的所述弹性突起部能够向内收缩。本发明专利技术还公开了该平行二指机械爪识别被抓物体种类的方法。本发明专利技术对不同形状的物体进行抓取时均具有良好的稳定性和适应性。行抓取时均具有良好的稳定性和适应性。行抓取时均具有良好的稳定性和适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种平行二指机械爪及其识别被抓物体种类的方法


[0001]本专利技术涉及机械臂
，尤其涉及一种平行二指机械爪及其识别被抓物体种类的方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的迅速发展，机器人已从传统的工业应用逐步走向“与人协作”的新领域。由于普通人所处的环境往往属于非结构化环境，这对机器人的感知能力和柔顺性都提出较大挑战。执行机构(机械手)是机器人实现各类复杂操作的重要保证。因此，新型机械爪的设计对于机器人技术的发展具有重要意义。
[0003]当前的机械爪按照结构分，可以分成齿轮夹爪、平行夹爪、仿生多指夹爪等结构。平行结构的机械爪相比于多指结构具有更大的接触面积，但是现有的平行结构的机械臂仅适合抓取形状规则、不易碎、不易变形的物体，在抓取对于一些不规则的物体，容易导致物体受力不均匀，从而使物体滑落，在抓取易碎物体更是无法很好的控制力的大小。
[0004]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种平行二指机械爪及其识别被抓物体种类的方法，对不同形状的物体进行抓取时均具有良好的稳定性和适应性。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术的一个实施例公开了一种平行二指机械爪，包括驱动器和相互平行的两个夹爪，两个所述夹爪连接在所述驱动器上，所述驱动器用于驱动至少一个所述夹爪移动，两个所述夹爪的相对设置的内侧上分别阵列排布设置多个弹性突起部，各个所述弹性突起部内均设有空腔以使得在两个所述夹爪夹取物体时受力的所述弹性突起部能够向内收缩。
[0008]优选地，每个所述弹性突起部从顶部到根部的方向上至少部分的外径逐渐变大。
[0009]优选地，每个所述弹性突起部采用分层伸缩结构，且从所述弹性突起部的顶部到根部的方向上，各层伸缩结构的内径越来越大。
[0010]优选地，每个所述夹爪上设置的多个所述弹性突起部的空腔连通至少一个气腔，每个所述气腔的出口处分别连接气管以通过所述气管对所述气腔进行充气和放气。其中将弹性突起部的空腔连通气腔，实现可以通过气压控制弹性大小的弹性突起部阵列，从而可以根据物体的形状、软硬程度来改变气压以控制弹性突起部的弹性大小，来实现对不同物体的抓取。
[0011]优选地，在每个所述夹爪内设有至少一组气腔隔板以将所述夹爪内的空腔分隔为多个所述气腔，多个所述弹性突起部的空腔分别连通与各自位置相对应的所述气腔。
[0012]优选地，每个所述夹爪上还分别设置力传感器阵列，所述力传感器阵列所设置的
位置与阵列排布的多个所述弹性突起部的位置相互对应；在每个所述弹性突起部的顶部内壁上设有向所述弹性突起部的根部延伸的弹性柱体，以使得在两个所述夹爪夹取物体时受力的所述弹性突起部对应的所述弹性柱体的端部能够与所述力传感器阵列接触。采用气动弹性突起部+力传感器阵列的方法，在力传感器的表面安装一层可以用气压控制弹力的弹性突起部，从而实现了压力检测；此外，该机械爪还可以通过感受弹性突起部被压缩的位置和力的大小来检测物体的形状。
[0013]优选地，所述弹性柱体的长度小于所述弹性突起部的长度。
[0014]优选地，所述力传感器阵列采用压敏电阻力传感器阵列。
[0015]本专利技术的另一个实施例公开了一种采用上述的平行二指机械爪识别被抓物体种类的方法，包括以下步骤：
[0016]S1：提供N类物体，采用所述平行二指机械爪抓取每种物体M次，每次采用所述平行二指机械爪抓取物体时分别采集两个所述夹爪的所述力传感器阵列上所受到的力的矩阵以形成一个样本矩阵，共得到N*M个所述样本矩阵；
[0017]S2：计算任意两个所述样本矩阵的欧式距离Dist(x,y)：
[0018][0019]其中，x、y分别为任意两个所述样本矩阵，x
i
、y
i
分别表示x、y矩阵的第i个元素，n为两个所述夹爪的所述弹性突起部的数量之和；
[0020]S3：对每个欧式距离进行排序，将欧式距离最小的M个样本矩阵对应的样本分为一类，一共划分为N类；
[0021]S4：将每类中的M个样本归入为M个样本中占比最高的那一类，形成KNN分类器；
[0022]S5：采用所述平行二指机械爪抓取待分类物体，并采集两个所述夹爪的所述力传感器阵列上所受到的力的矩阵以形成一个待分类样本矩阵，将所述待分类样本矩阵放入所述KNN分类器中，所述KNN分类器选择与所述待分类样本矩阵的欧式距离最近的类别作为所述待分类物体的类别。
[0023]优选地，在执行步骤S2之前还对N*M个所述样本矩阵分别进行归一化处理，且在步骤S5中还对所述待分类样本矩阵进行归一化处理，以使得所述步骤S2和步骤S5中计算欧式距离时采用的是归一化处理后的所述样本矩阵和所述待分类样本矩阵，其中归一化处理后的矩阵的元素d'
hj
为：
[0024][0025]其中，d
hj
为归一化处理前的矩阵的元素，min(D)为归一化处理前的矩阵中的最小值；max(D)为归一化处理前的矩阵中的最大值。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的平行二指机械爪在相互平行的两个夹爪上分别阵列排布设置多个弹性突起部，且弹性突起部内设有空腔可以使得在两个夹爪夹取物体时受力的弹性突起部能够向内收缩，从而增加机械爪抓取物体时夹爪表面的接触面积，提高机械爪对不同形状物体抓取的稳定性和适应性。
[0027]在进一步的方案中，本专利技术还具有以下有益效果：
[0028](1)夹爪上的弹性突起部的根部连通气腔，可以通过向气腔内充气或放气来控制气压的大小，进一步通过气压的大小可以改变弹性突起部的弹性和控制抓取物体时压力的大小，从而可以适用于抓取各种材料的物体，并可实现对形状不规则、易碎物体的抓取。
[0029](2)通过气腔隔板可以将夹爪内的空腔分隔成多个气腔，可以保证整个系统内部气压的稳定，不会因为局部压力过大而影响整个气腔气压。
[0030](3)在夹爪上设置了力传感器阵列，且阵列排布的多个弹性突起部中的弹性柱体与力传感器阵列的位置相互对应，使得通过检测各个弹性突起部被压缩后产生的力来检测夹爪的各个弹性突起部对物体夹力的大小，可以解决压敏电阻分辨率低的问题，并且更加精准地反应各个位置力的大小。
[0031](4)进一步在设置力传感器阵列的基础上，可以通过KNN分类器训练已知数据，进一步实现在抓取物体的同时完成对物体种类的识别。
附图说明
[0032]图1是本专利技术优选实施例平行二指机械爪的结构示意图；
[0033]图2是平行二指机械爪的驱动器的内部结构图；
[0034]图3是夹爪的结构示意图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平行二指机械爪，其特征在于，包括驱动器和相互平行的两个夹爪，两个所述夹爪连接在所述驱动器上，所述驱动器用于驱动至少一个所述夹爪移动，两个所述夹爪的相对设置的内侧上分别阵列排布设置多个弹性突起部，各个所述弹性突起部内均设有空腔以使得在两个所述夹爪夹取物体时受力的所述弹性突起部能够向内收缩。2.根据权利要求1所述的平行二指机械爪，其特征在于，每个所述弹性突起部从顶部到根部的方向上至少部分的外径逐渐变大。3.根据权利要求1所述的平行二指机械爪，其特征在于，每个所述弹性突起部采用分层伸缩结构，且从所述弹性突起部的顶部到根部的方向上，各层伸缩结构的内径越来越大。4.根据权利要求1所述的平行二指机械爪，其特征在于，每个所述夹爪上设置的多个所述弹性突起部的空腔连通至少一个气腔，每个所述气腔的出口处分别连接气管以通过所述气管对所述气腔进行充气和放气。5.根据权利要求4所述的平行二指机械爪，其特征在于，在每个所述夹爪内设有至少一组气腔隔板以将所述夹爪内的空腔分隔为多个所述气腔，多个所述弹性突起部的空腔分别连通与各自位置相对应的所述气腔。6.根据权利要求1至5任一项所述的平行二指机械爪，其特征在于，每个所述夹爪上还分别设置力传感器阵列，所述力传感器阵列所设置的位置与阵列排布的多个所述弹性突起部的位置相互对应；在每个所述弹性突起部的顶部内壁上设有向所述弹性突起部的根部延伸的弹性柱体，以使得在两个所述夹爪夹取物体时受力的所述弹性突起部对应的所述弹性柱体的端部能够与所述力传感器阵列接触。7.根据权利要求6所述的平行二指机械爪，其特征在于，所述弹性柱体的长度小于所述弹性突起部的长度。8.根据权利要求6所述的平行二指机械爪，其特征在于，所述力传感器阵列采用压敏电阻力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学谦，梁斌，李寿杰，朱晓俊，叶林奇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：