一种基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法技术

本发明专利技术属于自动化机械手技术领域，具体涉及一种基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法，机械手爪包括底盘、并列设置在底盘上的两绳驱动组件以及转动设置在底盘下侧的两相对设置的手指组件，手指组件包括与底盘转动连接的上关节和与上关节转动连接的下关节；绳驱动组件包括上绳轮、下绳轮、第一驱动绳、第二驱动绳、第三驱动绳和第四驱动绳。本发明专利技术通过绳驱动可以有效降低手爪的重量，简化整体结构，拓展了机械手爪的应用场景，通过扭簧实现对外载物体的自适应功能，尤其是被抓取目标是比较柔软的物体时，不会损害其外表，使抓取过程中更加可靠、安全。安全。安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法


[0001]本专利技术属于自动化机械手
，具体涉及一种基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法。

技术介绍

[0002]机械手爪较多地应用在自动化生产线、搬运货物等场合，现有的机械手爪的机械传动部分大多为机械传动，整体质量重，应用到机械臂末端会影响机械臂的整体负载能力。
[0003]机器人手爪可分为刚性手爪和柔性手爪，刚性手爪通常手爪的感知功能有限，且由于其结构特征，在抓取物体时，往往由于其刚性驱动致使其抓取力难以控制，另外刚性手爪抓取比较柔软的物体时，容易损坏其外表，也不能很好的适应形状多变物体的抓取。
[0004]现有的机械手爪多采用一个驱动同时带动多个手指同步向中间聚拢，实现对物体的夹持动作；夹持方向、夹持角度以及夹持的位置均不好调整，对于不规则物体的夹持过程中，由于夹持面积不同，容易导致各手指夹持力不同，从而导致夹持稳定性和可靠性差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的机械手爪质量重、抓取力难以控制、夹持稳定性差的缺陷，提供一种整体质量轻、能够柔性稳定地抓取物体的基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：包括底盘、并列设置在所述底盘上的两绳驱动组件以及转动设置在所述底盘下侧的两相对设置的手指组件，每个绳驱动组件对应驱动一个手指组件，所述手指组件包括与所述底盘转动连接的上关节和与所述上关节转动连接的下关节；所述绳驱动组件包括同轴设置的上绳轮和下绳轮，第一驱动绳的一端固定连接在所述下关节的外侧，另一端从所述上绳轮的一侧绕过后固定在所述上绳轮上，第二驱动绳的一端固定连接在所述下关节的内侧，另一端从所述上绳轮的另一侧绕过后固定在所述上绳轮上；第三驱动绳的一端固定连接在所述上关节的外侧，另一端从所述下绳轮的一侧绕过后固定在所述下绳轮上，第四驱动绳的一端固定连接在所述上关节的内侧，另一端从所述下绳轮的另一侧绕过后固定在所述下绳轮上。
[0008]优选地，所述绳驱动组件还包括电机、固定连接在所述电机输出轴上的上扭块、转动安装在所述上扭块内的下扭块、套接在所述上扭块和所述下扭块之间的扭簧；所述扭簧的上端与所述上扭块固定连接，下端与所述下扭块固定连接，所述下扭块的下端通过联轴器连接上绳轮和所述下绳轮的转轴。
[0009]优选地，所述上绳轮和所述下绳轮的转轴的下端连接有角度编码器。
[0010]优选地，所述上绳轮的直径大于所述下绳轮的直径。
[0011]优选地，所述底盘上盖合安装有外壳，所述外壳或底盘上具有与所述上绳轮和所述下绳轮高度对应的上穿绳孔和下穿绳孔，所述外壳或底盘外侧安装有与所述上穿绳孔和
所述下穿绳孔对应的上导绳轮和下导绳轮；所述第一驱动绳和所述第二驱动绳从所述上穿绳孔穿出后绕过所述上导绳轮，所述第三驱动绳和所述第四驱动绳从所述下穿绳孔穿出后绕过所述下导绳轮。
[0012]优选地，所述上关节的外侧面上转动安装有第一导绳轮和第二导绳轮，所述第一导绳轮和所述第二导绳轮的下方的上关节外侧具有第一穿绳孔和第二穿绳孔，所述上关节的内侧面上转动安装有第三导绳轮和第四导绳轮，所述第三导绳轮和所述第四导绳轮的下方的上关节内侧具有第三穿绳孔和第四穿绳孔；所述上关节的内侧和外侧的下端以及所述下关节内侧和外侧的下端均具有用来固定各驱动绳的固定绳组件。
[0013]优选地，所述固定绳组件包括固定块和插接在所述固定块内的接绳筒，其中第一驱动绳、第二驱动绳、第三驱动绳和第四驱动绳的末端固定连接在接绳筒上，所述固定块包括安装孔以及在所述安装孔上侧穿透所述固定块的穿线槽；所述接绳筒插接在所述安装孔内。
[0014]优选地，所述下关节的末端具有用来夹持物体的夹持平面。
[0015]本专利技术还公开了一种基于柔性驱动的两指机械手爪的控制方法，其特征在于，手指组件分为第一手指组件和第二手指组件，包括以下步骤：
[0016]S1、确定需要抓取物体的目标位置，控制器根据手指组件的运动学反解计算出到达目标位置所需要的位移、速度和加速度，并命令两个手指组件的电机转动，使两个手指组件去抓取物体；控制器通过将电机自带的编码器和角度编码器相对比，得出扭簧的扭转角度，进而得出手指组件末端抓取物体的抓取力；
[0017]S2、控制器命令第二手指组件的电机转动，调整第二手指组件末端抓取物体的位置，控制器接着不断调整两个手指组件的姿态，当两个手指组件的抓取力均在抓取物体所需要的额定力范围内，则完成抓取。
[0018]本专利技术的一种基于柔性驱动的两指机械手爪及其控制方法的有益效果是：
[0019]1、本专利技术通过相反方向缠绕在同一个绳轮上两个驱动绳的端部分别连接关节的内侧和外侧，实现绳轮转动的时候一个驱动绳收线，另一个驱动绳放线，以完成手爪的弯曲动作，相比于传统的刚性手爪，本专利技术基于绳驱动的机械手爪可以根据被抓取物体的不同，通过绳子的柔性，使手爪更好地适应被抓取物体的特点，使抓取过程中更加可靠、安全，降低了对被抓取物体造成伤害的概率，通过绳驱动可以有效降低手爪的重量，简化整体结构，拓展了机械手爪的应用场景。
[0020]2、当外部载荷对手爪驱动产生影响时，扭簧会产生变形，通过角度编码器检测出扭簧的变形，由于扭簧的扭转刚度已知，便可以得出该驱动所受力的大小，即手爪末端抓取物体的抓取力的大小，从而实现柔性力感知功能。本专利技术通过采用柔性抓取的结构特征，一方面能够保障时刻对抓取力的把持，另一方面能够通过扭簧实现对外载的自适应功能，尤其是被抓取物体是比较柔软的物体时，不会损害其外表，保障抓取过程中被抓取对象的安全可靠。
[0021]3、通过合理布线可以提高关节运动范围，通过导向轮有效降低阻力，提高传递效率。
附图说明
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0023]图1是本专利技术实施例整体结构图；
[0024]图2是本专利技术实施例缺省外壳后结构图；
[0025]图3是本专利技术实施例绳驱动组件爆炸图；
[0026]图4是本专利技术实施例的手指组件外侧视图；
[0027]图5是本专利技术实施例的手指组件内侧视图；
[0028]图6是图1中A部放大图；
[0029]图7是本专利技术实施例的固定绳组件结构图；
[0030]图8是本专利技术实施例的两指机械手爪的控制策略图。
[0031]图中:1、底盘，2、上关节，3、下关节，31、夹持平面，4、外壳，41、上穿绳孔，42、下穿绳孔，51、第一手指组件，52、第二手指组件，6、角度编码器，7、上绳轮，8、下绳轮，9、上扭块，10、下扭块，11、扭簧，12、电机，13、上导绳轮，14、下导绳轮，15、第一导绳轮，16、第二导绳轮，17、第一穿绳孔，18、第二穿绳孔，19、第三导绳轮，20、第四导绳轮，21、第三穿绳孔，22、第四穿绳孔，23、固定块，2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：包括底盘(1)、并列设置在所述底盘(1)上的两绳驱动组件以及转动设置在所述底盘(1)下侧的两相对设置的手指组件，每个绳驱动组件对应驱动一个手指组件，所述手指组件包括与所述底盘(1)转动连接的上关节(2)和与所述上关节(2)转动连接的下关节(3)；所述绳驱动组件包括同轴设置的上绳轮(7)和下绳轮(8)，第一驱动绳的一端固定连接在所述下关节(3)的外侧，另一端从所述上绳轮(7)的一侧绕过后固定在所述上绳轮(7)上，第二驱动绳的一端固定连接在所述下关节(3)的内侧，另一端从所述上绳轮(7)的另一侧绕过后固定在所述上绳轮(7)上；第三驱动绳的一端固定连接在所述上关节(2)的外侧，另一端从所述下绳轮(8)的一侧绕过后固定在所述下绳轮(8)上，第四驱动绳的一端固定连接在所述上关节(2)的内侧，另一端从所述下绳轮(8)的另一侧绕过后固定在所述下绳轮(8)上。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：所述绳驱动组件还包括电机(12)、固定连接在所述电机(12)输出轴上的上扭块(9)、转动安装在所述上扭块(9)内的下扭块(10)、套接在所述上扭块(9)和所述下扭块(10)之间的扭簧(11)；所述扭簧(11)的上端与所述上扭块(9)固定连接，下端与所述下扭块(10)固定连接；所述下扭块(10)的下端通过联轴器连接上绳轮(7)和所述下绳轮(8)的转轴。3.根据权利要求2所述的一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：所述上绳轮(7)和所述下绳轮(8)的转轴的下端连接有角度编码器(6)。4.根据权利要求2所述的一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：所述上绳轮(7)的直径大于所述下绳轮(8)的直径。5.根据权利要求2所述的一种基于柔性驱动的两指机械手爪，其特征在于：所述底盘(1)上盖合安装有外壳(4)，所述外壳(4)或底盘(1)上具有分别与所述上绳轮(7)和所述下绳轮(8)高度对应的上穿绳孔(41)和下穿绳孔(42)，所述外壳(4)或底盘(1)外侧安装有分别与所述上穿绳孔(41)和所述下穿绳孔(42)对应的上导绳轮(13)和下导绳轮(14)；所述第一驱动绳和所述第二驱动绳从所述上穿绳孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，
申请(专利权)人：周鑫，
类型：发明
国别省市：