【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人，更具体地，涉及一种夹取式机械手及精准倒水控制方法。
技术介绍
1、为人倒水送对当前智能服务机器人的基本功能要求。在当前研究与应用案例中，虽然机器人可以在呈现形式上实现此项功能要求，然而实际上，机器人对水杯中的水量多少、倒水速度等并无感知能力，当前的机器人倒水功能基本停留在轨迹规划层面。
2、造成此种现象的原因，主要是因为机器人并不具备实时的水杯水位高度监控能力。在倒水的过程中，水杯姿态在机械手的操作下实时发生变化，当前主流的液位测量手段，如超声、视觉等，均无法在适应灵活多变的工作环境。
3、如何在复杂操作条件下，实现水杯姿态、液位高度的精准测量，并在此基础上，实现精准倒水，对服务机器人操作能力提升具有重要意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种夹取式机械手及精准倒水控制方法，该专利技术能够在机械手倒水时水杯倾斜的情况下对水杯内的水位高度进行测量，同时根据要求倒出定量的水，提升机器人的感知能力与操作能力。
2、技术方案：本专利技术所述的一种夹取式机械手，包括中心支架、旋转夹爪、定位夹爪、测量夹手、惯性测量单元、主控板以及舵机，所述中心支架上安装有所述舵机和主控板，所述舵机的输出轴连接有齿轮机构，所述齿轮机构的两侧通过所述旋转夹爪分别连接有所述定位夹爪，两侧的所述定位夹爪均安装有所述测量夹手，所述测量夹手上安装有所述惯性测量单元，所述测量夹手内侧安装有铜箔。
3、在
4、在一些实施方式中，所述齿轮机构相互啮合的主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与所述舵机的输出轴连接，所述主动齿轮和从动齿轮均为渐开线齿轮，两者的模数与齿数相同，并均固定在中心支架上。
5、在一些实施方式中，所述旋转夹爪包括四个，其中两个旋转夹爪一端分别与主动齿轮和从动齿轮的旋转中心固定，随主动齿轮和从动齿轮的旋转进行等角速度转动，另一端与定位夹爪连接形成旋转副。
6、在一些实施方式中，另外两个旋转夹爪一端与中心支架连接形成旋转副，另一端与定位夹爪连接形成旋转副。
7、在一些实施方式中，所述测量夹手一侧与定位夹爪固定连接，另一侧成半圆筒形结构，两个测量夹手合并形成整圆结构。
8、在一些实施方式中，所述铜箔呈长方形结构，均布贴于测量夹手内侧。
9、在一些实施方式中，所述主控板上安装寄生电容测量芯片，与所有铜箔连接，分别测量各个铜箔上的寄生电容。
10、另一方面，本专利技术还公开了一种夹取式机械手的倒水控制方法，该方法包括：
11、水杯姿态计算：通过对惯性测量单元数据的采集分析，得到当前水杯姿态；
12、水位高度计算：各个铜箔上的寄生电容分别测量，得到水杯不同位置处的水位高度测量值，结合惯性测量单元数据，将各个测量值换算到同一平面；由于液位呈水平状态，通过对任何单一铜箔上寄生电容的测量即可测到液位高度，此处求取多个液位高度的平均值作为最终的液位高度计算值，提升计算精度；
13、倒水状态判断：根据水杯姿态与液位高度，得到当前的倒水状态，倒水状态共包含三种：高水位状态、满水状态、低水位状态：高水位状态下，水位高度高于水杯的杯口底边，水杯内的水正在倒出；满水状态下，水位高度与杯口底边平齐，低水位状态下，水位高度低于水杯的杯口底边，水杯内的水未倒出；
14、倒水状态预测：在满水和低水位状态下，水杯内的水量在此种姿态条件下保持不变；在高水位状态下，水杯内的水持续倒出，直到水位高度与杯口底边平齐，即达到满水状态；
15、优化控制求解：命令输入为倒出水量或杯内留存水量的指令，联合命令输入与倒水状态预测结果，进行机械手运动的优化控制求解，对是否需要增加倒水角度或降低倒水角度进行计算；
16、机械手运动：根据计算结果控制机械手的运动，实现精准倒水。
17、有益效果：本专利技术能够在机械手倒水时水杯倾斜的情况下对水杯内的水位高度进行测量，同时根据要求倒出定量的水，提升机器人的感知能力与操作能力；
18、本专利技术中，旋转夹爪呈长方体结构，共有四个。其中两个旋转夹爪一端分别与主动齿轮和从动齿轮的旋转中心固定，随主动齿轮和从动齿轮的旋转进行等角速度转动（此处假设转动中心a），另一端与与定位夹爪连接形成旋转副（转动中心b）。另外两个旋转夹爪一端与中心支架连接形成旋转副（转动中心c），另一端与定位夹爪连接形成旋转副（转动中心d）。由于采用相同的旋转夹爪，ab与cd之间的距离相同。同时，中心支架上ac之间的距离和定位夹爪上bd之间的距离相同。使得abdc构成了平行四边形结构；
19、由于abdc构成了平行四边形结构，在旋转的过程中，定位夹爪与中心支架支架的位置在舵机旋转的带动下变化，但定位夹爪与中心支架之间的角度关系始终保持不变。同时，由于定位夹手与测量夹手之间的位置关系固定，使得在舵机的旋转过程中，测量夹手相对于中心支架的位置关系发生变化，但角度关系始终保持不变；
20、本专利技术中，铜箔呈长方形结构，厚度较薄，均布贴于测量夹手内测，具体数量上，单测量夹手上应不少于3个。在抓取水杯的过程中，两个测量夹手上的铜箔应围绕水杯均匀布置并紧密贴合水杯，以提高测量精度；
21、主控板上安装寄生电容测量芯片，与所有铜箔连接，分别测量各个铜箔上的寄生电容；最后，将测量得到的各个寄生电容的值汇总，得到当前水杯内水位高度的连续值；寄生电容的值随着液位高度的升高逐渐增加，在倒水的过程中，各个铜箔上测量得到的寄生电容不同，通过对寄生电容的检测，可以得到水杯不同位置的液位高度。
22、惯性测量单元（imu）固定在测量夹手上，在倒水的过程中可以准确的对水杯姿态进行实时监测。
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1.一种夹取式机械手，其特征在于：包括中心支架（1）、旋转夹爪（2）、定位夹爪（3）、测量夹手（4）、惯性测量单元（7）、主控板（8）以及舵机（9），所述中心支架（1）上安装有所述舵机（9）和主控板（8），所述舵机（9）的输出轴连接有齿轮机构，所述齿轮机构的两侧通过所述旋转夹爪（2）分别连接有所述定位夹爪（3），两侧的所述定位夹爪（3）均安装有所述测量夹手（4），所述测量夹手（4）上安装有所述惯性测量单元（7），所述测量夹手（4）内侧安装有铜箔（13）。
2.根据权利要求1所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述中心支架（1）呈平板梯形结构，一面安装舵机（9）和主控板（8），另一面安装齿轮机构。
3.根据权利要求2所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述齿轮机构相互啮合的主动齿轮（11）和从动齿轮（10），主动齿轮（11）与所述舵机（9）的输出轴连接，所述主动齿轮（11）和从动齿轮（10）均为渐开线齿轮，两者的模数与齿数相同，并均固定在中心支架（1）上。
4.根据权利要求3所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述旋转夹爪（2）包括四个，其中两个
5.根据权利要求4所述的一种夹取式机械手，其特征在于：另外两个旋转夹爪（2）一端与中心支架（1）连接形成旋转副，另一端与定位夹爪（3）连接形成旋转副。
6.根据权利要求1所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述测量夹手（4）一侧与定位夹爪（3）固定连接，另一侧成半圆筒形结构，两个测量夹手（4）合并形成整圆结构。
7.根据权利要求1所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述铜箔（13）呈长方形结构，均布贴于测量夹手（4）内侧。
8.根据权利要求1所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述主控板（8）上安装寄生电容测量芯片，与所有铜箔（13）连接，分别测量各个铜箔（13）上的寄生电容。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种夹取式机械手的倒水控制方法，其特征在于：该方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种夹取式机械手，其特征在于：包括中心支架（1）、旋转夹爪（2）、定位夹爪（3）、测量夹手（4）、惯性测量单元（7）、主控板（8）以及舵机（9），所述中心支架（1）上安装有所述舵机（9）和主控板（8），所述舵机（9）的输出轴连接有齿轮机构，所述齿轮机构的两侧通过所述旋转夹爪（2）分别连接有所述定位夹爪（3），两侧的所述定位夹爪（3）均安装有所述测量夹手（4），所述测量夹手（4）上安装有所述惯性测量单元（7），所述测量夹手（4）内侧安装有铜箔（13）。
2.根据权利要求1所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述中心支架（1）呈平板梯形结构，一面安装舵机（9）和主控板（8），另一面安装齿轮机构。
3.根据权利要求2所述的一种夹取式机械手，其特征在于：所述齿轮机构相互啮合的主动齿轮（11）和从动齿轮（10），主动齿轮（11）与所述舵机（9）的输出轴连接，所述主动齿轮（11）和从动齿轮（10）均为渐开线齿轮，两者的模数与齿数相同，并均固定在中心支架（1）上。
4.根据权利要求3所述的一种夹取式机械手，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海鹏，
申请(专利权)人：江苏工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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