[发明专利]夹持力和夹持速度在线可控的机器人抓手

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人制造领域的技术，具体是一种夹持力和夹持速度在线可控的机器人抓手。

背景技术

随着工业4.0时代的到来，一个特别重要的趋势将是个性化大规模的生产。为了实现个性化的生产，工厂必须具备应对多品种零件加工的能力，因此加工装备的可重复编程性是必不可少的。在工厂中与机器人应用同样广泛的机器人抓手，大多数面临着如下一些不足：(1)只能控制开合；(2)夹持力线下可调但是不能实时在线编程，如气动抓手可以在线下通过人工调节阀门开合大小来调节抓手的夹持力，但是不能通过计算机编程进行实时控制；(3)夹持速度不可在线编程；(4)在不添加力传感器的情况下，不具备力觉感知，不可检测是否成功夹持工件。这些不足极大地限制了机器人抓手应用的灵活性，也给整个生产线带来了不稳定的因素。

因此，需要提供一种可以实现夹持力感知、夹持力及夹持速度可在线编程的机器人抓手，从而满足工业4.0智慧制造的要求。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104772769A，公开日2015.7.15，公开了一种齿轮传动的机器人抓手，包括与机器人活动段连接的支架、架设在支架上的齿轮传动装置、与齿轮传动装置连接的驱动装置和至少两条活动杆；所述活动杆与齿轮传动装置连接，每条所述活动杆可张合运动。但该技术需要线下调节齿轮传动装置的传动比以适应夹持不同工件所需要的扭矩，夹持速度需要人工调节，限制机器人抓手的工作效率和灵活性。

中国专利文献号CN101766510A，公开(公告)日2010.07.07公开了一种基于肌电控制的机械假手的力触觉反馈及力度分段控制方法，设置两个肌电信号采集电极贴合在人体残肢手臂的肌肉活动区体表，分别采集与肌肉紧绷程度成正比的手指张开及闭合肌电信号输入单片机并按幅值大小不同进行分段量化，输出不同的分段信号，通过电机驱动电路驱动微型直流电机，微型直流电机的转动经齿轮动机构输出对应于手指夹持力度分段量化的分段速度值；同时，在假手的拇指指端设置力触觉传感器，当手指闭合时，力触觉传感器受到挤压输出力触觉信号反馈给单片机与程序设定的力度分段量化值进行对应比较，根据比较结果，单片机不断调整其输出给电机驱动电路的信号，驱动微型直流电机的转速相应变化，使手指张开及闭合的速度相应改变，直至达到符合设定要求的所属分段夹持力度。该技术利用齿轮的刚性传动，实现电机的旋转运动转化为手指的开合运动，其抓取力为分段控制，只能实现抓取力的分段可控，不能实现抓取力的连续可调，并且为了实现抓取力反馈，该抓手必须在手指末端额外安装传感器座以及力触觉传感器，使得整体结构更加复杂冗余。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种夹持力和夹持速度在线可控的机器人抓手，在传动系统中增加了一个扭力弹簧，并通过控制舵机的转角和转动角速度，实现夹持力和夹持速度在线连续可调，结构合理，工作灵活。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：手指、依次相连的舵机、齿轮传动机构、齿轮轴、一对主动连杆、横板、一对被动连杆和旋转轴，其中：横板水平设置，手指垂直设置于横板上方；舵机对称设置，齿轮轴的两端分别与一对主动连杆相连；旋转轴平行齿轮轴设置，并且旋转轴的两端分别与一对被动连杆相连；主动连杆的一端与横板相连，另一端与齿轮轴相连；被动连杆的一端与横板相连，另一端与旋转轴相连；同侧的主动连杆与被动连杆的两个端部连线、主动连杆和被动连杆构成平行四边形。

所述的齿轮传动机构包括：啮合的齿轮和扇形齿轮。

所述的齿轮固定设置于对应的舵机上。

所述的扇形齿轮与齿轮轴相连。

所述的扇形齿轮与齿轮轴之间设有扭力弹簧。

所述的手指提供的夹持力F₀与舵机的转角φ的关系表示为：