[发明专利]一种机械爪以及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械爪以及控制方法，属于机械工具技术领域的领域。

背景技术

机械爪是自动化系统中常用的装置，用来搬运移动物体，或给所需加工的工件进行夹持固定，具有使用方便，结构简单，适应性好等优点，按驱动方式可分为电机驱动，气缸驱动，一般的机械爪零件较多，结构较为复杂，控制精度较差，对于一些易损坏的物体的抓取，不能有效抓取。

一般机械爪末端的位姿是各关节协调运动的结果，由于串联结构的误差，实际的末端位姿与通过各关节计算的理论值会有偏差。机械爪末端如何快速从起始位置移动到目标位置，在移动的过程中末端位姿如何控制，都是机械爪相关理论的研究重点。只有规划出合理末端的位姿，根据末端位姿信息，才能反解出机械爪各关节的变化量，才能保证机械爪高效的运作。常规的机械爪运动控制都是匀速控制，但是如果速度取得过大，在启动和停止时就运动机构就会有明显的振动，如果速度取得过小，就无法保证加工的效率。对于机械爪的工作前期准备的运动过程，启动阶段的振动可以不考虑振动问题，但是停止阶段必须考虑振动的影响，简单的采用较小的速度策略，来抑制振动，必然会带来运动效率低的结果，

针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种机械爪以及控制方法，采用伞形齿轮实现机械爪的运动控制，利用非对称的型加减速控制方法，开始阶段的加加速度值较大，结束阶段的加加速度值较小，能够有效提高机械爪的运动效率和精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种机械爪，包括机械臂本体、电控模块、驱动机构、传动机构、爪子机构，机械臂本体连接有电控模块，电动模块控制驱动机构中的电机旋转，电机与传动机构相连接，传动机构与爪子机构相连接并带动爪子机构运动，所述传动机构包括主动伞形齿轮、被动伞形齿轮，所述爪子机构的传送轴与被动伞形齿轮配合连接，主动伞形齿轮带动被动伞形齿轮旋转，实现爪子机构的运动。传动机构采用伞形齿轮能够改变电机扭矩的传动方向，使得零部件的布置更为合理，减少机构所占的空间。

进一步地，所述传动机构还包括支撑座、端盖，所述端盖固定连接在机械臂本体上，支撑座中间位置设置有短轴用与被动伞形齿轮连接，使得被动伞形齿轮以能够旋转的方式固定在支撑座上，无法轴向移动，支撑座四周设置有螺栓孔，用以与端盖固定连接。

进一步地，所述被动伞形齿轮设置有梯度通孔，一端通孔较大用于同支撑座的短轴相配合连接，限制被动伞形齿轮的径向移动，一端通孔较小并设置有螺纹用于同传送轴的螺纹相配合，同时支撑座中间位置开有通孔，使得传送轴能够依次穿过端盖、支撑座与被动伞形齿轮内螺纹相配合旋进旋出。

进一步地，所述爪子机构包括传送轴、爪子、测距器、压敏元件、摄像头，爪子前端内侧安装有压敏元件用以控制爪子的夹紧力，靠近压敏元件的位置，同时安装有测距器，用以调节爪子张开的角度和范围，爪子上端的内侧同时安装有摄像头用以观察抓取时的周边环境以及抓取物体。

优选地，测距器为激光测距仪或者是超声波测距仪。

本发明提供了又一以下技术方案：

用于机械爪的控制方法，包括如下步骤：S10，把机械爪的位置信息输入到电控模块中；S20，电控模块的控制芯片根据始末位置信息对机械爪进行轨迹规划；S30，电控模块把规划信息转化为电机(1)控制信号；S40，通过控制电机(1)的旋转，实现控制机械爪运动。

机械爪的运动控制涉及到两位置点之间的运动，初始位置和终点位置的加速度与速度均为零。采用非对称型加减速控制方法，运行过程被分为七段，分别是加加速度段、匀加速度段、减加速度段、匀速度段、加减速度段、匀减速度段、减减速度段。其中加加速度段、减加速度段、加减速度段与减减速度段这四个时间段时间值相同，匀加速度段和匀减速度段时间值相同。考虑加加速度对机构运动的影响，非对称的型加减速控制方法，开始阶段即加加速度段、减加速度段二个时间段采用较大加加速度，结束阶段即加减速度段、减减速度段采用较小的加加速度，消除因为加加速度过大导致末端停止时出现的较大振动，无法兼顾精度与效率的问题。

S20进一步包括以下步骤：

S201，电控模块的控制芯片根据始末位置信息，计算机械爪需要运动距离；

S202，控制芯片根据运动距离以及加工要求确定前后阶段的加加速度比率K；