[发明专利]一种可称重可碰撞检测的气动手爪

说明书

本发明涉及一种可称重可碰撞检测的气动手爪，包括抓取系统和传感系统。传感系统与抓取系统螺纹连接。传感系统能够准确获取并集成抓取系统所受到的X，Y，Z三个方向的分力信息，保证测力方向和大小的准确性，通过力分析实现碰撞检测和称重功能。抓取系统采用气动肌肉作为动力源，通过加压收缩气动肌肉实现爪体的收拢来抓取物体。本发明仅通过三个一维力传感器机构合成便保证三维力信息获取准确，同时采用气动肌肉设计手爪且手爪末端包络，避免破坏物品且抓取安全，在物体分拣和运输方向具有很大的优势。

技术领域

本发明涉及机械手爪领域，特别是一种可称重可碰撞检测的气动手爪。

背景技术

在机器人领域中，为代替人的繁重劳动，往往需要机械手爪来模仿人手的某些动作功能，用以抓取、搬运物件或操作工具。在物品分拣和运输时，由于目标与路线的不确定性，需保证物体的完好性，并获取物体的重量信息和实时碰撞检测。

目前国内已经有很多授权的关于机械手爪的发明专利，如申请号为00119081.4的一种多传感器机器人手爪及方法，该专利采用多传感器集成控制抓取过程的可调性，但其不具备末端运输时的碰撞检测能力，且其多传感器融合具有一定的延时性；如申请号为200510071142.8的一种带力反馈的机械手，该专利采用碰撞检测开关进行碰撞检测和片状条形末端执行器控制夹取力大小，但其不具备对三维碰撞力大小和方向的感知能力，且其夹取力需要主动控制，不具有自适性；如申请号为200810023616.5的一种多关节柔性机械手，该专利使用膨胀肌肉实施抓取控制的自适应性能，但其抓取末端结构为开放式，物体具有掉落的风险；如申请号为201010191494.8的一种新型三自由度机械手爪，该专利使用包络形末端防止物体掉落，但其不具有自适性，具有破坏物体的风险。

综上所述，现有技术的手爪不具有主动控制末端执行器时的三维碰撞检测能力；其物体抓取装置不具备根据抓取对象自适应调节抓紧力的功能，而另一些虽考虑了抓取的自适应性，但是不具备封闭包络的特性，物体具有掉落的风险。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷和不足，提供一种可称重可碰撞检测的气动手爪，利用一维传感器的集成获取被抓物体重量信息以及三维障碍物碰撞信息，并通过气动肌肉的自适应特性和手爪的封闭包络设计，实现安全可靠抓取。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可称重可碰撞检测的气动手爪，包括传感系统和抓取系统；所述抓取系统的头部通过螺纹固连至传感系统的尾部；所述传感系统能够通过对抓取系统称重获得被抓取物体的重量，并在抓取系统遭到碰撞时获得准确的三维力反馈，抓取系统保证目标物体抓取安全且不被破坏。

所述传感系统，包括外壳，基座，X方向传感机构，Y方向传感机构和Z方向传感机构；X方向传感机构、Y方向传感机构、Z方向传感机构和基座安装在外壳内部，X方向传感机构固定在基座的顶部，Y方向传感机构固定在基座的中部，Z方向传感机构固定在基座的底部；X方向传感机构末端、Y方向传感机构末端和Z方向传感机构末端与外壳接触；特别的，Z方向传感机构轴向与抓取系统安装方向一致，X方向传感机构、Y方向传感机构与Z方向传感机构两两垂直；所述传感系统能够将外壳所受到的力传递至X、Y、Z三个方向的力传感机构，从而得到三个方向的力传感信息，集成后得到整体三维力的大小和方向，获得被抓取物体重力和碰撞力信息。