[发明专利]一种多传感器机器人手爪及方法

摘要

一种多传感器机器人手爪及方法,由夹持机构和感觉系统组成。机器人手爪具有两个相对的手指,每个手指由一个位于根部的V指面和位于中下部的指面组成,这种结构兼顾了行走和固定过程中的工字梁抓持和物件操作的要求。感觉系统由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成,它们被一体化的设计和集成到机器人手爪中,通过数据融合可以提供准确丰富的状态信息。

主权项

1．一种多传感器机器人手爪，包括左手指夹持面(1)、(9)和(2)(10)，右手指夹持面(4)、(11)和(5)、(12)，左手指夹持面(3)和右手指夹持面(6)，螺母螺杆(7)、伺服电机(8)、齿轮传动(13)，其特征在于：多传感器机器人手爪由夹持机构和感觉系统组成，所述的夹持机构采用微型伺服电机(8)驱动，通过螺母螺杆(7)将电机的转动转变为手指的开合运动，手爪上安装了两个相对运动的手指，它们分别与螺母螺杆(7)的左螺纹和右螺纹部分相连，当螺母螺杆(7)转动时两边的手指分别向相反方向移动；左右手指上各有五个夹持面，其中四个夹持面是左手指上的夹持面(1)、(9)在手指根部，与XY平面平行，左手指上的夹持面(2)、(10)与XY平面成45°角，它们与右手指上相应的夹持面(4)、(11)和夹持面(5)、(12)构成两对V型槽，用于夹持工字型桁架或抓拿单元；左手指的另一个夹持面(3)位于手指的中间部位，垂直于XY平面并与右手指相应的夹持面(6)平行为第五个夹持面；手爪在抓较小工件时，用手指中部的夹持面(3)和(6)夹持，手爪在抓较大工件时，根据工件把手的形状，可以用根部的V型凹槽或用手指中部的夹持面(3)、(6)夹持；所述的微型伺服电机(8)选用减速直流电机，最大输出力距Mg为0．76Nm，额定转速为6转／秒，外部齿轮传动(13)比为1∶1，主动齿轮和从动齿轮均为22齿；所述的螺母螺杆(7)采用钢质材料制造，在润滑条件下摩擦系数为fg=0．11，螺杆上的驱动螺纹为M8，螺距为1．75mm，螺杆转速为6转／秒，螺纹半径r=4mm，螺纹升角α=arctg(t／2π)=0．06963rad，手指运动速度为10．5mm／秒，手爪的开闭速度为21mm／秒，在采用三角螺纹时，当量摩擦角ρ=arctg(1．155fg)=0．12637rad，能够产生最大夹紧力：Fgmax=Mg／[rtg(α+ρ)]=854N＞Fgmin，Fgmin为该手爪所必须具备的最小夹紧力；所述的感觉系统配置由具有一定数量和适当空间分布的力觉、接近觉、距离觉、触觉、滑觉以及温度传感器构成，它们被一体化的设计和集成到机器人手爪中，其中：A．位移传感器安装在驱动电机旁边，通过检测齿轮传动(13)转过的齿数来检测手指的开闭距离；B．力传感器安装在机器人手指的每一个夹持面的根部，它们能够检测沿夹持面法线方向的接触力；C．接近觉传感器嵌入在机器人手指根部的水平夹持面(1)、(4)、(9)、(11)和手指夹持面(3)、(6)指尖上，用于检测指面和工字梁表面的相对距离以进行位姿调整和防碰；D．触觉传感器位于手指夹持面(3)、(6)上，用于为灵巧操作提供触觉滑觉反馈。