夾持力和夾持速度在線可控的機器人抓手的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種機器人制造領域的技術，具體是一種夾持力和夾持速度在線 可控的機器人抓手。
【背景技術】
[0002] 隨著工業4. 0時代的到來，一個特別重要的趨勢將是個性化大規模的生產。為了 實現個性化的生產，工廠必須具備應對多品種零件加工的能力，因此加工裝備的可重復編 程性是必不可少的。在工廠中與機器人應用同樣廣泛的機器人抓手，大多數面臨著如下一 些不足：（1)只能控制開合；(2)夾持力線下可調但是不能實時在線編程，如氣動抓手可以 在線下通過人工調節閥門開合大小來調節抓手的夾持力，但是不能通過計算機編程進行實 時控制；（3)夾持速度不可在線編程；(4)在不添加力傳感器的情況下，不具備力覺感知，不 可檢測是否成功夾持工件。這些不足極大地限制了機器人抓手應用的靈活性，也給整個生 產線帶來了不穩定的因素。
[0003] 因此，需要提供一種可以實現夾持力感知、夾持力及夾持速度可在線編程的機器 人抓手，從而滿足工業4. 0智慧制造的要求。
[0004] 經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN104772769A，公開日2015. 7. 15， 公開了一種齒輪傳動的機器人抓手，包括與機器人活動段連接的支架、架設在支架上的齒 輪傳動裝置、與齒輪傳動裝置連接的驅動裝置和至少兩條活動桿；所述活動桿與齒輪傳動 裝置連接，每條所述活動桿可張合運動。但該技術需要線下調節齒輪傳動裝置的傳動比以 適應夾持不同工件所需要的扭矩，夾持速度需要人工調節，限制機器人抓手的工作效率和 靈活性。
[0005] 中國專利文獻號CN101766510A，公開（公告）日2010. 07. 07公開了一種基于肌 電控制的機械假手的力觸覺反饋及力度分段控制方法，設置兩個肌電信號采集電極貼合在 人體殘肢手臂的肌肉活動區體表，分別采集與肌肉緊繃程度成正比的手指張開及閉合肌電 信號輸入單片機并按幅值大小不同進行分段量化，輸出不同的分段信號，通過電機驅動電 路驅動微型直流電機，微型直流電機的轉動經齒輪動機構輸出對應于手指夾持力度分段量 化的分段速度值；同時，在假手的拇指指端設置力觸覺傳感器，當手指閉合時，力觸覺傳感 器受到擠壓輸出力觸覺信號反饋給單片機與程序設定的力度分段量化值進行對應比較，根 據比較結果，單片機不斷調整其輸出給電機驅動電路的信號，驅動微型直流電機的轉速相 應變化，使手指張開及閉合的速度相應改變，直至達到符合設定要求的所屬分段夾持力度。 該技術利用齒輪的剛性傳動，實現電機的旋轉運動轉化為手指的開合運動，其抓取力為分 段控制，只能實現抓取力的分段可控，不能實現抓取力的連續可調，并且為了實現抓取力反 饋，該抓手必須在手指末端額外安裝傳感器座以及力觸覺傳感器，使得整體結構更加復雜 冗余。
【發明內容】
[0006] 本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種夾持力和夾持速度在線可控的機 器人抓手，在傳動系統中增加了一個扭力彈簧，并通過控制舵機的轉角和轉動角速度，實現 夾持力和夾持速度在線連續可調，結構合理，工作靈活。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0008] 本發明包括：手指、依次相連的舵機、齒輪傳動機構、齒輪軸、一對主動連桿、橫板、 一對被動連桿和旋轉軸，其中：橫板水平設置，手指垂直設置于橫板上方；舵機對稱設置， 齒輪軸的兩端分別與一對主動連桿相連；旋轉軸平行齒輪軸設置，并且旋轉軸的兩端分別 與一對被動連桿相連；主動連桿的一端與橫板相連，另一端與齒輪軸相連；被動連桿的一 端與橫板相連，另一端與旋轉軸相連；同側的主動連桿與被動連桿的兩個端部連線、主動連 桿和被動連桿構成平行四邊形。
[0009] 所述的齒輪傳動機構包括：嚙合的齒輪和扇形齒輪。
[0010] 所述的齒輪固定設置于對應的舵機上。
[0011] 所述的扇形齒輪與齒輪軸相連。
[0012] 所述的扇形齒輪與齒輪軸之間設有扭力彈簧。
[0013] 所述的手指提供的夾持力F。與舵機的轉角Φ的關系表示為：
>_其中：i為齒輪與扇形 齒輪之間的減速比，c為被動連桿在橫板上的連接點到手指內側面中心的垂直距離，k為扭 力彈簧的剛度系數，L為被動連桿的長度，Θ為被動連桿的轉角，D為兩個旋轉軸之間的距 離，b為被動連桿在橫板上的連接點到手指內側面的水平距離，Φ。為手指接觸被抓取工件 但無力的作用時的舵機的轉角，S。為被抓取工件的寬度。
[0015] 所述的被動連桿轉角Θ與舵機轉角φ的關系可表示為：Θ = i φ。
[0016] 所述的手指的夾持速度v與舵機的轉動角速度#的關系可表示為：v = L/#Sin A其 中：L為被動連桿長度，i為齒輪與扇形齒輪之間的減速比，Θ為被動連桿的轉角。
[0017] 所述的手指的夾持速度v為手指的速度在開合方向的分量。 技術效果
[0018] 與現有技術相比，本發明通過舵機實時控制轉角和轉動角速度，在不添加力傳感 器的情況下判斷是否成功夾持工件，實現夾持力與夾持速度的在線可控，抓取靈活，工作穩 定。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明示意圖；
[0020] 圖2為本發明剖面圖；
[0021] 圖中：1為主基板，2為輔助基板，3為底板，4為舵機，5為齒輪，6為扇形齒輪，7為 扭力彈簧，8為齒輪軸，9為軸承座，10為主動連桿，11為被動連桿，12為橫板，13為手指，14 為旋轉軸。
【具體實施方式】
[0022] 下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不