[发明专利]提供用于末端执行器的真空阀组件的系统和方法

说明书

公开了一种用于关节臂的末端执行器。该末端执行器包括阀组件，该阀组件包括多个供应通道，每个供应通道包括供应导管、与供应导管流体连通的压力传感器以及供应导管塞。供应导管与真空源流体连通。在使用期间，每根供应导管或者处于真空状态，使得供应导管内的压力基本上处于真空压力下，或者处于显著高于真空压力的压力下，因为供应导管塞已经移动成阻塞供应管道的一部分。每根供应导管的压力传感器提供响应于导管中的压力是基本上处于真空下还是处于显著高于真空的压力下的压力传感器信号。

优先权

本申请要求2015年8月26日提交的美国临时专利申请第62/210,246的优先权，其公开内容全部以参见的方式纳入本文。

背景

本发明总地涉及机器人系统，并且具体地涉及包括末端执行器的关节臂，该末端执行器提供真空源用于物体捕获或抓取。

现有技术中，此类真空夹持器存在于许多构型中。通常，此类装置使用压缩空气以通过使用文丘里(Venturi)泵来产生真空。真空接着通过各种接口中的任何一种出现在待捕获的物体上。

一种类型的接口是单个大型开放端口，其使来自真空的吸入压力最大化且因此被很好地装配以捕获重物或那些包装在松散塑料中的重物。这种构型通常被称为袋式夹具。

另一种类型的接口是较小端口阵列，其中每个端口都可具有集成流量控制(由于其小孔尺寸)，如果端口不与待捕获的物体接触，则该集成流量控制被设计成关闭或减少端口。通过关闭未密封的端口，在已成功地与待捕获物体匹配的端口处的吸气压力应该最大化。这种方法提供了物体捕获上的灵活性，因为并非所有的端口都需要与物体匹配以成功捕获该物体。这种流量控制通常通过计量(或者使端口足够小以使由未密封端口产生的泄漏无关紧要)来实现。

在其它真空夹具系统中，集成止回阀可用于与环境接触的端口室。通常地，这种装置包括在接触待捕获物体的表面处的位于真空端口周围的密封件。这种方法虽然机械上更为复杂，但具有更强整体吸力的优点，因为未密封的端口在开口处真正关闭，而不是仅仅限制泄漏流量。对于单个大型端口而言，使用大型吸盘或泡沫环。对于端口阵列构型而言，通常使用吸盘阵列或带有用于每个单独端口的孔的泡沫垫。

在一些真空夹具系统中，为流经夹具的空气提供一组致动阀；压缩空气输入上的阀门允许打开和关闭真空，从而允许夹具落下物体。然而，这种方法由于夹具本体内的气压均衡的时间常数而是缓慢的。通过将第二可控阀门添加到真空发生器的排气端口，释放速度显著增加；通过关闭该阀门，压缩空气通过夹具本体转移并离开真空端口，从而有效地将捕获的物体从夹具表面快速吹脱。

现有技术中的真空夹具通常被设计成用于在预定取向上的特定物体或材料。选择特定的夹具样式和构型以针对具体捕获问题(例如，对特定尺寸/类型的纸板箱进行码垛和卸垛)进行优化。这种夹具并不完全适合于在非预定取向上的各种物体。

此外，在此类真空夹具系统中，提供了围绕使机器人操纵器捕获物体的中止/重试周期的速度和效率最大化的概念而开发的软件系统和算法。这些算法在一些应用中专注于装有大量仪表的多指机械抓取操纵器。算法使用来自关节角度和发动机功率的数据来确定物体被抓住的程度，并在抓力不够好时立即重试。

在许多此类真空夹具系统中，使用真空夹具的中止/重试技术是不成熟的。这些技术通常包括施加真空、提升夹具以及观察粗流量或重量传感器以确定物体是否被捕获；如果没有，则夹具放回在物体上，并且重新尝试捕获。这主要是由于两个原因：1)大多数目前部署的真空夹持系统在很大程度上是针对正在捕获的材料定制的，因此捕获失败很少，从而导致不需要快速中止和重试周期，以及2)在复杂仪表装备类型存在于例如多指抓取式末端执行器中的情况下，无真空夹具存在。结果是，现有的中止/重试算法无法从真空夹持器获得它们需要能够操作的信息。

因此，仍然需要一种用于关节臂的改进的真空夹持器，其提供在捕获各种已知和未知物体方面上的改进性能。

概述