[发明专利]一种具备抓取功能的机器人智能末端执行器及控制系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种具备抓取功能的机器人智能末端执行器及控制系统。

背景技术

随着机器人技术的飞速发展，其应用领域日益扩大。作为机器人与环境相互作用的执行部件，末端执行器对机器人智能化水平和作业水平的提高具有十分重要的作用。机器人的末端执行器，在不同的领域有不同的名称，工业机器人上它被称为机械臂，其抓取方式单一，缺少灵活性。类人手的机器人末端执行器从3指发展到了更符合人体工学的5指，自由度也不断的增加，驱动和传动方式也各式各样。现在大部分的类人手的机器人末端执行还未有自主识别和深度学习功能，大多是通过数据手套反馈控制信号，进行末端执行器的控制。现在还未有通过自主识别，进行自主工作的机器人末端执行器。

由于现有的机器人末端执行器多基于数据手套，通过电机驱动连杆传动、电机驱动齿轮钢丝复合传动、气动驱动腱传动等方式进行驱动和传动，这些传动方式存在一些弊端：1、机器人末端执行器不能自主识别，进而进行自主抓取，而是通过外部数据手套等控制，进行被动工作；2、由于驱动和传动方式的限制，机器人末端执行器的自由度配置、尺寸、外观和运动特性等拟人化有限；3、结构、传感器、驱动以及控制系统集成化程度不高；4、由于驱动和传动方式的限制，机器人末端执行器的抓取力有限，并不能抓取相对较重的物体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中机器人末端执行器不能自主识别、灵活性不高、拟人化程度有限、体积大、抓取力有限等缺陷，通过使用电机驱动齿轮皮带传动的方案，并配置深度学习系统，使本发明具备如下优势：

1、通过深度学习系统进行自主的物体识别，进行物体预判，从而选择抓取方案，自主抓取各种具备不同规则形状的物体；

2、由于使用电机驱动齿轮皮带传动的方式，使得机器人末端执行器的自由度更高，可达到17个自由度，手指多达5指，指长95mm，指宽20mm。从外观、尺寸、自由度配置以及运动特性等更加拟人化；

3、本发明的机器人末端执行器具有位置、力（力矩）、触觉和温度等多种感知功能，能更好的与外界环境交互；

4、由于使用电机驱动齿轮皮带传动的方式，使得本发明的机器人末端执行器的驱动力更大，能轻易的拿起铁块等重物；

5、驱动器内置于本发明的机器人末端执行器内部，使得本执行器的集成化程度更高，且具有模块化的优势。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种具备抓取功能的机器人智能末端执行器及控制系统，包含深度学习系统、运动控制系统、驱动系统和通信系统。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，其具备多个可活动关节和多个分支结构，可模拟人手或动物爪子的抓取动作。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该深度学习系统是一个具备深度学习功能的物体识别算法系统，通过物体识别算法进行物体形状的预判，进而规划末端执行器抓取的动作。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该运动控制系统包括基于现场可编程门阵列（FPGA）的主控模块、通信模块、存储模块和数字信号算法处理模块。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该FPGA主控模块包含一个EMIF总线接口，用于与数字信号处理器进行通信，将FPGA等同于一个挂在数字信号处理器上的传感器数据存储器。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该运动控制系统包括一个基关节控制模块，该模块的通信系统是四向通信，包括与指关节控制模块进行双向通信，和与手掌进行双向通信。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该驱动系统包括一个基于微控制单元（MCU）的指关节驱动器，该驱动器使用小尺寸的特制电机，采用钢丝耦合的方式通过一个电机控制多个关节的驱动。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，该通信系统包括一个菊花链式的通信系统，该通信系统采用并行处理方式，将多个手指的数据同时传入主控模块进行实时的数据融合处理，并将主控模块的不同控制指令分别分发给各个手指。

所述的机器人智能末端执行器及控制系统，包括一个传感系统，该传感系统由触摸传感器、力矩传感器、位置传感器、温度传感器、电流传感器等多种传感器构成。