[发明专利]一种柔顺机械手及其抓取作业方法

说明书

本发明公开了一种柔顺机械手及其抓取作业方法，包括壳体，所述壳体内部安装有运动控制模块，所述运动控制模块电性连接有驱动单元，所述驱动单元动力连接有传动模块，所述传动模块包括底板，所述底板上贯穿安装有传动轴，所述传动轴一端与所述驱动单元动力连接，所述传动轴上通过轴承安装有力矩调整大齿轮，所述力矩调整大齿轮啮合连接有力矩调整小齿轮，所述力矩调整小齿轮与所述驱动单元动力连接，所述传动轴一端伸出所述壳体动力连接有手爪，为手爪抓取物体提供动力。能够在不改变电机驱动参数的前提下，根据夹持力与力矩调整电机的微定位转角之间的关系控制夹持力，实现抓取作业的柔顺定位，而不依赖于外加力信号，大大简化系统结构。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是指一种柔顺机械手及其抓取作业方法。

背景技术

柔顺控制是指从力传感器取得控制信号，用此信号去控制机器人，使之响应这个变化而动作。在现代生产中，机械手用于抓取作业在工业、农业、医疗等领域具有广阔的应用空间，诸如水果等表面较为脆弱的物体对机械手的抓取力较为敏感，抓取力不足容易造成抓取失败，抓取力过大则易造成表面的损伤，加上不同属性或同一属性而结构尺寸不同的物体对最佳抓取力要求存在差异。

现有技术主要是通过电机驱动参数的调整改变传动系统输出扭矩实现与负载系统的平衡，这种方法需要调整的过程，且驱动参数的改变易导致系统速度等参数的波动，增加了系统稳定性控制的难度，影响系统的稳定性运动，甚至失稳；另一方面，现有方法在传动轴输出力矩调整的过程中，难以实现传动机构的缓冲。因此，单纯通过电机驱动参数的调整改变输出扭矩以实现机械手的柔顺作业存在明显不足。另一方面，以果实抓取为例，为了避免碰伤果实，现有技术通常采用被动柔顺控制方法，在手指内侧部位都采用橡胶和尼龙材料包裹，这种方法无法实现夹持力的主动调节。

为此，文章《果实采摘机器人末端执行器的柔顺控制研究》设计一种力矩控制器进行物体的柔顺抓取，其基本思想是在抓取过程采用压力传感器获取抓取力的实时数据，当实际抓取力矩大于设定的系统输入参考力矩时，控制系统会发出指令停止末端执行器的抓取动作。

但是，本申请人发现现有技术至少存在以下问题：

这种柔顺抓取方法必须要有力信号的加入，增加了系统的复杂性和控制难度，且力矩控制器性能的优劣直接影响果实采摘柔顺控制能否实现，控制系统存在较大偏差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种柔顺机械手及其抓取作业方法，不依赖于设计控制器和外加力信号，能够在不改变电机驱动参数的前提下，根据抓取作业要求的夹持力，实现柔顺抓取作业。

基于上述目的本发明提供的一种柔顺机械手，包括：

壳体，

运动控制模块，安装于所述壳体内部；

驱动单元，安装于所述壳体内部，所述驱动单元电性连接所述运动控制模块；

传动轴，一端与所述驱动单元动力连接；

力矩调整大齿轮，通过轴承安装于所述传动轴上，所述力矩调整大齿轮端面内设置有第一螺线滑槽和第二螺线滑槽；

两力矩调整连杆，分别安装于所述第一螺线滑槽和第二螺线滑槽内部；

两力矩调整支撑单元，分别与两所述力矩调整连杆连接，所述力矩调整支撑单元包括：

支撑块，呈“工”型结构，所述支撑块与所述传动轴同轴固定；

两支撑杆，对称分布于所述支撑块两侧；

两滑块，分别套设于两所述支撑杆上，两所述滑块分别与所述力矩调整连杆连接；

调刚弹簧，设置于所述滑块的两端；