[发明专利]顺应式机器人末端执行器及其控制方法

说明书

一种用于机器人臂的末端执行器。该末端执行器包括：角度补偿器，用于附接吸盘；真空控制阀、真空生成器、水平补偿器和延伸管，其沿着中心轴线顺序地连接并流体连通；以及真空传感器，其连接到真空控制阀以用于测量真空；近程传感器，其附接到延伸管121以用于确定水平补偿器的位置。当压缩空气沿着中心轴线经过延伸管、水平补偿器和真空生成器时生成真空。水平补偿器沿着中心轴线提供补偿。

技术领域

本公开总体上涉及机器人技术，更具体地，涉及适于在有限空间中操纵对象的顺应式机器人末端执行器。

背景技术

本文所提供的背景描述是为了总体上呈现本发明的背景。在此背景技术部分中描述的范围内，当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不构成现有技术的描述方面，既未明确地也未隐含地被承认为是针对本发明的现有技术。

在物流自动化应用中，已广泛采用机器人臂来进行材料装卸和操纵。在许多应用当中，由于仓中的有限空间以及仓中要拾取的对象的各种形状和配置，仓拾取给机器人臂抓取器设计带来挑战。传统抓取器在长延伸杆的末端应用吸盘。当前设计存在三个主要缺点：(1)抓取器顺应所拾取的对象表面的法线方向的能力有限。如果传感器感知结果不准确，则很可能导致所拾取的对象的碰撞和损坏。(2)市售的力/扭矩传感器通常昂贵，这阻碍了其大规模采用。(3)由于空气管道长，真空生成和释放花费时间，这使每拾取操作的循环时间劣化。

因此，本领域中仍需要解决上述缺陷和不足。

发明内容

在某些方面，本公开提供了用于与机器人臂一起使用的末端执行器的一种紧凑、经济的设计。该末端执行器包括角度补偿器和水平补偿器以提供三自由度(DOF)表面法线方向顺应性；并且包括近程传感器和测距传感器以提供低成本位置感测，其可用作反馈信号以控制在接触要拾取的对象时机器人的响应。

在某些方面，本公开涉及一种用于机器人系统的末端执行器。在某些实施例中，该末端执行器包括：角度补偿器，吸盘附接在其上；真空控制阀，其与角度补偿器连接并流体连通；真空生成器，其与真空控制阀连接并流体连通；水平补偿器，其与真空生成器连接并流体连通；延伸管，其与水平补偿器连接并流体连通；真空传感器，其连接到真空控制阀并且被配置为测量真空控制阀中的真空；以及近程传感器，其附接到延伸管并且被配置为确定水平补偿器的位置。

角度补偿器、真空控制阀、真空生成器、水平补偿器和延伸管沿着中心轴线基本上对准。当压缩空气沿着中心轴线经过延伸管、水平补偿器和真空生成器时，生成真空。水平补偿器沿着中心轴线提供补偿。

在某些实施例中，末端执行器还包括测距传感器，其附接到延伸管并且被配置为确定水平补偿器的位置。在某些实施例中，测距传感器是光学传感器。在某些实施例中，当吸盘被置于对象上并且真空高于阈值真空时，末端执行器开始对象的操纵，并且当近程传感器与水平补偿器之间的距离小于阈值距离时或者当测距传感器所检测的力大于阈值力时，末端执行器停止对象的操纵。

在某些实施例中，角度补偿器是无源球窝接头角度补偿器。在某些实施例中，末端执行器还包括电子调节器，其控制真空控制阀的打开和关闭。在某些实施例中，真空生成器是真空喷射器。在某些实施例中，近程传感器是电感传感器和电磁传感器中的至少一个。

在某些实施例中，延伸管具有通孔以用于容纳近程传感器，使得近程传感器的一部分进入延伸管中以用于准确地确定水平补偿器的位置。

在某些实施例中，延伸管具有封闭结构，并且近程传感器附接到延伸管的外表面。

在某些实施例中，末端执行器还包括附接到延伸管的外表面的校准板以用于校准末端执行器的位置。

在某些方面，本公开涉及一种机器人系统。在某些实施例中，该机器人系统包括末端执行器、机器人装置和控制器。