[实用新型]基于超声表面波接触应力智能感知的机械手末端

说明书

本实用新型涉及一种基于超声表面波接触应力智能感知的机械手末端，适用于工业机械手抓取物体时末端局部接触应力的实时监测。包括特制的机械手柱状或球状末端、超声发射和接收探头、探头支架、调节螺栓螺母、超声发射接收器、数据采集卡、计算机。机械手末端上下平面上装有探头支架，其上的调节螺栓螺母用于调整和固定探头的位置；超声发射接收器发出电信号激励超声发射探头产生表面波；表面波沿机械手末端表面传播，接收探头接收表面波并转化为电信号传回超声接收发射器；数据采集卡对发出和接收的信号进行采样和数字化，计算机实现数据存储和计算分析得到表面波传播时间的变化，实现对机械手末端局部接触应力的实时监测。

技术领域

本实用新型涉及一种机械手末端，尤其适用于工业机械手使用的一种基于超声表面波接触应力智能感知的机械手末端。

背景技术

机械手是在机械化和自动化生产过程中发展出来的一种新型装置，能够模仿人手臂的某些动作，抓取或搬运物体，在构造和性能上兼具人和机器的优点。随着机器人构学的发展，机械手的灵活性、准确性和快速性已经可以媲美甚至超过人手，但是冷冰冰的机械手并不像人手一样拥有触觉，如何使机械手像人手一样拥有触觉，成为了机器手领域的热点问题。

人手在抓取特定形状及材料的物体时，要考虑手指和物体间的作用力是否会损害物体。同样，当工业机械手抓取高精度、易变现或有表面质量要求的物体时，必须要保证物体不因夹持时的局部接触应力产生局部残余应力、变形甚至损坏。因此，非常有必要对工业机械手末端的夹持接触应力进行实时监测。

机械手上的应变片式力传感器可用来测量机械手夹持物体时的夹紧力或力矩，但是机械手末端和物体接触部位的局部应力状况却无法反映。机器人仿生皮肤虽然有接触觉、压觉、滑觉多种触觉功能，但是存在强度有限、制造工艺复杂及成本高等问题，完全不适用于工业中被抓取物体体积大、重量大的情形。

发明内容

实用新型目的：针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单、工作可靠，有效防止机械手对物体夹持造成损坏的基于超声表面波接触应力智能感知的机械手末端。

技术方案：本实用新型的声表面波接触应力智能感知的机械手末端，包括作为夹持机构的互相匹配的一对机械手指，所述机械手指的前端为柱状末端或球状末端，还包括通过线路顺序与机械手末端上下方的超声接收探头和超声发射探头连接的计算机、数据采集卡和超声发射接收器，每根机械手指上下方分别设有探头支架，通过探头支架在机械手末端上方设有超声接收探头，下方设有超声发射探头，超声接收探头和超声发射探头在探头支架中位置可调。

每根柱状末端与夹持物体接触部位为两个圆柱体侧面的切割面组合而成的双曲面结构，双曲面结构为两个并排设置的柱体截取一部分构成，柱状末端的切割而成的圆柱上下面和圆柱面以圆角过渡；柱状末端的上平面圆心处通过探头支架设有超声接收探头，下平面圆心处通过探头支架设有发射探头；从发射探头发出的表面波，沿可传播角度内的任意方向传播均会被超声接收探头接收，且声波沿各方向传播的声程相同；当物体被夹持表面为平面或柱面时，使用所述的柱状末端夹持，从而实时监测线接触应力。

每根球状末端与夹持物体接触部分为一个球体的部分切割结构，球状末端夹持部位的形状由球体演变而来：在球体上对称地削出两个圆形平面，这两个平面以圆角和球面过渡，截取此球状体的一部分作为球状末端的夹持部位；球状末端的上平面圆心处通过探头支架设有超声接收探头，下平面圆心处通过探头支架设有发射探头,从超声发射探头发出的表面波，沿可传播角度内的任意方向传播均会被超声接收探头接收，且声波沿各方向传播的声程相同；当物体被夹持表面不规则时，使用所述的球状末端夹持，能够实时监测点接触应力。

所述的柱状末端或球状末端上下平面和圆柱面或球面交接处采用圆角过渡；频率为f的超声表面波在末端材料的传播速度为v，则能使表面波直接传播过去，而无能量损失的最小圆角半径为R_min＝5v/f，对于超声波和普通钢材而言，圆角半径为毫米级，刚好为便于实现的尺寸，同时可以通过改变末端材料和超声波频率f来得到最小圆角半径为R_min。