[發明專利]基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端及方法

在審

• 申請號: 202011353414.4
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112405569A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 胡而已;盧精文;孫鴻兵
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;G01L5/00;G01L1/25
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：它包括作為夾持機構的互相匹配的一對機械手指，所述機械手指的前端為柱狀末端(5A)或球狀末端(5B)，還包括通過線路順序與機械手末端上下方的超聲接收探頭(6)和超聲發射探頭(4)連接的計算機(1)、數據采集卡(2)和超聲發射接收器(3)，每根機械手指上下方分別設有探頭支架(7)，通過探頭支架(7)在機械手末端上方設有超聲接收探頭(6)，下方設有超聲發射探頭(4)，超聲接收探頭(6)和超聲發射探頭(4)在探頭支架(7)中位置可調。

2.根據權利要求1所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：所述的每根柱狀末端(5A)與夾持物體接觸部位為兩個圓柱體側面的切割面組合而成的雙曲面結構，雙曲面結構為兩個并排設置的柱體截取一部分構成，柱狀末端(5A)的切割而成的圓柱上下面和圓柱面以圓角過渡；柱狀末端(5A)的上平面圓心處通過探頭支架(7)設有超聲接收探頭(6)，下平面圓心處通過探頭支架(7)設有發射探頭(4)；從發射探頭(4)發出的表面波，沿可傳播角度內的任意方向傳播均會被超聲接收探頭(6)接收，且聲波沿各方向傳播的聲程相同；當物體被夾持表面為平面或柱面時，使用所述的特制柱狀末端(5A)夾持，從而實時監測線接觸應力。

3.根據權利要求1所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：所述的每根球狀末端(5B)與夾持物體接觸部分為一個球體的部分切割結構，球狀末端(5B)夾持部位的形狀由球體演變而來：在球體上對稱地削出兩個圓形平面，這兩個平面以圓角和球面過渡，截取此球狀體的一部分作為球狀末端(5B)的夾持部位；球狀末端(5B)的上平面圓心處通過探頭支架(7)設有超聲接收探頭(6)，下平面圓心處通過探頭支架(7)設有發射探頭(4)；從超聲發射探頭(4)發出的表面波，沿可傳播角度內的任意方向傳播均會被超聲接收探頭(6)接收，且聲波沿各方向傳播的聲程相同；當物體被夾持表面不規則時，使用所述的特制球狀末端(5B)夾持，能夠實時監測點接觸應力。

4.根據權利要求1所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：所述的柱狀末端(5A)或球狀末端(5B)上下平面和圓柱面或球面交接處采用圓角過渡；頻率為f的超聲表面波在末端材料的傳播速度為v，則能使表面波直接傳播過去，而無能量損失的最小圓角半徑為R_min＝5v/f，對于超聲波和普通鋼材而言，圓角半徑為毫米級，剛好為便于實現的尺寸，同時可以通過改變末端材料和超聲波頻率f來得到合適的最小圓角半徑為R_min。

5.根據權利要求1所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：所述的每個探頭支架(7)的左右兩側分別設有用于調節和固定探頭左右移動位置的橫向螺栓螺母(9)，探頭支架(7)后方設有用于調節和固定探頭前后移動位置的縱向螺栓螺母(12)，探頭支架(7)上方設有用于壓緊探頭的壓緊螺栓螺母(8)，通過調整上述橫向螺栓螺母(9)、縱向螺栓螺母(12)和壓緊螺栓螺母(8)從而使探頭精確地保持在扇形平面的圓心處。

6.根據權利要求5所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：所述的四個調節螺栓螺母：探頭壓緊螺栓螺母(8)、橫向螺栓螺母(9)、縱向螺栓螺母(12)中的螺栓均為雙頭螺旋螺栓，細牙螺紋頭用于調節探頭位置，粗牙螺紋頭用于固定探頭位置。

7.根據權利要求1所述的基于超聲表面波接觸應力智能感知的機械手末端，其特征在于：橫向螺栓螺母(9)、縱向螺栓螺母(12)在調節超聲發射探頭(4)或超聲接收探頭(6)位置時，需要通過計算機(1)反饋的表面波發射信號和接收信號的相關函數波形來進行調節；先用便于確定幾何中心的圓柱狀微型探頭代替超聲接收探頭(6)，調整超聲發射探頭(4)的位置，使得相關函數波形最大值附近只有一個極大值，即為此最大值；確定超聲發射探頭(4)的位置后，再換回超聲接收探頭(6)，并調整位置，同樣使得相關函數波形最大值附近只有一個極大值，即為此最大值；此時表明超聲發射探頭(4)和超聲接受探頭(6)均位于扇形平面的圓心處。