[發(fā)明專(zhuān)利]基于超聲表面波接觸應(yīng)力智能感知的機(jī)械手末端及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011353414.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112405569A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡而已;盧精文;孫鴻兵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J13/08
• 分類(lèi)號(hào): B25J13/08;G01L5/00;G01L1/25
• 代理公司: 南京瑞弘專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李?lèi)偮?/td>

本發(fā)明涉及一種基于超聲表面波接觸應(yīng)力智能感知的機(jī)械手末端及方法，適用于工業(yè)機(jī)械手抓取物體時(shí)末端局部接觸應(yīng)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。包括特制的機(jī)械手柱狀或球狀末端、超聲發(fā)射和接收探頭、探頭支架、調(diào)節(jié)螺栓螺母、超聲發(fā)射接收器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)。機(jī)械手末端上下平面上裝有探頭支架，其上的調(diào)節(jié)螺栓螺母用于調(diào)整和固定探頭的位置；依次將探頭、超聲發(fā)射接收器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)連接。工作時(shí)，超聲發(fā)射接收器發(fā)出電信號(hào)激勵(lì)超聲發(fā)射探頭產(chǎn)生表面波；表面波沿機(jī)械手末端表面?zhèn)鞑ィ邮仗筋^接收表面波并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳回超聲接收發(fā)射器；數(shù)據(jù)采集卡對(duì)發(fā)出和接收的信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算分析得到表面波傳播時(shí)間的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手末端局部接觸應(yīng)力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使原本冷冰冰的工業(yè)機(jī)械手擁有了感知接觸應(yīng)力的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械手末端及方法，尤其適用于工業(yè)機(jī)械手使用的一種基于超聲表面波接觸應(yīng)力智能感知的機(jī)械手末端及方法。

背景技術(shù)

機(jī)械手是在機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展出來(lái)的一種新型裝置，能夠模仿人手臂的某些動(dòng)作，抓取或搬運(yùn)物體，在構(gòu)造和性能上兼具人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)。隨著機(jī)器人構(gòu)學(xué)的發(fā)展，機(jī)械手的靈活性、準(zhǔn)確性和快速性已經(jīng)可以媲美甚至超過(guò)人手，但是冷冰冰的機(jī)械手并不像人手一樣擁有觸覺(jué)，如何使機(jī)械手像人手一樣擁有觸覺(jué)，成為了機(jī)器手領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。

人手在抓取特定形狀及材料的物體時(shí)，要考慮手指和物體間的作用力是否會(huì)損害物體。同樣，當(dāng)工業(yè)機(jī)械手抓取高精度、易變現(xiàn)或有表面質(zhì)量要求的物體時(shí)，必須要保證物體不因夾持時(shí)的局部接觸應(yīng)力產(chǎn)生局部殘余應(yīng)力、變形甚至損壞。因此，非常有必要對(duì)工業(yè)機(jī)械手末端的夾持接觸應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

機(jī)械手上的應(yīng)變片式力傳感器可用來(lái)測(cè)量機(jī)械手夾持物體時(shí)的夾緊力或力矩，但是機(jī)械手末端和物體接觸部位的局部應(yīng)力狀況卻無(wú)法反映。機(jī)器人仿生皮膚雖然有接觸覺(jué)、壓覺(jué)、滑覺(jué)多種觸覺(jué)功能，但是存在強(qiáng)度有限、制造工藝復(fù)雜及成本高等問(wèn)題，完全不適用于工業(yè)中被抓取物體體積大、重量大的情形。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，有效防止機(jī)械手對(duì)物體夾持造成損壞的基于超聲表面波接觸應(yīng)力智能感知的機(jī)械手末端及方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的聲表面波接觸應(yīng)力智能感知的機(jī)械手末端，包括作為夾持機(jī)構(gòu)的互相匹配的一對(duì)機(jī)械手指，所述機(jī)械手指的前端為柱狀末端或球狀末端，還包括通過(guò)線路順序與機(jī)械手末端上下方的超聲接收探頭和超聲發(fā)射探頭連接的計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和超聲發(fā)射接收器，每根機(jī)械手指上下方分別設(shè)有探頭支架，通過(guò)探頭支架在機(jī)械手末端上方設(shè)有超聲接收探頭，下方設(shè)有超聲發(fā)射探頭，超聲接收探頭和超聲發(fā)射探頭在探頭支架中位置可調(diào)。

所述的每根柱狀末端與夾持物體接觸部位為兩個(gè)圓柱體側(cè)面的切割面組合而成的雙曲面結(jié)構(gòu)，雙曲面結(jié)構(gòu)為兩個(gè)并排設(shè)置的柱體截取一部分構(gòu)成，柱狀末端的切割而成的圓柱上下面和圓柱面以圓角過(guò)渡；柱狀末端的上平面圓心處通過(guò)探頭支架設(shè)有超聲接收探頭，下平面圓心處通過(guò)探頭支架設(shè)有發(fā)射探頭；從發(fā)射探頭發(fā)出的表面波，沿可傳播角度內(nèi)的任意方向傳播均會(huì)被超聲接收探頭接收，且聲波沿各方向傳播的聲程相同；當(dāng)物體被夾持表面為平面或柱面時(shí)，使用所述的特制柱狀末端夾持，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線接觸應(yīng)力。

所述的每根球狀末端與夾持物體接觸部分為一個(gè)球體的部分切割結(jié)構(gòu)，球狀末端夾持部位的形狀由球體演變而來(lái)：在球體上對(duì)稱(chēng)地削出兩個(gè)圓形平面，這兩個(gè)平面以圓角和球面過(guò)渡，截取此球狀體的一部分作為球狀末端的夾持部位；球狀末端的上平面圓心處通過(guò)探頭支架設(shè)有超聲接收探頭，下平面圓心處通過(guò)探頭支架設(shè)有發(fā)射探頭,從超聲發(fā)射探頭發(fā)出的表面波，沿可傳播角度內(nèi)的任意方向傳播均會(huì)被超聲接收探頭接收，且聲波沿各方向傳播的聲程相同；當(dāng)物體被夾持表面不規(guī)則時(shí)，使用所述的特制球狀末端夾持，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)接觸應(yīng)力。