本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人，特別是一種力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪及其控制方法。
背景技術(shù)：
1、夾爪是工業(yè)自動(dòng)化和智能生產(chǎn)中常用的機(jī)械裝置，用來完成對(duì)物料的夾取和放置，現(xiàn)有技術(shù)的夾爪，大多只能完成常規(guī)的夾取和放置操作，無法對(duì)夾取力度進(jìn)行精確控制?，F(xiàn)有專利(cn119526465a)公開了一種可調(diào)夾緊力度的伺服電機(jī)夾爪，但是該方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作過程繁瑣，而且只能對(duì)夾爪設(shè)置指定的壓力數(shù)值，當(dāng)夾爪之間的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，伺服電機(jī)停止動(dòng)作，不能實(shí)時(shí)反饋夾爪的壓力情況，更改壓力值需要重新設(shè)置，操作十分麻煩。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪及其控制方法，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，獨(dú)立運(yùn)行，而且能夠?qū)崟r(shí)反饋夾爪間的壓力情況，根據(jù)夾取物料不同，隨時(shí)調(diào)整夾爪的夾取力度。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，包括安裝架、齒輪箱和手爪，齒輪箱固定連接在安裝架上，安裝架上開設(shè)有安裝槽，安裝槽內(nèi)設(shè)置有控制組件；控制組件包括固定架、滑動(dòng)架和電路板，固定架上安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端固定連接有主動(dòng)齒形帶輪，固定架上還轉(zhuǎn)動(dòng)連接有絲杠，絲杠的一端固定連接有從動(dòng)齒形帶輪，主動(dòng)齒形輪與從動(dòng)齒形帶輪之間安裝有同步齒形帶，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；絲杠上連接有滾珠螺母，滾珠螺母上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板，滑動(dòng)架滑動(dòng)連接在固定架上，滑動(dòng)架遠(yuǎn)離齒輪箱的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿穿過驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板的兩側(cè)與滑動(dòng)架之間對(duì)稱設(shè)置有彈簧，彈簧套設(shè)在導(dǎo)桿上，驅(qū)動(dòng)板與滑動(dòng)架之間設(shè)置有位移傳感器；齒輪箱內(nèi)安裝有兩個(gè)互相嚙合的傳動(dòng)齒輪，滑動(dòng)架的一側(cè)設(shè)置有與傳動(dòng)齒輪相匹配的齒條，齒條與其中一個(gè)傳動(dòng)齒輪嚙合；手爪包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的夾爪，夾爪的中部與傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有第一連接架，第一連接架的一端鉸接在夾爪的中部，第一連接架的另一端固定連接在傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)軸上，夾爪的端部與安裝架之間鉸接有第二連接架。
3、可選地，位移傳感器采用lvdt直線位移傳感器，鐵芯螺紋連接在驅(qū)動(dòng)板上，線圈固定連接在滑動(dòng)架上。
4、可選地，同一個(gè)夾爪上的第一連接架與第二連接架構(gòu)成平行連桿機(jī)構(gòu)。
5、可選地，夾爪的工作面上均勻設(shè)置有若干硅膠凸起，硅膠凸起內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)電橡膠。
6、可選地，與齒條嚙合的傳動(dòng)齒輪稱為第一傳動(dòng)齒輪，另一個(gè)傳動(dòng)齒輪稱為第二傳動(dòng)齒輪，第一傳動(dòng)齒輪的寬度大于第二傳動(dòng)齒輪的寬度，第二傳動(dòng)齒輪與齒條錯(cuò)位嚙合在第一傳動(dòng)齒輪上。
7、可選地，電路板包括控制電路板和驅(qū)動(dòng)電路板，安裝槽的外側(cè)設(shè)置有外殼，外殼固定連接在安裝架上，外殼上還設(shè)置有連接法蘭，外殼的側(cè)面設(shè)置有連接器。
8、工業(yè)機(jī)器人智能手爪的夾持力度控制方法，包括以下步驟：
9、1)設(shè)驅(qū)動(dòng)板兩側(cè)彈簧的剛度k和預(yù)緊變形量δ0一致，在夾爪沒夾持物體時(shí)，左側(cè)彈簧的預(yù)緊力f1＝kδ0，右側(cè)彈簧的預(yù)緊力f2＝kδ0，夾爪在空夾持動(dòng)作時(shí)受力平衡，位移傳感器沒有位移變化；
10、2)在夾爪夾持到物體時(shí)，左側(cè)彈簧受力壓縮，設(shè)位移傳感器測(cè)得的變形量為δ1，則左側(cè)彈簧的受力為f1＝k(δ0+δ1)，右側(cè)彈簧受力為f2＝k(δ0-δ1)，此時(shí)，齒條的總受力為f1-f2＝k(δ0+δ1)-k(δ0-δ1)＝2kδ1，為了保證夾爪在打開、閉合時(shí)兩側(cè)彈簧與驅(qū)動(dòng)板之間保持接觸，應(yīng)使δ0＞δ1；
11、3)設(shè)兩個(gè)傳動(dòng)齒輪的節(jié)圓半徑相等，且為r，θ角可以在彈簧位移開始變化時(shí)刻的電機(jī)光電編碼器數(shù)據(jù)及電機(jī)到傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算得出：
12、2kδ1r＝2f1(l1+l2cosθ)??????(1)
13、
14、f1＝f2????????????????(3)
15、其中，f1為左側(cè)夾爪的夾緊力，f2為右側(cè)夾爪的夾緊力，l1為夾爪中部鉸接點(diǎn)與夾持物體之間的垂直距離，l2為第一連接架兩個(gè)鉸接點(diǎn)之間的距離。
16、本發(fā)明的力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪及其控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
17、(1)滾珠螺母與滑動(dòng)架之間通過彈簧進(jìn)行連接，當(dāng)夾爪張開或閉合時(shí)，由于沒有阻力，兩側(cè)的彈簧保持平衡，絲杠帶動(dòng)滾珠螺母移動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)板也能帶動(dòng)滑動(dòng)架和齒條移動(dòng)，齒條帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)夾爪張開或閉合。當(dāng)夾爪夾住物體時(shí)，齒條無法繼續(xù)移動(dòng)，此時(shí)絲杠帶動(dòng)滾珠螺母移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)板就會(huì)對(duì)彈簧進(jìn)行壓縮，位移傳感器的數(shù)值就是驅(qū)動(dòng)板對(duì)彈簧的變形量，將彈簧對(duì)驅(qū)動(dòng)板的彈力換算為夾爪對(duì)物體的夾緊力，就能夠?qū)崟r(shí)了解夾爪對(duì)物體的夾取力度。
18、(2)彈簧的變形量δ1調(diào)節(jié)范圍大、測(cè)量精確，能夠在較大的范圍內(nèi)精確控制夾爪的夾緊力。
19、(3)平行連桿機(jī)構(gòu)能夠保證兩個(gè)夾爪的工作面始終相對(duì)設(shè)置，提高夾取的精確性。
20、(4)導(dǎo)電橡膠受壓時(shí)電阻降低，能夠反饋夾爪的夾取位置，當(dāng)夾取位置偏離夾爪中心較大時(shí)，可及時(shí)調(diào)整夾取位置，提高夾取的穩(wěn)定性。
1.一種力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，其特征在于：包括安裝架、齒輪箱和手爪，齒輪箱固定連接在安裝架上，安裝架上開設(shè)有安裝槽，安裝槽內(nèi)設(shè)置有控制組件；控制組件包括固定架、滑動(dòng)架和電路板，固定架上安裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端固定連接有主動(dòng)齒形帶輪，固定架上還轉(zhuǎn)動(dòng)連接有絲杠，絲杠的一端固定連接有從動(dòng)齒形帶輪，主動(dòng)齒形輪與從動(dòng)齒形帶輪之間安裝有同步齒形帶，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)；絲杠上連接有滾珠螺母，滾珠螺母上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)板，滑動(dòng)架滑動(dòng)連接在固定架上，滑動(dòng)架遠(yuǎn)離齒輪箱的一側(cè)設(shè)置有導(dǎo)桿，導(dǎo)桿穿過驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)板的兩側(cè)與滑動(dòng)架之間對(duì)稱設(shè)置有彈簧，彈簧套設(shè)在導(dǎo)桿上，驅(qū)動(dòng)板與滑動(dòng)架之間設(shè)置有位移傳感器；齒輪箱內(nèi)安裝有兩個(gè)互相嚙合的傳動(dòng)齒輪，滑動(dòng)架的一側(cè)設(shè)置有與傳動(dòng)齒輪相匹配的齒條，齒條與其中一個(gè)傳動(dòng)齒輪嚙合；手爪包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的夾爪，夾爪的中部與傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有第一連接架，第一連接架的一端鉸接在夾爪的中部，第一連接架的另一端固定連接在傳動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)軸上，夾爪的端部與安裝架之間鉸接有第二連接架。
2.如權(quán)利要求1所述的力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，其特征在于：位移傳感器采用lvdt直線位移傳感器，鐵芯螺紋連接在驅(qū)動(dòng)板上，線圈固定連接在滑動(dòng)架上。
3.如權(quán)利要求1所述的力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，其特征在于：同一個(gè)夾爪上的第一連接架與第二連接架構(gòu)成平行連桿機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，其特征在于：夾爪的工作面上均勻設(shè)置有若干硅膠凸起，硅膠凸起內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)電橡膠。
5.如權(quán)利要求1所述的力度可控的工業(yè)機(jī)器人智能手爪，其特征在于：與齒條嚙合的傳動(dòng)齒輪稱為第一傳動(dòng)齒輪，另一個(gè)傳動(dòng)齒輪稱為第二傳動(dòng)齒輪，第一傳動(dòng)齒輪的寬度大于第二傳動(dòng)齒輪的寬度，第二傳動(dòng)齒輪與齒條錯(cuò)位嚙合在第一傳動(dòng)齒輪上。
6.電路板包括控制電路板和驅(qū)動(dòng)電路板，安裝槽的外側(cè)設(shè)置有外殼，外殼固定連接在安裝架上，外殼上還設(shè)置有連接法蘭，外殼的側(cè)面設(shè)置有連接器。
7.如權(quán)利要求1-6所述的工業(yè)機(jī)器人智能手爪的夾持力度控制方法，其特征在于：包括以下步驟：