[发明专利]面向非规则物体的抓取机器人

说明书

技术领域

本发明涉及抓取机器人领域，特别是一种针对非规则物体抓取的机器人。

背景技术

近年来，抓取机器人的应用范围日益扩大，其已不再局限于搬运、焊接以及大批量作业。如煤矿救援、海底打捞、军事侦察、核能利用和空间探测等领域对抓取机器人的需求亦日益增多。然而，非结构化的工作环境以及作业对象的非规则性是抓取机器人作业所面临的主要难点。现有的大多数工业抓取机器人集成化、自动化和智能化程度较低，作业时工作环境已知，作业对象固定且形状规则，作业过程程序化，难以完成危险环境或非结构化工作环境下不规则物体的抓取作业。

发明内容

为了克服现有抓取机器人集成化、自动化和智能化程度不高以及难以完成非结构化工作环境下不规则物体抓取的缺陷，本发明提供了一种面向非规则物体作业的抓取机器人，通过设计其遥控移动平台和机械臂、改进其末端执行器的机械结构、配置用于感知不规则物体的空间位姿和边界信息以及实时监测不规则物体在两手指间的受力与滑动状况的摄像头、距离传感器和微型力敏传感器，进而实现机器人面向非规则物体的抓取作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将遥控移动平台、5自由度机械臂和1自由度末端执行器三个模块集成构成抓取机器人；通过远程遥控操纵移动平台使抓取机器人进入危险的非结构化工作空间内作业；利用5自由度机械臂扩大抓取机器人的灵活工作空间；利用摄像头和距离传感器检测非结构化工作环境下不规则物体的空间位姿与形状信息；采用微型力敏传感器实时感知不规则物体在两手指之间的受力与滑动信息；通过改进末端执行器的指面结构，即在支撑板上安装5行4列的中空螺钉和弹簧，使手指在接触非规则物体后自动依据非规则物体的接触面形状自适应变形，从而使机器人手指可以稳定抓取不同形状的非规则物体。

本发明的有益效果是：遥控移动平台、5自由度机械臂和1自由度末端执行器的集成设计以及摄像头、距离传感器和力敏传感器的采用提高了抓取机器人的集成化、自动化和智能化水平，使其能够进入非结构化工作环境下工作。末端执行器的独特式设计使抓取机器人能够实现对非规则物体的抓取作业。

附图说明

图1为本发明面向非规则物体的抓取机器人系统结构图，图2为图1所示结构中遥控移动平台的结构图，图3为图1所示结构中机械臂的结构图，图4为图1所示结构中末端执行器的结构图，图5为图4所示结构中手指的结构图。

图1中：1.遥控移动平台，2.机械臂，3.末端执行器，4.摄像头，5.距离传感器。

图2中：1-1.轮子，1-2.底盘，1-3.轮子，1-4.蓄电池，1-5.密封盖，1-6.步进电机，1-7.固定盘，1-8.回转轴承，1-9.拨叉，1-10.转盘，1-11.轮子，1-12.轮子，1-13.驱动器，1-14.控制器，1-15.铜柱，1-16.变压与稳压模块。

图3中：2-1.舵机，2-2.支架，2-3.轴承，2-4.右连杆，2-5.左连杆，2-6.轴承，2-7.舵机，2-8.右连杆，2-9.左连杆，2-10.轴承，2-11.舵机，2-12.摇臂，2-13.U型连杆，2-14.舵机，2-15.舵盘。

图4中：3-1.固定板，3-2.光轴，3-3.直线轴承，3-4.侧护板，3-5.连接板，3-6.三孔元母，3-7.手指，3-8.双向螺杆，3-9.直流电机，3-10.手指，3-11.三孔元母，3-12.齿轮，3-13.连接板，3-14.齿轮，3-15.侧护板，3-16.直线轴承，4.摄像头，5.距离传感器。

图5中：3-7-1.顶盖层，3-7-2.力敏传感器，3-7-3.中间层，3-7-4.弹簧，3-7-5.中空螺钉，3-7-6.支撑板，3-7-7.弹簧，3-7-8.中空螺钉，3-7-9.海绵层。

具体实施方式

面向非规则物体的抓取机器人（图1）由机械系统、运动控制系统、检测系统和供电系统组成，其中机械系统由遥控移动平台（1）、机械臂（2）和末端执行器（3）三个模块集成；运动控制系统由控制器（1-14）、驱动器（1-13）、舵机（2-1、2-7、2-11和2-14）、步进电机（1-6）、直流电机（3-9）以及拖动轮子（1-1、1-3、1-11和1-12）的4个直流电机组成；检测系统由摄像头（4）、距离传感器（5）以及安装于手指（3-7）上的力敏传感器（3-7-2）和安装于手指（3-10）上的力敏传感器组成；供电系统由蓄电池（1-4）和变压与稳压模块（1-16）组成。