本發(fā)明涉及機(jī)器人末端夾爪，具體涉及一種夾爪機(jī)構(gòu)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、夾爪機(jī)構(gòu)是一種廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，主要用于夾持和搬運(yùn)各種工件或產(chǎn)品。夾爪機(jī)構(gòu)在工業(yè)機(jī)器人中尤為重要，作為機(jī)械夾持結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際工作需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。

2、其中，電動(dòng)夾爪在機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可以作為機(jī)器人的末端執(zhí)行器進(jìn)行多樣的夾持操作，在裝配、運(yùn)輸、分料等領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用。然而，傳統(tǒng)機(jī)器人電動(dòng)夾爪一般采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，夾爪的夾持力穩(wěn)定輸出效果差，效率低，且能達(dá)到的有效夾持力較小，負(fù)載能力一般，難以適用于部分高密度的較重物品的夾持場(chǎng)景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種夾爪機(jī)構(gòu)及其控制方法，旨在解決傳統(tǒng)的夾爪機(jī)構(gòu)夾持穩(wěn)定性一般且?jiàn)A持負(fù)載效果不佳的問(wèn)題。

2、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一方面提供了一種夾爪機(jī)構(gòu)，夾爪機(jī)構(gòu)包括殼體、電機(jī)、諧波減速器、動(dòng)力輸出件、傳動(dòng)組件和多個(gè)夾指，電機(jī)和傳動(dòng)組件均設(shè)置在殼體上，電機(jī)的輸出端通過(guò)諧波減速器與動(dòng)力輸出件連接，動(dòng)力輸出件的輸出端通過(guò)傳動(dòng)組件與多個(gè)夾指連接；

3、電機(jī)設(shè)置為能夠通過(guò)諧波減速器帶動(dòng)動(dòng)力輸出件轉(zhuǎn)動(dòng)并因此使傳動(dòng)組件帶動(dòng)多個(gè)夾指做夾持/松開(kāi)動(dòng)作。

4、通過(guò)這樣的設(shè)置，夾爪機(jī)構(gòu)中的電機(jī)通過(guò)諧波減速器帶動(dòng)動(dòng)力輸出件轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得傳動(dòng)組件帶動(dòng)多個(gè)夾指完成夾持或松開(kāi)動(dòng)作。通過(guò)諧波減速驅(qū)動(dòng)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的舵機(jī)給夾爪機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，采用嚙合齒數(shù)多且面接觸式齒傳動(dòng)的諧波減速器作為減速輸出部分，使得夾爪的驅(qū)動(dòng)方案具有大傳動(dòng)比、高承載能力、高效率、高精度等優(yōu)點(diǎn)，使得夾持力更穩(wěn)定可控，且可夾持更重的物體驅(qū)動(dòng)效果更明顯，適配的夾持場(chǎng)景更多樣。

5、優(yōu)選的，傳動(dòng)組件包括圓盤、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和多個(gè)傳動(dòng)臂，動(dòng)力輸出件的輸出端與圓盤的中心連接，傳動(dòng)臂與夾指一一對(duì)應(yīng)，傳動(dòng)臂的第一端與圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)連接，傳動(dòng)臂的第二端與夾指轉(zhuǎn)動(dòng)連接，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)置在殼體上并能夠?qū)A指的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。

6、通過(guò)這樣的設(shè)置，動(dòng)力輸出件的輸出端驅(qū)動(dòng)圓盤沿其圓盤中心轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)傳動(dòng)臂連接一個(gè)夾指，圓盤在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)多個(gè)傳動(dòng)臂位移，驅(qū)動(dòng)各對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)臂同步傳動(dòng)，從而使得不同夾指同步靠近或遠(yuǎn)離實(shí)施夾放動(dòng)作，優(yōu)化夾放動(dòng)作的整體執(zhí)行流暢度。通過(guò)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，使得夾指在指定方向上運(yùn)動(dòng)。

7、進(jìn)一步地，上述多個(gè)傳動(dòng)臂圍繞圓盤中部中心對(duì)稱布置，且各傳動(dòng)臂均靠近圓盤的盤面安裝，以便圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)多個(gè)傳動(dòng)臂能夠在貼近圓盤盤面的傳動(dòng)面上同步擺轉(zhuǎn)，形成近似于沿平面擺轉(zhuǎn)傳動(dòng)的效果，縮短夾爪傳動(dòng)鏈，減少動(dòng)力損耗，優(yōu)化傳動(dòng)效率。

8、相較于常規(guī)夾爪的齒輪連桿組傳動(dòng)，本發(fā)明的傳動(dòng)組件的布置在滿足夾指驅(qū)動(dòng)需求的情形下減少了傳動(dòng)件的使用數(shù)量，使得傳動(dòng)組件整體呈現(xiàn)傳動(dòng)鏈短、動(dòng)力傳遞對(duì)象少、占用空間小的特點(diǎn)，壓縮動(dòng)力源與夾指之間的安裝空間，使得夾爪在具有穩(wěn)定可靠的夾持效果的同時(shí)還具有小體輕量的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提升夾爪的適配工作場(chǎng)景。

9、優(yōu)選的，夾指的數(shù)量為兩個(gè)，殼體上形成有允許兩個(gè)夾指移動(dòng)的通槽，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)置為能夠引導(dǎo)兩個(gè)夾指相向移動(dòng)以執(zhí)行夾持動(dòng)作/引導(dǎo)兩個(gè)夾指相背移動(dòng)以執(zhí)行松開(kāi)動(dòng)作。

10、通過(guò)這樣的設(shè)置，殼體上的通槽使得夾指能夠沿通槽運(yùn)動(dòng)，將導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和通槽的方向?qū)?yīng)，使得兩個(gè)夾指能夠沿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)殼體不影響夾指運(yùn)動(dòng)。

11、優(yōu)選的，每個(gè)夾指均通過(guò)連接結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)臂的第二端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，連接結(jié)構(gòu)穿過(guò)通槽，導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在殼體上且分別位于通槽兩側(cè)的兩個(gè)導(dǎo)軌，連接結(jié)構(gòu)分別與兩個(gè)導(dǎo)軌滑動(dòng)連接。

12、通過(guò)這樣的設(shè)置，設(shè)置連接結(jié)構(gòu)將夾指和傳動(dòng)臂連接，連接結(jié)構(gòu)穿過(guò)通槽實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)臂通過(guò)連接結(jié)構(gòu)帶動(dòng)夾指運(yùn)動(dòng)；將導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)置成兩個(gè)導(dǎo)軌，分別位于通槽的兩側(cè)，通過(guò)連接結(jié)構(gòu)和導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，使得連接結(jié)構(gòu)能夠沿滑軌的設(shè)置方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)夾指在滑軌的方向上運(yùn)動(dòng)。

13、優(yōu)選的，連接結(jié)構(gòu)包括連接部和兩個(gè)導(dǎo)向塊，連接部將夾指與傳動(dòng)臂的第二端連接，兩個(gè)導(dǎo)向塊分別設(shè)置在連接部上且位于連接部的兩側(cè)，導(dǎo)向塊與導(dǎo)軌一一對(duì)應(yīng)地滑動(dòng)連接。

14、通過(guò)這樣的設(shè)置，連接部用于連接夾指和傳動(dòng)臂，兩個(gè)導(dǎo)向塊設(shè)置在連接部的兩側(cè)用于和導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，一方面使得傳動(dòng)臂能夠通過(guò)連接部帶動(dòng)夾指運(yùn)動(dòng)，另一方面能夠通過(guò)導(dǎo)向塊配合導(dǎo)軌限制夾指的運(yùn)動(dòng)方向，還可以在連接部的同側(cè)設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)向塊，能夠提高夾指在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

15、此外，針對(duì)多個(gè)傳動(dòng)臂貼近圓盤盤面?zhèn)鲃?dòng)的情形，連接部的設(shè)置能夠使傳動(dòng)臂的臂身與夾指的被驅(qū)動(dòng)端之間形成間隔，減少傳動(dòng)臂和夾指的卡點(diǎn)，保證傳動(dòng)臂和夾指的運(yùn)動(dòng)流暢性。

16、優(yōu)選的，導(dǎo)向塊上形成有能夠容納對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的容納槽，容納槽的兩個(gè)對(duì)內(nèi)側(cè)壁上均形成有導(dǎo)向凸起，導(dǎo)軌的兩側(cè)均形成有導(dǎo)向凹槽，導(dǎo)向凸起與導(dǎo)向凹槽一一對(duì)應(yīng)地配合；或者，

17、導(dǎo)向塊上形成有能夠容納對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌的容納槽，容納槽的兩個(gè)對(duì)內(nèi)側(cè)壁上均形成有導(dǎo)向凹槽，導(dǎo)軌的兩側(cè)均形成有導(dǎo)向凸起，導(dǎo)向凸起與導(dǎo)向凹槽一一對(duì)應(yīng)地配合。

18、通過(guò)這樣的設(shè)置，在導(dǎo)向塊上的容納槽配合導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，使得導(dǎo)向塊能夠沿導(dǎo)軌滑動(dòng)，進(jìn)一步的，在容納槽內(nèi)的兩個(gè)側(cè)壁上的導(dǎo)向凸起，對(duì)應(yīng)導(dǎo)軌兩側(cè)的導(dǎo)向凹槽，使得導(dǎo)向塊沿導(dǎo)軌滑動(dòng)同時(shí)不會(huì)偏離導(dǎo)軌的方向，進(jìn)而使得夾指的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定；也可以是在導(dǎo)軌的兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向凸起，在導(dǎo)向塊的容納槽側(cè)壁上設(shè)置導(dǎo)向凹槽，通過(guò)這樣的設(shè)置也能限制導(dǎo)向塊沿導(dǎo)軌的滑動(dòng)路徑，進(jìn)而提高夾指運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

19、優(yōu)選的，圓盤上形成有單圈連接孔或者沿圓盤徑向設(shè)置的多圈連接孔，傳動(dòng)臂的第一端與對(duì)應(yīng)的連接孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

20、通過(guò)這樣的設(shè)置，當(dāng)圓盤上設(shè)置單圈連接孔時(shí)，每個(gè)傳動(dòng)臂的第二段和連接孔傳動(dòng)連接，在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，每個(gè)傳動(dòng)臂的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)對(duì)應(yīng)夾指運(yùn)動(dòng)；當(dāng)圓盤上設(shè)置多圈連接孔時(shí)，傳動(dòng)臂的第一端可以選擇不同半徑的同圈連接孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，使得安裝至不同圈連接孔的傳動(dòng)臂的動(dòng)力輸入端與驅(qū)動(dòng)中心之間的距離發(fā)生變化，改變傳動(dòng)臂的動(dòng)力輸出端的驅(qū)動(dòng)速度，從而調(diào)整夾指開(kāi)合速度和開(kāi)合行程，從而可以根據(jù)抓取需求調(diào)控夾指的運(yùn)動(dòng)方案。

21、優(yōu)選的，傳動(dòng)臂的形狀為弧形以使得在所有夾指執(zhí)行夾持/松開(kāi)動(dòng)作時(shí)任何傳動(dòng)臂之間不發(fā)生相互干涉。

22、通過(guò)這樣的設(shè)置，弧形的傳動(dòng)臂在隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，能夠避開(kāi)傳動(dòng)臂之間的相互干涉，例如在兩個(gè)傳動(dòng)臂時(shí)，極限情形中，會(huì)存在兩個(gè)傳動(dòng)臂共線的情況，此時(shí)由于傳動(dòng)臂的弧形設(shè)置，使得兩個(gè)傳動(dòng)臂的四個(gè)端點(diǎn)共線，同時(shí)兩個(gè)傳動(dòng)臂之間能夠相互避讓。此外，弧形傳動(dòng)臂的避讓設(shè)計(jì)能夠在多個(gè)傳動(dòng)臂中心對(duì)稱安裝時(shí)允許傳動(dòng)臂的第二端被更近距離地驅(qū)動(dòng)靠近，即便針對(duì)直徑細(xì)小的夾指結(jié)構(gòu)，也能夠滿足多夾指間的閉合驅(qū)動(dòng)需求，使得夾爪能夠更加適配細(xì)小或輕薄物體的精細(xì)夾持工作場(chǎng)景。

23、優(yōu)選的，傳動(dòng)臂兩端的直線距離大于傳動(dòng)臂的第一端到圓盤的中心點(diǎn)的直線距離。

24、通過(guò)這樣的設(shè)置，圓盤帶動(dòng)傳動(dòng)臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，能夠避免圓盤和傳動(dòng)臂之間形成運(yùn)動(dòng)死點(diǎn)，確保夾指順利運(yùn)動(dòng)。

25、本發(fā)明的第一方面提供了一種夾爪機(jī)構(gòu)的控制方法，控制方法包括：

26、獲取待夾持物的目標(biāo)特征；

27、根據(jù)待夾持物的目標(biāo)特征確定夾爪機(jī)構(gòu)的夾持模式；

28、基于確定的夾持模式對(duì)待夾持物進(jìn)行夾持；

29、其中，待夾持物的目標(biāo)特征包括待夾持物的類型、待夾持物的材質(zhì)、待夾持物的硬度、待夾持物的形狀、待夾持物的重量和待夾持物的表面光滑度中的至少一種；

30、夾持模式包括變速夾持模式、勻速夾持模式、變力夾持模式和勻力夾持模式中的至少一種。

31、通過(guò)這樣的設(shè)置，可以根據(jù)不同的待夾持物的特征切換不同的夾持模式，使得夾爪機(jī)構(gòu)適配多種工作模式和工作環(huán)境，提升夾爪的實(shí)用性和通用性。同時(shí)應(yīng)對(duì)不同類型的待夾持物能夠針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)更好的夾持效果，提高了工作效率和夾持過(guò)程中的安全性。