專利名稱：基于力視混合檢測的對接/分離裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無擾動分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于潔凈和真空環(huán)境中，對位置、態(tài)姿、溫度等指標(biāo)的擾動要求嚴(yán)苛、生命周期極短的空間目標(biāo)或?qū)r間敏感的目標(biāo)對象的保護(hù)罩進(jìn)行對接抓取和快速分離作業(yè)的對接/分離裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在無擾動分離技術(shù)領(lǐng)域，在進(jìn)行對接抓取時，必須保證夾持器精確的抓取目標(biāo)，避免在對接抓取過程中夾持器動作帶給目標(biāo)對象的空間位姿精度的擾動，將對目標(biāo)在抓取過程中導(dǎo)致的位置偏差控制在IOum量級范圍內(nèi)。同時，對接抓取還必須最小化對接產(chǎn)生的沖擊能量對目標(biāo)對象溫度等物理特性的影響。另一方面，夾持器還必須夾持器提供足夠的夾持力，抓緊目標(biāo)對象跟隨分離裝置運(yùn)動。在進(jìn)行快速分離時，首先，保證撤離運(yùn)動的方向與目標(biāo)對象的分離運(yùn)動方向平行。此外，還必須快速撤離裝置在規(guī)定的極短時間內(nèi)撤離要求的較大距離，并可安全制動。通常是要求在百毫秒的工作時間內(nèi)范圍，安全撤離距離為米級。另外，對接/分離裝置工作還要求不污染環(huán)境，產(chǎn)生盡量少的電磁、熱擾動。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)目前還沒有一套完整的裝置能夠做到大的分離行程、空間姿態(tài)的精確調(diào)整、高精度的對接，同時還能適應(yīng)真空或潔凈環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明設(shè)計了一種基于力視混合檢測的對接/分離裝置，其特征在于，該裝置包括:安裝基座、并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺、機(jī)械轉(zhuǎn)接罩、快速撤離系統(tǒng)、視覺檢測裝置、力覺檢測裝置和夾持器裝置；其中，所述安裝基座包括一安裝底板和一安裝面板，其中所述安裝面板上與所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺連接，所述安裝底板與固定平臺或運(yùn)動平臺連接；所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺，其固定于所述安裝基座上，并通過所述機(jī)械轉(zhuǎn)接罩與所述快速撤離裝置相連，所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺用于調(diào)整快速撤離裝置的位置和姿態(tài)；所述轉(zhuǎn)接罩為一個桶狀中空結(jié)構(gòu)，其具有相互平行的兩個安裝面，并分別與并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺和快速撤離裝置連接；所述快速撤離裝置，其一端與所述轉(zhuǎn)接罩的一安裝面連接，另一端與所述力覺檢測裝置連接，用于實(shí)現(xiàn)對被夾持對象與與其相連接的目標(biāo)的快速分離；所述視覺檢測裝置，其安裝于所述快速撤離裝置上，用于檢測被夾持對象在視場空間內(nèi)位置姿態(tài)，并根據(jù)檢測結(jié)果獲得被夾持對象與快速撤離裝置的位置和姿態(tài)；所述力覺檢測裝置，其具有一后連接板、一前連接板以及在后連接板與前連接板之間的一六維力矩傳感器，其中所述后連接板、前連接板分別與快速撤離裝置、夾持器裝置連接，所述六維力矩傳感器用于檢測夾持器與被夾持對象之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系;所述夾持器裝置包括一夾持器安裝基座和多套壓電驅(qū)動夾持爪，所述安裝基座的中心開有圓形通孔，以容納被夾持的物體進(jìn)入此空間內(nèi)；所述多套壓電驅(qū)動夾持爪完全相同，均勻布置并固定在安裝基座的圓周安裝面上，其中通過壓電驅(qū)動器來控制對應(yīng)的壓電驅(qū)動夾持爪的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動夾持爪對被夾持對象的逼近或遠(yuǎn)離；其中，所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺根據(jù)所述視覺檢測裝置檢測出當(dāng)前夾持器與被夾持對象之間的位置偏差和姿態(tài)偏差來調(diào)整姿態(tài)；其中，所述夾持器裝置根據(jù)所述力覺檢測裝置檢測出的夾持器與被夾持對象之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系來輔助實(shí)現(xiàn)對被夾持對象的夾持。特別的，所述安裝基座還包括一直角三角形筋板，其中，通過螺栓，將兩條直角三角形筋板的兩個直角面分別與安裝底板的上表面和安裝面板的背面連接在一起；通過螺栓，將安裝面板的背面與安裝底板的前端面連接在一起。特別的，所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺包括動平臺、伸縮桿、鉸鏈和靜平臺，其中每條伸縮桿和一對鉸鏈構(gòu)成一套運(yùn)動驅(qū)動裝置，通過多套伸縮桿和鉸鏈組成的運(yùn)動驅(qū)動裝置的對稱連接，將靜平臺和動平臺連接在一起，在靜平臺固定的情況下，實(shí)現(xiàn)動平臺沿著x，y，z三個軸的平移和旋轉(zhuǎn)。特別的，所述轉(zhuǎn)接罩腰部按照90°均布開有圓角矩形孔，轉(zhuǎn)接罩兩個安裝面具有突出外沿，外沿上開有與安裝對象位置一致的螺紋孔。特別的，所述對接/分離裝置中包括兩套視覺檢測裝置；所述視覺檢測裝置包括C⑶相機(jī)、可調(diào)鏡頭、三角形安裝座、鏡頭安裝座、鏡頭卡箍、鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置；其中，CCD相機(jī)和可調(diào)鏡頭通過螺紋連接為一體；鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置采用螺釘連接在鏡頭筒身上，通過步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動方式對鏡頭進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過螺釘，將鏡頭安裝座安裝在三角形安裝座的斜面上；通過兩條鏡頭卡箍將整個的可變鏡頭相機(jī)裝置固定到鏡頭安裝座的弧形凹槽上。特別的，所述前連接板和后連接板具有相似的結(jié)構(gòu)，所述力學(xué)檢測裝置的前、后連接板與所述六維力矩傳感器連接面具有一圓形凸臺，凸臺上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，通孔位置與六維力矩傳感器6的安裝孔位置對應(yīng)；所述力學(xué)檢測裝置的前、后連接板與其他器件的連接面具有一個圓形沉孔，以減輕連接板的質(zhì)量，同時在連接轉(zhuǎn)接板與力矩傳感器時，將連接螺釘?shù)念^部隱藏著大沉孔內(nèi)，在沉孔與連接板外圓之間的環(huán)帶上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，所述通孔分別與視覺檢測裝置及夾持器裝置的安裝孔位置對應(yīng)。特別的，當(dāng)所述安裝底板與運(yùn)動平臺連接時，所述對接/分離裝置隨著運(yùn)動平臺一起運(yùn)動，用于對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的實(shí)施操作。特別的，所述壓電驅(qū)動夾持爪包括壓電驅(qū)動器、位移傳感器、應(yīng)變式力傳感器、伸縮桿、夾持爪；所述壓電驅(qū)動器與伸縮桿相連接，用于實(shí)現(xiàn)對伸縮桿的移動；在壓電驅(qū)動器的頂端安裝有位移傳感器，用以檢測伸縮桿的運(yùn)動量；伸縮桿上還安裝有應(yīng)變式力傳感器，通過檢測應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)變信息，實(shí)現(xiàn)對夾持力的大小檢測；所述夾持爪為圓柱形結(jié)構(gòu)，夾持爪端部120° V型開口 ；所述夾持爪的尖端磨平，以避免損傷被夾持對象的表面；在夾持爪的上端面開有長孔，與伸縮桿端部相互配合，在夾持爪的下端面開有沉孔，在沉孔與長孔之間采用圓孔貫通，通過螺釘將夾持爪固定在伸縮桿上，實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動器利用伸縮桿來帶動夾持爪的伸縮運(yùn)動。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于上述力視混合檢測的對接/分離裝置的對接/分離方法，其包括如下步驟:通過與安裝基座固定連接的運(yùn)動平臺或并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺，使所述夾持器裝置接近被夾持對象；通過視覺裝置檢測快速撤離裝置的運(yùn)動軸線與被夾持對象的中心軸線存在位置和姿態(tài)的偏差；調(diào)整并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺的姿態(tài)，使得快速撤離裝置的運(yùn)動軸線與被夾持目標(biāo)的中心軸線重合；調(diào)整并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺進(jìn)行微動運(yùn)動，使得夾持器在保持姿態(tài)不變的前提下，逐漸接近被夾持對象，直至被夾持對象進(jìn)入夾持器的基座中心孔內(nèi)；當(dāng)被夾持對象進(jìn)入夾持器的基座上的中心通孔內(nèi)時，控制夾持器的壓電驅(qū)動夾持爪快速接近被夾持對象，當(dāng)任何一個應(yīng)變式力傳感器檢測到力變化信號，控制對應(yīng)壓電驅(qū)動夾持爪后退0.5um，保證六維力矩傳感器無變化，停止此壓電驅(qū)動夾持爪的工作；依次控制其他壓電驅(qū)動夾持爪進(jìn)行微動，直到最后一個壓電驅(qū)動器上的應(yīng)變式力傳感器感受到力的變化，控制其對應(yīng)的壓電驅(qū)動夾持爪后退0.5um，保證與其對應(yīng)的六維力矩傳感器無變化，停止此壓電驅(qū)動器工作；將此刻的位置定義為夾持器調(diào)整的位移對接基準(zhǔn)點(diǎn)；協(xié)同控制壓電驅(qū)動器運(yùn)動，按照夾持力大則做反向微動，夾持力小則做正向微動的原則，直至六維力矩傳感器受力各方向力增量均為0，三個壓電夾持爪的夾持力大小一致，且達(dá)到預(yù)先設(shè)定的可穩(wěn)定夾持的力閾值，夾持工作完成；控制并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺保持現(xiàn)有姿態(tài)，沿快速撤離裝置的軸線方向以微小步距后退，使被夾持對象與其相連接的目標(biāo)無振動、無位姿偏移的分離；將被夾持對象與其連接對象分離至無物理連接后，啟動快速撤離裝置將夾持器及被夾持對象撤離到被連接保護(hù)對象的安全距離外，快速撤離裝置制動；控制壓電夾持爪釋放被夾持對象。本發(fā)明中的一個多個技術(shù)方案具有以下技術(shù)效果:(I)采用了視覺檢測裝置，能夠準(zhǔn)確反饋被夾持對象與對接/分離裝置之間的空間姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)了對接過程的精確控制。(2)在視覺檢測裝置無法準(zhǔn)確檢測到被夾持目標(biāo)時，采用6維力/力矩傳感器作為輔助姿態(tài)反饋，使對接/分離裝置與被夾持對象運(yùn)動軸線同軸。(3)采用應(yīng)變式力傳感器反饋夾持力的大小及平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對接過程的精確控制。(4)采用快速撤離裝置前置并安裝在并聯(lián)6D0F平臺上，便于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對接，減小分離時對被夾持目標(biāo)的位姿擾動。另外,本發(fā)明對分離對象的速度、加速度、運(yùn)動方向性、力方向大小等均能實(shí)現(xiàn)控制，也能實(shí)現(xiàn)制動，適用于真空、潔凈環(huán)境中作業(yè)。


圖1是對接/分離裝置的系統(tǒng)總體圖。圖2是安裝基座的結(jié)構(gòu)不意圖。圖3是并聯(lián)6自由度運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是機(jī)械轉(zhuǎn)接罩的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5.1是快速撤離裝置的總體結(jié)構(gòu)圖。圖5.2是快速撤離裝置的俯視圖。圖5.3是快速撤離裝置的主視圖。圖5.4是沿圖5.2中的A-A線的剖面圖。圖5.5是沿圖5.2中的B-B線的剖面圖。圖5.6是沿圖5.3中的C-C線的去除滾珠絲杠5_23遮擋的剖面圖。圖5.7是沿圖5.3中的D-D線的去除快撤連接臂5_28遮擋的剖面圖。圖6是視覺檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是力覺檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是連接板安裝面的示意圖。圖9是夾持器裝置的示意圖。圖10是壓電驅(qū)動夾持爪的示意圖。圖11是夾持爪的軸測圖、剖面圖及俯視圖。圖12是夾持器安裝基座的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13是壓電驅(qū)動器安裝孔位置示意圖。圖14是安裝好后帶有力覺檢測的夾持器的示意圖。圖15是視覺檢測裝置安裝示意圖。圖16是夾持器與力覺檢測裝置安裝示意圖。圖17是位置姿態(tài)微調(diào)裝置的示意圖。圖18是連接完成的對接/分離裝置總體圖。圖19是空間位置姿態(tài)存在偏差的示意圖。圖20是調(diào)整好后的空間位置姿態(tài)示意圖。圖21是基于力位混合反饋的精密夾持策略示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是對接/分離裝置的系統(tǒng)總體圖。如圖1所示，所述對接/分離裝置按照功能可分為7個組成部分，包括:a)安裝基座b)并聯(lián)6自由度運(yùn)動平臺c)機(jī)械轉(zhuǎn)接罩
d)快速撤離裝置e)視覺檢測裝置f)力覺檢測裝置g)夾持器裝置一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2是安裝基座的結(jié)構(gòu)示意圖。安裝基座是整個對接/分離裝置的基礎(chǔ)。如圖2所示，安裝基座由安裝底板30、直角三角形筋板29和安裝面板28組成。通過螺栓，將兩條直角三角形筋板29的兩個直角面分別與安裝底板30的上表面和安裝面板28的背面連接在一起；通過螺栓，將安裝面板28的背面與安裝底板30的前端面連接在一起，通過安裝面板28、筋板29和安裝底板30兩兩連接，并保證相互之間的垂直度要求，使得安裝基座成為一個穩(wěn)固的整體。安裝底板30和安裝面板28除了開有用于和筋板29連接的螺紋孔，還開有連接外部器件的孔洞。安裝底板30開有孔間距50mm，直徑6.5mm的兩排通孔，與固定平臺連接，可實(shí)現(xiàn)對整個對接/分離裝置的整體固定。安裝底板30也可以與運(yùn)動平臺連接，使得整個對接/分離裝置能隨著運(yùn)動平臺一起運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)整個對接/分離裝置的宏動運(yùn)動，便于對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的實(shí)施操作。安裝面板28正面銑有環(huán)形安裝面，并開有M6的螺紋孔，用于安裝并聯(lián)6D0F平臺，安裝面板28安裝面的開孔位置與并聯(lián)6D0F平臺的靜平臺位置相對應(yīng)。圖3是并聯(lián)6自由度運(yùn)動平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，并聯(lián)6自由度運(yùn)動平臺b由動平臺24、伸縮桿25、鉸鏈(虎克鉸)26和靜平臺27組成。每條伸縮桿24和一對鉸鏈26構(gòu)成一套運(yùn)動驅(qū)動裝置，通過6套伸縮桿和鉸鏈組成的運(yùn)動驅(qū)動裝置的對稱連接，將靜平臺27和動平臺24連接在一起，在保證靜平臺固定的情況下，可以實(shí)現(xiàn)動平臺沿著X，Y, z三個軸的精確平移和旋轉(zhuǎn)。圖4是機(jī)械轉(zhuǎn)接罩的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，轉(zhuǎn)接罩c為一個桶狀中空結(jié)構(gòu)，腰部按照90°均布開有圓角矩形孔，以上結(jié)構(gòu)在保證轉(zhuǎn)接罩剛度的前提下，可以有效減輕轉(zhuǎn)接罩的重量，同時，中空結(jié)構(gòu)便于容納快速撤離裝置的突出電機(jī)，圓角矩形孔也便于控制線纜走線，方便安裝檢修連接在轉(zhuǎn)接罩上的安裝部件。轉(zhuǎn)接罩兩個安裝面相互平行，具有突出外沿，外沿上開有與安裝對象位置一致的螺紋孔。通過轉(zhuǎn)接罩c的23-A和23-B兩個連接面可以將并聯(lián)6D0F平臺和快速撤離裝置連接到一起，以將快速撤離裝置安裝到并聯(lián)6D0F平臺上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明中的快速撤離裝置既可以是現(xiàn)有技術(shù)中的快速撤離裝置，也可以采用特殊結(jié)構(gòu)的快速撤離裝置，例如圖5.1所示的一種優(yōu)選的快速撤
離裝置。圖5.1為一種快速撤離裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖5.1所示，該快速撤離裝置按照功能分為8個子裝置:5.a，快速撤離子裝置；5.b，勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置；5.C，檢測子裝置；5.d，支撐導(dǎo)向子裝置；
5.e，鎖緊觸發(fā)子裝置；5.f，緩沖制動子裝置；5.g，安全輔助子裝置；5.h，加載子裝置。圖5.2是快速撤離裝置的俯視圖，圖5.3是快速撤離裝置的主視圖，圖5.4是沿圖
5.2中的A-A線的剖面圖，圖5.5是沿圖5.2中的B-B線的剖面圖，圖5.6是沿圖5.3中的C-C線的去除滾珠絲杠5-23遮擋的剖面圖，圖5.7是沿圖5.3中的D-D線的去除快撤連接臂5-28遮擋的剖面圖，如圖5.2-5.7所示:所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d是整個快速撤離裝置的安裝基礎(chǔ)，其包括電機(jī)連接架5-3、導(dǎo)向桿5-10 (又包括上導(dǎo)向桿5-10-1和下導(dǎo)向桿5-10-2)、導(dǎo)軌5_11 (又包括上導(dǎo)軌5-11-1和下導(dǎo)軌5-11-2)、后擋板5-17、連接橫梁5_22、前擋板5_29和底板5_32。其中，所述后擋板5-17、前擋板5-29與連接橫梁5-22和底板5_32采用螺釘連接，組成所述快速撤離子裝置5.a的基本框架；所述導(dǎo)軌5-11通過螺釘安裝在所述底板5-32的導(dǎo)軌安裝槽內(nèi)，導(dǎo)軌5-11中，下導(dǎo)軌5-11-2為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌5-11-1為浮動導(dǎo)軌；導(dǎo)軌安裝必須保證兩條導(dǎo)軌的平面度和平行度，而所述安全輔助子裝置中的導(dǎo)軌壓條5-12就是用于調(diào)節(jié)和限定所述基準(zhǔn)導(dǎo)軌5-11-2的形位的。所述導(dǎo)向桿5-10兩端的頭部攻有反向螺紋，分別與所述前擋板5-29和后擋板5-17的螺紋孔連接，為所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置5.b和所述緩沖制動子裝置5.f中的彈簧起到導(dǎo)向作用，同時所述導(dǎo)向桿5-10也作為加強(qiáng)筋，提高整個支撐導(dǎo)向子裝置5.d的剛度；所述電機(jī)連接架5-3用于將驅(qū)動用的所述加載子裝置5.h和支撐導(dǎo)向子裝置5.d連接起來。所述加載子裝置5.h包括:伺服電機(jī)5-1、減速器5-2、聯(lián)軸器5_4、低速滑塊5-8 (又包括上低速滑塊5-8-1和下低速滑塊5-8-2)、軸承座5_18、絲杠螺母5_20、施力塊5-21和滾珠絲杠5-23。所述伺服電機(jī)5-1和減速器5_2通過螺釘安裝在一起，所述伺服電機(jī)5-1和減速器5-2整體安裝在所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d中的電機(jī)連接架5-3上；所述軸承座5-18通過螺釘安裝在所述底板5-32上；所述絲杠螺母5-20通過螺釘連接在所述施力塊5-21 一端的端面上，所述低速滑塊5-8通過螺釘安裝在所述施力塊5-21的底面上，所述安裝必須保證減速器5-2、軸承座5-18、絲杠螺母5-20的中軸線同軸；所述滾珠絲杠5_23安裝在所述軸承座5-18內(nèi)，其一端與所述絲杠螺母5-20連接，另一端通過聯(lián)軸器5-4與減速器5-2連接；所述施力塊5-21采用中空結(jié)構(gòu)，當(dāng)伺服電機(jī)5-1驅(qū)動滾珠絲杠5-23旋轉(zhuǎn)時，滾珠絲杠5-23可穿過施力塊5-21中空部分，驅(qū)動施力塊5-21沿著導(dǎo)軌前后運(yùn)動。所述快速撤離子裝置5.a包括:高速滑塊5-13 (又包括上高速滑塊5_13_1和下高速滑塊5-13-2)、配重塊5-24、多功能連接座5-25、快撤連接臂5_28、推力翼板5_35和雙向制動錨鉤5-39。所述配重塊5-24和快撤連接臂5-28通過螺釘與多功能連接座5_25的前后連接端面連接，所述配重塊5-24 —方面起到調(diào)整平衡整個快速撤離子裝置中心的作用，另一方面作為與所述加載子裝置5.h接觸的機(jī)械接口，接受來自加載子裝置的動能，所述快撤連接臂5-28提供標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械接口，用于連接夾持器或其他需要實(shí)現(xiàn)快撤工作的設(shè)備，所述夾持器用于對目標(biāo)對象進(jìn)行夾持；所述推力翼板5-35與所述緩沖制動子裝置5.f或所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置5.b進(jìn)行機(jī)械接觸，將快速撤離子裝置的動能傳遞給彈簧子裝置，所述推力翼板5-35通過螺釘與所述多功能連接座5-25的底面連接，并通過螺釘連接在上下高速滑塊5-13上；所述雙向制動錨鉤5-39通過螺釘連接在推力翼板5-35的底部，用來配合鎖定所述鎖緊觸發(fā)子裝置5.e的釋放觸發(fā)器5-30和5-34來鎖定和釋放快速撤離子裝置5.a。所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置5.b包括:加載彈簧座5-14 (又包括上加載彈簧座5-14-1和下加載彈簧座5-14-2)、加載彈簧5-15(又包括上加載彈簧5_15_1和下加載彈簧5-15-2)和加載端可調(diào)彈簧座5-16(又包括上加載端可調(diào)彈簧座5-16-1和下加載端可調(diào)彈簧座5-16-2)，用于實(shí)現(xiàn)動能和勢能的轉(zhuǎn)換。所述加載彈簧5-15安裝在加載彈簧座5-14和可調(diào)彈簧座5-16之間的圓柱腔內(nèi)；所述加載彈簧座5-14的一端與彈簧5_15連接，另一端與所述推力翼板5-35連接，用于實(shí)現(xiàn)勢動能的轉(zhuǎn)換；所述可調(diào)彈簧座5-16的另一端攻有細(xì)牙螺紋，與所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d的前擋板5-29連接，起到勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)的作用，同時可通過螺紋進(jìn)行微調(diào)，以調(diào)整上下加載彈簧5-15-1和5-15-2之間的力平衡關(guān)系。所述加載彈簧座5-14、加載彈簧5-15和可調(diào)彈簧座5-16均為中空設(shè)計，所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d的導(dǎo)向桿5-10穿過所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置，以約束彈簧沿導(dǎo)向桿10軸向壓縮和釋放。所述緩沖制動子裝置5.f的功能與所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置5.b的功能相似，主要是起到吸收快撤子裝置的動能，降低快撤子裝置的速度的作用，同時，也作為位置調(diào)節(jié)的一種手段。所述緩沖制動子裝置5.f包括:調(diào)節(jié)套管5-5 (又包括上調(diào)節(jié)套管5-5-1和下調(diào)節(jié)套管5-5-2)、制動端可調(diào)彈簧座5-6 (又包括上制動端可調(diào)彈簧座5-6-1和下制動端可調(diào)彈簧座5-6-2)、制動彈簧5-7 (又包括上制動彈簧5-7-1和下制動彈簧5_7_2)、制動彈簧座5-9 (又包括上制動彈簧座5-9-1和下制動彈簧座5-9-2)。所述調(diào)節(jié)套管5_5采用一端內(nèi)螺紋，一端外螺紋的結(jié)構(gòu)形式，外螺紋一端連接到所述后擋板5-17上，內(nèi)螺紋一端與所述制動端可調(diào)彈簧座5-6連接，所述調(diào)節(jié)套管5-5的螺紋和所述制動端可調(diào)彈簧座5-6的螺紋均為細(xì)牙螺紋，用于微調(diào)所述制動彈簧5-7的受力平衡，所述調(diào)節(jié)套管5-5可采用級聯(lián)方式，用于調(diào)節(jié)所述緩沖制動子裝置5.f距離所述后擋板5-17的距離，為所述加載子裝置5.h的設(shè)備留出工作空間，調(diào)節(jié)對快撤子裝置5.a的制動距離，還可適應(yīng)不同彈性系數(shù)的彈簧對制動距離的要求，滿足最佳制動效果的實(shí)現(xiàn)；所述制動彈簧5-7安裝在所述可調(diào)彈簧座5-6和所述制動彈簧座5-9之間的圓柱腔內(nèi)，起到將快撤子裝置5.a的動能轉(zhuǎn)換為勢能的作用；所述制動彈簧座5-9套在導(dǎo)向桿5-10上，一端與制動彈簧5-7連接，另一端可與推力翼板接觸，實(shí)現(xiàn)勢動能轉(zhuǎn)換，通過對所述可調(diào)彈簧座5-6的螺紋進(jìn)行微調(diào)，可以調(diào)整上下制動彈簧5-7-1和5-7-2之間的力平衡關(guān)系；所述制動端可調(diào)彈簧座5-6、制動彈簧5-7、制動彈簧座5-9均為中空設(shè)計，所述導(dǎo)向桿5-10穿過所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置，即依次穿過可調(diào)彈簧座5-6、制動彈簧5-7和制動彈簧座5-9，從而約束彈簧沿所述導(dǎo)向桿5-10軸向壓縮和釋放。所述檢測子裝置5.c包括光柵尺5-19、光柵尺測頭5-26、后觸發(fā)狀態(tài)光電檢測開關(guān)5-31、前觸發(fā)狀態(tài)光電檢測開關(guān)5-33、驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-36(又包括上驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-36-1和下驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-36-2)、加載限位光電檢測開關(guān)5-40(又包括上驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-40-1和下驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-40-2)，用于檢測快撤子裝置5.a在運(yùn)動過程中的速度位移特性，考核驗(yàn)證快撤子裝置5.a的性能指標(biāo)。所述光柵尺5-19和所述光柵尺測頭5-26用于檢測快撤子裝置5.a的位置和速度，所述光柵尺5-19通過螺釘安裝在所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d中的連接橫梁5-22的背部；所述光柵尺測頭5-26通過所述安全輔助子裝置5.g中的光柵尺測頭安裝座5-27安裝在所述快撤子裝置5.a的多功能安裝座5-25上，隨所述快撤子裝置5.a 一起運(yùn)動；所述光電檢測開關(guān)5-31、5-33、5-36、5-40采用螺釘安裝在底板5_32上，安裝位置可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整；所述后觸發(fā)狀態(tài)光電檢測開關(guān)5-31、前觸發(fā)狀態(tài)光電檢測開關(guān)5-33、驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-36、加載限位光電檢測開關(guān)5-40均為限位開關(guān)，用來檢測各個運(yùn)動部件的狀態(tài)是否就位，具體地，光電檢測開關(guān)5-36、5-40用來檢測快撤子裝置5.a的位置，光電檢測開關(guān)5-31、5-33用來檢測鎖緊觸發(fā)子裝置5.e是否進(jìn)入可觸發(fā)狀態(tài)。所述鎖緊觸發(fā)子裝置5.e為一體化設(shè)備，其包括后鎖定釋放觸發(fā)器5-30和前鎖定釋放觸發(fā)器5-34，分別用于對快撤子裝置5.a在不同運(yùn)動方向上的鎖定和釋放。所述鎖緊觸發(fā)子裝置5.e采用螺釘連接方式整體安裝在底板5-32上，且安裝在快撤子裝置5.a的運(yùn)動方向上，具體安裝位置根據(jù)撤離的要求確定。所述安全輔助子裝置5.g包括導(dǎo)軌壓條5-12、光柵尺測頭安裝座5-27、緩沖器5-37和緩沖器安裝座5-38。所述導(dǎo)軌壓條5-12通過螺釘安裝在所述底板5_32的楔形壓條槽內(nèi)，通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)和限定所述基準(zhǔn)導(dǎo)軌5-11-2的形位；所述光柵尺測頭安裝座5-27用于將所述光柵尺測頭5-26轉(zhuǎn)接到所述快撤子裝置5.a的所述多功能安裝座5_25上。所述緩沖器5-37用來消除所述快撤子裝置5.a在回撤過程中沒有被制動彈簧完全吸收掉的殘余動能，保護(hù)緩沖器之后的設(shè)備不受沖擊，所述緩沖器5-37采用螺釘安裝在所述緩沖器安裝座5-38上；所述緩沖器安裝座5-38通過螺釘安裝在所述底板5-32上，通過調(diào)整所述緩沖器5-37在所述緩沖器安裝座5-38內(nèi)的安裝位置可以微調(diào)緩沖距離，還可以通過調(diào)節(jié)所述緩沖器安裝座5-38在所述底板5-32上的安裝位置，對緩沖位置進(jìn)行較大范圍的調(diào)整。所述快撤子裝置5.a和所述加載子裝置5.h的施力塊5_21都安裝在所述支撐導(dǎo)向子裝置5.d的導(dǎo)軌5-11上，所述施力塊5-21在滾珠絲杠5-23的驅(qū)動下可沿著導(dǎo)軌5_11運(yùn)動，并與所述快撤子裝置5.a的配重塊5-24接觸，推動所述快撤子裝置5.a沿導(dǎo)軌5_11向所述勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置5.b的方向運(yùn)動，通過所述推力翼板5-35，將伺服電機(jī)5-1產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為彈簧的勢能并存儲起來。當(dāng)需要讓所述快撤子裝置5.a高速運(yùn)動時，通過所述前鎖定釋放觸發(fā)器5-34釋放所述快撤子裝置5.a蓄積的彈簧勢能，即可將勢能裝化為所述快撤子裝置5.a的動能，使所述快撤子裝置5.a高速運(yùn)動起來?？焖俪冯x裝置采用將機(jī)械式的勢能轉(zhuǎn)換為動能的方式，其基本工作原理為采用彈簧作為蓄能元件，使用小功率驅(qū)動子裝置結(jié)合高變速比的減速傳動子裝置，對彈簧進(jìn)行低速壓縮，將驅(qū)動子裝置的能量儲存在勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置的加載彈簧中，并通過前鎖定釋放觸發(fā)器5-34鎖定。在需要對目標(biāo)進(jìn)行高加速度驅(qū)動時，通過釋放被壓縮的彈簧，將彈簧壓縮存儲的勢能轉(zhuǎn)換為目標(biāo)對象的動能，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對象的高加速運(yùn)動，進(jìn)而滿足短時高速高加速的運(yùn)動要求。另外，緩沖制動子裝置和安全輔助子裝置通過對快撤子裝置動能的吸收，保護(hù)整個裝置安全運(yùn)行。快速撤離裝置的工作流程為:1.快速撤離裝置各部件進(jìn)行狀態(tài)自檢并保證狀態(tài)正常；2.伺服電機(jī)5-1反向旋轉(zhuǎn)，在滾珠絲杠5-23的驅(qū)動下，使得絲杠螺母5_20帶動施力塊5-21向后運(yùn)動，直至驅(qū)動端復(fù)位檢測光電開關(guān)5-36檢測到施力塊5-21進(jìn)入初始位置的限位信號后停止；3.伺服電機(jī)5-1正向旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠5-23推動絲杠螺母5-20和施力塊5-21沿導(dǎo)軌5-11向前運(yùn)動；4.當(dāng)施力塊5-21接觸到快撤子裝置的配重塊5-24后，降低速度，推動快撤子裝置整體前進(jìn)，并不斷壓縮勢動能轉(zhuǎn)換(蓄能)子裝置的加載彈簧5-15，進(jìn)行動能向勢能的轉(zhuǎn)換；5.在快撤子裝置的前進(jìn)過程中，當(dāng)快撤子裝置的雙向制動錨鉤5-39壓下前鎖定釋放觸發(fā)器5-34的掛鉤，前觸發(fā)狀態(tài)檢測光電開關(guān)5-33檢測到前鎖定釋放觸發(fā)器5-34的掛鉤的壓下狀態(tài)信號后進(jìn)入觸發(fā)準(zhǔn)備狀態(tài)；6.繼續(xù)壓縮快撤子裝置，直至加載限位光電檢測開關(guān)5-40檢測到快撤子裝置的限位信號后，伺服電機(jī)5-1停止運(yùn)動(所述光電檢測開關(guān)5-40為非接觸檢測方式，快撤子裝置進(jìn)入光電檢測開關(guān)5-40的檢測范圍后即可觸發(fā)光電檢測開關(guān)5-40的檢測)；7.這時快速撤離裝置進(jìn)入可觸發(fā)快速撤離狀態(tài)；8.伺服電機(jī)5-1反向運(yùn)動，使得絲杠螺母5-20帶動施力塊5-21向后運(yùn)動，快撤子裝置在加載彈簧5-15的驅(qū)動下隨絲杠螺母5-20帶動施力塊5-21 —起運(yùn)動，直至其雙向制動錨鉤被前鎖定釋放觸發(fā)器5-34的掛鉤鎖定；9.伺服電機(jī)5-1繼續(xù)反向運(yùn)動，此時，絲杠螺母5-20帶動施力塊5_21回撤，當(dāng)前鎖定釋放觸發(fā)器5-34鎖定快撤子裝置的雙向制動錨鉤5-39時，施力塊5-21與快撤子裝置的配重塊5-24脫離物理接觸；10.繼續(xù)控制絲杠螺母5-20帶動施力塊5-21回退運(yùn)動，直至退到驅(qū)動側(cè)的末端，即所述加載子裝置的軸承座5-18附近，驅(qū)動端復(fù)位光電檢測開關(guān)5-36檢測到限位信號后停止伺服電機(jī)5-1運(yùn)動，使加載子裝置進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，其中，光電檢測開關(guān)5-36采用非接觸檢測方式，當(dāng)加載子裝置的施力塊5-21、低速滑塊5-8進(jìn)入光電開關(guān)5-36的檢測范圍后即可觸發(fā)光電檢測開關(guān)5-36的檢測；11.根據(jù)需要，通過控制觸發(fā)加載子裝置推動或拉動前鎖定釋放觸發(fā)器5-34的扳機(jī)，來釋放鎖緊觸發(fā)子裝置的掛鉤對快撤子裝置錨鉤的鎖定；12.同時給出觸發(fā)釋放的同步信號，并根據(jù)需要，同步其他操作；13.快撤子裝置在釋放后，在加載彈簧5-15的驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)勢能向動能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)快撤子裝置的高速撤離；14.帶倒角的加載彈簧座5-14插入推力翼板5-35的圓柱腔形滑座頭內(nèi)，在高速導(dǎo)軌滑塊5-13的支撐下隨快撤子裝置一起撤離，由于加載彈簧座5-14沒有與導(dǎo)向桿的接觸摩擦，因此有效降低了快撤子裝置的摩擦阻力，避免了摩擦發(fā)熱，提供了快撤子裝置的加速度；15.快撤子裝置在獲得動能后快速回撤向驅(qū)動端，即伺服電機(jī)一側(cè)，在驅(qū)動端側(cè)通過壓縮制動彈簧5-7，吸收快撤子裝置的動能，使其減速；16.當(dāng)快撤子裝置的雙向制動錨鉤5-39壓下后鎖定釋放觸發(fā)器5-30的掛鉤時，后觸發(fā)狀態(tài)檢測光電開關(guān)5-31檢測到后鎖定釋放觸發(fā)器5-30的掛鉤壓下狀態(tài)，進(jìn)入觸發(fā)準(zhǔn)備狀態(tài)；
17.如果快撤子裝置的殘余動能沒有消耗完，所述快撤子裝置會繼續(xù)后撤，安全輔助子裝置的安全緩沖器5-37將完全吸收快撤子裝置的殘余動能，迫使其撤離運(yùn)動停止，避免對驅(qū)動子裝置的物理破壞；18.緩沖制動子裝置的制動彈簧5-7將勢能轉(zhuǎn)換為動能，驅(qū)動快撤子裝置轉(zhuǎn)換運(yùn)動方向，開始大加速度，低速向前進(jìn)方向運(yùn)動；其中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向決定快撤子裝置的前進(jìn)和后退方向，比如，可以設(shè)置為電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)(即右旋)時快撤子裝置前進(jìn)，電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)(即左旋)時快撤子裝置后退(如圖5.2所示)，也可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，靈活設(shè)置電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向與快撤子裝置運(yùn)動方向的對應(yīng)關(guān)系。19.后鎖定釋放觸發(fā)器5-30的掛鉤鎖定快撤子裝置的雙向制動錨鉤5_39，鎖定快撤子裝置，使其停止運(yùn)動；20.完成其他輔助功能后，控制后鎖定釋放觸發(fā)器5-30釋放快撤子裝置，快撤任務(wù)完成，所述其他輔助功能根據(jù)實(shí)驗(yàn)來確定。下一次任務(wù)重復(fù)上述I 20步驟。圖6是視覺檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。視覺檢測裝置e由C⑶相機(jī)8、可調(diào)鏡頭14、三角形安裝座9、鏡頭安裝座10、鏡頭卡箍11、鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置12和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置13構(gòu)成。CXD相機(jī)8和可調(diào)鏡頭14通過螺紋連接為一體。鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置12和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置13采用螺釘連接在鏡頭筒身上，通過步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動方式對鏡頭進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過螺釘，將鏡頭安裝座10安裝在三角形安裝座9的斜面9-A上。再通過兩條鏡頭卡箍11將整個的可變鏡頭相機(jī)裝置固定到鏡頭安裝座10的弧形凹槽上。圖7為力覺檢測裝置的示意圖。如圖7所示，所述力學(xué)檢測裝置由前連接板5，后連接板7和6維力/力矩傳感器6組成。圖8為連接板安裝面的示意圖。其中，如圖8a所示，定義前(后)連接板與力矩傳感器連接面為A面，如圖Sb所示，與其他器件的連接面為B面，安裝面定義如圖Sc所示。前連接板5和后連接板7具有相似的結(jié)構(gòu)，中心都開有減重圓孔。連接板(5，7)的A面加工一個小的圓形凸臺，凸臺上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，通孔位置與6維力矩傳感器6的安裝孔位置對應(yīng)。連接板(5，7)的B面加工一個較大的圓形沉孔，目的是為了減輕連接板的質(zhì)量，同時可以在連接轉(zhuǎn)接板與力矩傳感器時，將連接螺釘?shù)念^部隱藏著大沉孔內(nèi)。在沉孔與連接板外圓之間的環(huán)帶上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，其通孔位置與需要連接的器件的安裝孔位置對應(yīng)。具體的，所述連接板B面的所述通孔分別與視覺檢測裝置及夾持器裝置的安裝孔位置對應(yīng)。所述6維力矩傳感器用于檢測夾持器與目標(biāo)之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系，用于輔助夾持功能。通過螺釘分別將前連接板的5A面與6維力矩傳感器連接在一起，將后連接板的7A面與6維力矩傳感器的另一面連接在一起。安裝結(jié)果如圖7所示。圖9為夾持器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，夾持器裝置g包括夾持器安裝基座4和3套壓電驅(qū)動夾持爪I，2，3。三套壓電驅(qū)動夾持爪完全相同，采用螺釘固定在安裝基座的三個120°均布的安裝面上。圖10是優(yōu)選的一種壓電驅(qū)動夾持爪的示意圖。如圖10所示,一套壓電驅(qū)動夾持爪包括壓電驅(qū)動器X1、位移傳感器X2、應(yīng)變式力傳感器X3、伸縮桿X4、夾持爪X5。所述壓電驅(qū)動器Xl采用的是現(xiàn)有技術(shù)中的壓電驅(qū)動器，其與伸縮桿X4相連接，用于實(shí)現(xiàn)對伸縮桿X4的移動。在壓電驅(qū)動器Xl的頂端安裝有位移傳感器X2，用以檢測伸縮桿X4的運(yùn)動量。檢測原理有光電檢測方式、光柵尺、編碼器、電阻方式、電容方式等。伸縮桿X4上還安裝有應(yīng)變式力傳感器X3，通過檢測應(yīng)變式力傳感器X3的應(yīng)變信息，實(shí)現(xiàn)對夾持力的大小檢測。如圖11所示(圖中，圖1la為夾持爪軸測圖，圖1lb為夾持爪剖面圖，圖1lc為夾持爪俯視圖)，夾持爪X5為圓柱形結(jié)構(gòu)，夾持爪端部120° V型開口 X5-2，但不限于此開度，可根據(jù)被夾持對象的需求進(jìn)行變更。夾持爪尖端X5-1磨平,避免損傷被夾持對象的表面。在夾持爪的上端面開有長孔X5-4，與壓電驅(qū)動器的伸縮桿X4端部相互配合，在夾持爪的下端面開有沉孔X5-3，然后在沉孔與長孔之間采用圓孔貫通，通過螺釘將夾持爪固定在壓電驅(qū)動器的伸縮桿X4上，實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動器利用伸縮桿來帶動夾持爪的伸縮運(yùn)動。安裝好的單爪夾持器如圖10所示。圖12為安裝基座的示意圖。本發(fā)明中，安裝基座4是夾持器的基礎(chǔ)，不僅負(fù)責(zé)壓電裝置(每套壓電夾持爪)的安裝，同時也需要與力覺檢測裝置進(jìn)行連接。如圖12所示，安裝基座4的中心開有圓形通孔，目的是為了容納被夾持的物體可以進(jìn)入此空間內(nèi)。在安裝基座的正面，按照120°圓形均布，開有三個圓形通孔，通孔位置與力覺檢測裝置的前連接板的安裝孔位置對應(yīng)，用以將夾持器安裝在力覺檢測裝置上。在安裝基座4的外圓周上與安裝孔相對位置，按照120°間隔銑出3個安裝平面，每個安裝平面中心開有圓形通孔，便于壓電驅(qū)動器帶動夾持爪在圓形孔內(nèi)伸縮。每個安裝平面除了中心圓孔外，還開有四個對稱分布的螺紋盲孔，位置與壓電驅(qū)動器的安裝孔相對應(yīng)，壓電驅(qū)動器安裝孔如圖13所示。以上結(jié)構(gòu)便于將壓電驅(qū)動夾持爪安裝在安裝基座上。以上為各子裝置裝配。系統(tǒng)安裝各子裝置安裝完畢，系統(tǒng)總體裝配過程如下:1.力覺檢測裝置與夾持器安裝連接將夾持器g通過螺釘，安裝在力覺檢測裝置f的前連接板5B面，安裝結(jié)果如圖14所示。2.安裝視覺檢測裝置通過螺釘，將兩套視覺檢測裝置e的三角形安裝座9-B安裝到快速撤離裝置的前安裝板18-1上，從而將整套視覺檢測裝置安裝到快速裝置的整體框架上。兩套視覺檢測裝置間隔120°分布，構(gòu)成空間立體視覺檢測裝置，可以檢測出被夾持對象在視場空間內(nèi)位置姿態(tài)，進(jìn)而可檢測出被夾持對象與快速撤離裝置的位置和姿態(tài)。安裝好的視覺檢測裝置如圖15所示。3.力覺檢測裝置安裝
將力覺檢測裝置f的后連接板與快速裝置的快撤臂前端通過螺釘連接，將夾持器裝置通過力覺檢測裝置與快撤裝置連接成為一個整體。安裝好的夾持器及力覺檢測裝置如圖16所示。通過螺釘將將安裝基座a的底板30和動平臺或靜平臺連接成為整體，至于選擇與靜平臺還是動平臺連接安裝，可根據(jù)工作的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。優(yōu)選的，可以通過螺釘將并聯(lián)6D0F平臺b的靜平臺和安裝基座的安裝立板28外安裝面連接，連接后的結(jié)構(gòu)如圖17所示。再通過螺釘將轉(zhuǎn)接罩c的23-B面與并聯(lián)6D0F平臺b的動平臺連接到一起，通過螺釘將轉(zhuǎn)接罩c的23-A面與快速撤離裝置d的后安裝板18-2連接。連接后的即構(gòu)成整體的快速撤離裝置。連接好后的整體結(jié)構(gòu)如圖18所示。三、工作流程:I 準(zhǔn)備:控制快撤分離裝置d的電機(jī)運(yùn)動，帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠通過絲杠螺母將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成為螺母的直線運(yùn)動，帶動推力塊將快撤臂壓縮彈簧直至限定位置，通過鎖定裝置將快撤臂鎖緊?？刂茒A持器g的壓電驅(qū)動夾持爪收縮至最小伸出量位置，使得夾持爪安裝座中空的可夾持空間最大。進(jìn)行并聯(lián)6D0F平臺b運(yùn)動自檢；力覺檢測裝置f的6維力/力矩傳感器清零；壓電驅(qū)動夾持爪的應(yīng)變式力傳感器清零；通過與安裝基座固定連接的宏動平臺或運(yùn)動6D0F平臺，使得夾持器接近被夾持目標(biāo)。2 尋的:啟動視覺檢測裝置e，控制其工作距離調(diào)整電機(jī)和焦距調(diào)整電機(jī)，使得被夾持目標(biāo)內(nèi)在兩套視覺子裝置的成像范圍內(nèi)清晰成像。視覺裝置工作距離隨著快速撤離裝置與被夾持目標(biāo)之間的距離進(jìn)行調(diào)整，確保被夾持目標(biāo)在視場范圍內(nèi)清晰成像；此時，通過視覺裝置可以檢測到快速撤離裝置的運(yùn)動軸線A與被夾持目標(biāo)的中心軸線B存在位置和姿態(tài)的偏差，如圖19所示。3 對準(zhǔn):在視覺檢測裝置e構(gòu)成的立體視覺裝置的指導(dǎo)下，檢測出當(dāng)前夾持器與目標(biāo)對象之間的位置偏差和姿態(tài)偏差，調(diào)整并聯(lián)6D0F平臺b的姿態(tài)，使得快速撤離裝置的運(yùn)動軸線K'與被夾持目標(biāo)的中心軸線B重合。調(diào)整并聯(lián)6D0F平臺b進(jìn)行微動運(yùn)動，使得夾持器在保持姿態(tài)不變的前提下，逐漸接近被夾持對象，直至被夾持對象進(jìn)入夾持器的基座中心孔內(nèi)。這里需要特別強(qiáng)調(diào)的是:被夾持目標(biāo)的位置姿態(tài)均保持不變，快速撤離裝置在并聯(lián)6D0F平臺的帶動下作整體的位置和姿態(tài)調(diào)整。4 對接:當(dāng)被夾持對象進(jìn)入夾持器的夾持孔(即夾持器的基座上的中心通孔)內(nèi)，兩套視覺檢測裝置構(gòu)成的立體視覺裝置無法直接檢測到夾持器和被夾持對象之間的接合關(guān)系。為了避免夾持器與被夾持對象對接時產(chǎn)生的位姿擾動，對接需要在力覺檢測子裝置的輔助下完成?？刂茒A持器g的三個壓電驅(qū)動夾持爪同時進(jìn)行宏動(控制伸縮桿大步距運(yùn)動為宏動)，通過快速的粗定位，使得夾持爪快速接近被夾持對象。繼續(xù)控制壓電驅(qū)動夾持爪運(yùn)動，當(dāng)任何一個應(yīng)變式力傳感器檢測到力變化信號，控制壓電驅(qū)動夾持爪后退0.5um (通過位移傳感器來實(shí)現(xiàn))，保證6維力矩傳感器無變化(6維力矩傳感器用來輔助檢測夾持器與目標(biāo)對象的姿態(tài))，停止此壓電驅(qū)動夾持爪的工作；另外，若多個夾持爪同時接觸到被夾持對象時，夾持爪之間會產(chǎn)生力干擾，互相影響。因此，此處夾持爪的運(yùn)動是串行的，即夾持爪依次循環(huán)動作；按照順時針或逆時針方向依次控制其他壓電驅(qū)動夾持爪進(jìn)行微動，直到最后一個壓電驅(qū)動器上的應(yīng)變式力傳感器感受到力的變化，控制其對應(yīng)的壓電驅(qū)動夾持爪后退
0.5um，保證與其對應(yīng)的6維力矩傳感器無變化，停止此壓電驅(qū)動器工作；將此刻的位置定義為夾持器調(diào)整的位移對接基準(zhǔn)點(diǎn)；5 夾持:根據(jù)6維力矩傳感器、應(yīng)變式力傳感器和位移傳感器反饋的信息，控制壓電驅(qū)動夾持爪等步等距向被夾持對象微動。根據(jù)6維力矩傳感器、應(yīng)變式力傳感器和位移傳感器反饋的信息，對壓電驅(qū)動夾持爪進(jìn)行力、位置的復(fù)合控制。協(xié)同控制三個壓電驅(qū)動器運(yùn)動，按照夾持力大則做反向微動，夾持力小則做正向微動的原則，直至6維力矩傳感器受力各方向力增量均為0，三個壓電夾持爪的夾持力大小一致，且達(dá)到預(yù)先設(shè)定的可穩(wěn)定夾持的力閾值，則可保證被夾持對象位移量的偏差在對接夾持許可的偏離范圍，夾持工作完成。基于上述力位混合反饋的夾持策略如圖21所示。6微動分離:控制并聯(lián)6D0F平臺b保持現(xiàn)有姿態(tài)，沿快速撤離裝置的軸線k' B方向以微小步距后退，使被夾持對象與其相連接的目標(biāo)無振動、無位姿偏移的分離，將對被連接對象的影響降至最低。7快速撤離將被夾持對象與其連接對象分離至無物理連接后，啟動快速撤離裝置，在彈簧的作用下，快速將快撤臂、夾持器及被夾持對象撤離到被連接保護(hù)對象的安全距離外。同時給出觸發(fā)信號同步其他需要的工藝動作。8 制動:將被夾持對象與其連接對象快速分離后，快撤臂、夾持器及被夾持對象這些快速運(yùn)動部件在制動裝置的彈簧作用下，動能被吸收并被快速減速，最后鎖定在制動裝置的鎖定裝置上。9 復(fù)位:等待其他工作完畢，控制壓電夾持爪釋放被夾持對象?？刂瓶斐纷友b置釋放鎖定裝置，將快速運(yùn)動部件釋放。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于力視混合檢測的對接/分離裝置，其特征在于，該裝置包括:安裝基座、并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺、機(jī)械轉(zhuǎn)接罩、快速撤離裝置、視覺檢測裝置、力覺檢測裝置和夾持器裝置；其中， 所述安裝基座包括一安裝底板和一安裝面板，其中所述安裝面板上與所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺連接，所述安裝底板與固定平臺或運(yùn)動平臺連接； 所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺，其固定于所述安裝基座上，并通過所述機(jī)械轉(zhuǎn)接罩與所述快速撤離裝置相連，所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺用于調(diào)整快速撤離裝置的位置和姿態(tài)；所述轉(zhuǎn)接罩為一個桶狀中空結(jié)構(gòu)，其具有相互平行的兩個安裝面，并分別與并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺和快速撤離裝置連接； 所述快速撤離裝置，其一端與所述轉(zhuǎn)接罩的一安裝面連接，另一端與所述力覺檢測裝置連接，用于實(shí)現(xiàn)對被夾持對象與與其相連接的目標(biāo)的快速分離； 所述視覺檢測裝置，其安裝于所述快速撤離裝置上，用于檢測被夾持對象在視場空間內(nèi)位置姿態(tài)，并根據(jù)檢測結(jié)果獲得被夾持對象與快速撤離裝置的位置和姿態(tài)； 所述力覺檢測裝置，其具 有一后連接板、一前連接板以及在后連接板與前連接板之間的一六維力矩傳感器，其中所述后連接板、前連接板分別與快速撤離裝置、夾持器裝置連接，所述六維力矩傳感器用于檢測夾持器與被夾持對象之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系; 所述夾持器裝置包括一夾持器安裝基座和多套壓電驅(qū)動夾持爪，所述安裝基座的中心開有圓形通孔，以容納被夾持的物體進(jìn)入此空間內(nèi)；所述多套壓電驅(qū)動夾持爪完全相同，均勻布置并固定在安裝基座的圓周安裝面上，其中通過壓電驅(qū)動器來控制對應(yīng)的壓電驅(qū)動夾持爪的運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動夾持爪對被夾持對象的逼近或遠(yuǎn)離； 其中，所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺根據(jù)所述視覺檢測裝置檢測出當(dāng)前夾持器與被夾持對象之間的位置偏差和姿態(tài)偏差來調(diào)整姿態(tài)； 其中，所述夾持器裝置根據(jù)所述力覺檢測裝置檢測出的夾持器與被夾持對象之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系來輔助實(shí)現(xiàn)對被夾持對象的夾持。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述安裝基座還包括一直角三角形筋板，其中，通過螺栓，將兩條直角三角形筋板的兩個直角面分別與安裝底板的上表面和安裝面板的背面連接在一起；通過螺栓，將安裝面板的背面與安裝底板的前端面連接在一起。
3.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺包括動平臺、伸縮桿、鉸鏈和靜平臺，其中每條伸縮桿和一對鉸鏈構(gòu)成一套運(yùn)動驅(qū)動裝置，通過多套伸縮桿和鉸鏈組成的運(yùn)動驅(qū)動裝置的對稱連接，將靜平臺和動平臺連接在一起，在靜平臺固定的情況下，實(shí)現(xiàn)動平臺沿著X，1，Z三個軸的平移和旋轉(zhuǎn)。
4.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)接罩腰部按照90°均布開有圓角矩形孔，轉(zhuǎn)接罩兩個安裝面具有突出外沿，外沿上開有與安裝對象位置一致的螺紋孔。
5.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述對接/分離裝置中包括兩套視覺檢測裝置；所述視覺檢測裝置包括CCD相機(jī)、可調(diào)鏡頭、三角形安裝座、鏡頭安裝座、鏡頭卡箍、鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置；其中，CCD相機(jī)和可調(diào)鏡頭通過螺紋連接為一體；鏡頭焦距調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置和鏡頭工作距離調(diào)整電機(jī)驅(qū)動裝置采用螺釘連接在鏡頭筒身上，通過步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動方式對鏡頭進(jìn)行調(diào)節(jié)；通過螺釘，將鏡頭安裝座安裝在三角形安裝座的斜面上；通過兩條鏡頭卡箍將整個的可變鏡頭相機(jī)裝置固定到鏡頭安裝座的弧形凹槽上。
6.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述前連接板和后連接板具有相似的結(jié)構(gòu)，所述力學(xué)檢測裝置的前、后連接板與所述六維力矩傳感器連接面具有一圓形凸臺，凸臺上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，通孔位置與六維力矩傳感器6的安裝孔位置對應(yīng)；所述力學(xué)檢測裝置的前、后連接板與其他器件的連接面具有一個圓形沉孔，以減輕連接板的質(zhì)量，同時在連接轉(zhuǎn)接板與力矩傳感器時，將連接螺釘?shù)念^部隱藏著大沉孔內(nèi)，在沉孔與連接板外圓之間的環(huán)帶上沿圓周方向間隔120°均布開有通孔，所述通孔分別與視覺檢測裝置及夾持器裝置的安裝孔位置對應(yīng)。
7.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:但所述安裝底板與運(yùn)動平臺連接時，所述對接/分離裝置隨著運(yùn)動平臺一起運(yùn)動，用于對遠(yuǎn)距離目標(biāo)的實(shí)施操作。
8.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述壓電驅(qū)動夾持爪包括壓電驅(qū)動器、位移傳感器、應(yīng)變式力傳感器、伸縮桿、夾持爪；所述壓電驅(qū)動器與伸縮桿相連接，用于實(shí)現(xiàn)對伸縮桿的移動； 在壓電驅(qū)動器的頂端安裝有位移傳感器，用以檢測伸縮桿的運(yùn)動量； 伸縮桿上還安裝有應(yīng)變式力傳感器，通過檢測應(yīng)變式力傳感器的應(yīng)變信息，實(shí)現(xiàn)對夾持力的大小檢測； 所述夾持爪為圓柱形結(jié)構(gòu)，夾持爪端部120° V型開口 ；所述夾持爪的尖端磨平，以避免損傷被夾持對象的表面； 在夾持爪的上端面開有長孔，與伸縮桿端部相互配合，在夾持爪的下端面開有沉孔，在沉孔與長孔之間采用圓孔貫通，通過螺釘將夾持爪固定在伸縮桿上，實(shí)現(xiàn)壓電驅(qū)動器利用伸縮桿來帶動夾持爪的伸縮運(yùn)動。
9.一種應(yīng)用于如權(quán)利要求8所述的裝置的對接/分離方法，其包括如下步驟: 通過與安裝基座固定連接的運(yùn)動平臺或并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺，使所述夾持器裝置接近被夾持對象； 通過視覺裝置檢測快速撤離裝置的運(yùn)動軸線與被夾持對象的中心軸線存在位置和姿態(tài)的偏差； 調(diào)整并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺的姿態(tài)，使得快速撤離裝置的運(yùn)動軸線與被夾持目標(biāo)的中心軸線重合； 調(diào)整并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺進(jìn)行微動運(yùn)動，使得夾持器在保持姿態(tài)不變的前提下，逐漸接近被夾持對象，直至被夾持對象進(jìn)入夾持器的基座中心孔內(nèi)； 當(dāng)被夾持對象進(jìn)入夾持器的基座上的中心通孔內(nèi)時，控制夾持器的壓電驅(qū)動夾持爪快速接近被夾持對象，當(dāng)任何一個應(yīng)變式力傳感器檢測到力變化信號，控制對應(yīng)壓電驅(qū)動夾持爪后退0.5um，保證六維力矩傳感器無變化，停止此壓電驅(qū)動夾持爪的工作； 依次控制其他壓電驅(qū)動夾持爪進(jìn)行微動，直到最后一個壓電驅(qū)動器上的應(yīng)變式力傳感器感受到力的變化，控制其對應(yīng)的壓電驅(qū)動夾持爪后退0.5um,保證與其對應(yīng)的六維力矩傳感器無變化，停止此壓電驅(qū)動器工作；將此刻的位置定義為夾持器調(diào)整的位移對接基準(zhǔn) 占.協(xié)同控制壓電驅(qū)動器運(yùn)動，按照夾持力大則做反向微動，夾持力小則做正向微動的原貝U，直至六維力矩傳感器受力各方向力增量均為O，三個壓電夾持爪的夾持力大小一致，且達(dá)到預(yù)先設(shè)定的可穩(wěn)定夾持的力閾值，夾持工作完成； 控制并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺保持現(xiàn)有姿態(tài)，沿快速撤離裝置的軸線方向以微小步距后退，使被夾持對象與其相連接的目標(biāo)無振動、無位姿偏移的分離； 將被夾持對象與其連接對象分離至無物理連接后，啟動快速撤離裝置將夾持器及被夾持對象撤離到被連接保護(hù)對象的安全距離外，快速撤離裝置制動； 控制壓電夾持 爪釋放被夾持對象。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于力視混合檢測的對接/分離裝置，包括安裝基座、并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺、機(jī)械轉(zhuǎn)接罩、快速撤離系統(tǒng)、視覺檢測裝置、力覺檢測裝置和夾持器裝置。該裝置通過視覺檢測裝置檢測當(dāng)前夾持器裝置與被夾持對象之間的位置偏差和姿態(tài)偏差來進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，根據(jù)力覺檢測裝置檢測出的夾持器裝置與被夾持對象之間的在各個方向的力和力矩關(guān)系來輔助實(shí)現(xiàn)對被夾持對象的夾持，同時采用快速撤離裝置前置并安裝在并聯(lián)六自由度運(yùn)動平臺上，便于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對接，減小分離時對被夾持目標(biāo)的位姿擾動，具備對于分離時間的敏感性。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用于上述對接/分離裝置的對接/分離方法。本發(fā)明公開的上述裝置和方法均能用于適應(yīng)真空或潔凈環(huán)境。
文檔編號G05D3/12GK103085060SQ20121059304
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者吳保林, 劉衍, 劉芳芳, 徐德 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所