一种弹射式快速抓取机器人

摘要

本发明属于机器人技术和机械制造领域，涉及一种弹射抓取机器人，它包括基座，方向调整机构，发射机构，收缩机构，粘附抓取机构和控制系统。本发明的弹射抓取机器人能够通过压缩弹簧的形变产生弹力实现机器人抓取机构的弹射，并通过收缩机构实现机器人抓取机构的收回，还可通过调整发射机构的弹射方向实现多方位抓取或越障抓取。本发明的弹射抓取机器人具有结构简单，抓取速度快，抓取距离远等优点，能够解决传统工业机器人本体不能移动、抓取空间受限的问题，提高产品分拣、传输等工作效率，同时还可用于农业等相关领域。

权利要求

1.一种弹射式快速抓取机器人，其特征在于:所述的弹射式快速抓取机器人包括方向调整机构(1)，基座(2)，发射机构(6)，收缩机构(9)及粘附抓取机构(14)；所述方向调整机构(1)由伺服电机一(4)，方向调整板(5)及合页(17)构成，所述方向调整板(5)通过所述合页(17)安装在基座(2)上面，所述基座(2)上固定支架一(3)，所述支架一(3)上安装伺服电机一(4)，所述伺服电机一(4)输出轴连接方向调整板(5)；所述发射机构(6)由压缩弹簧(7)和连接装置一(8)构成，所述压缩弹簧(7)的一端通过所述连接装置一(8)固定在所述方向调整板(5)的侧面；所述收缩机构(9)由转轴(10)，非弹性绳(11)，伺服电机二(12)构成，所述转轴(10)安装在所述基座(2)上面，所述基座(2)固定的支架二(13)上安装伺服电机二(12)，所述伺服电机二(12)的输出轴与转轴(10)的中心轴连接，所述非弹性绳(11)的始端固定在转轴上，并在转轴(10)上绕多圈，所述非弹性绳(11)的末端穿过所述方向调整板(5)与粘附抓取机构(14)相连；所述粘附抓取机构(14)包括粘附面(15)和粘附面与非弹性绳的连接装置二(16)；该弹射式快速抓取机器人的粘附抓取机构(14)在弹射阶段受非弹性绳(11)牵引压缩弹簧(7)，使弹簧产生形变并产生与绳牵引方向相反的法向压力，当切断牵引力时，该弹簧释放弹力推动粘附抓取机构(14)并实现弹射；该弹射式快速抓取机器人的粘附抓取机构(14)在收缩阶段，伺服电机二(12)的旋转运动带动转轴(10)快速旋转收回非弹性绳(11)，实现与非弹性绳(11)末端相连的粘附抓取机构(14)迅速收回。

2.权利要求1所述的一种弹射式快速抓取机器人，其特征在于：该弹射式快速抓取机器人通过控制伺服电机一(4)的旋转运动改变方向调整板(5)的切面方向，从而改变与方向调整板(5)垂直的压缩弹簧(7)的方向，以实现粘附抓取机构(14)按规划的抛物线轨迹完成弹射运动，实现越障抓取。

说明书

一种弹射式快速抓取机器人

技术领域

[0001] 本发明属于机器人技术和机械制造领域，具体涉及一种弹射式快速抓取机器人。

背景技术

[0002] 自然界的一些动物具有飞凡的捕捉能力，比如变色蜥蜴弹舌捕食的运动过程中其2
特殊的舌部以高达400m/s的加速度和3.5m/s的速度弹射至其身体长度2倍的距离。受该生物器官的行为方式的启发，拟开发一种弹射式抓取机器人，与传统的刚性抓取机器人相比，弹射式抓取机器人具有速度快，抓取范围广，机动性强，环境适应性强等特点。

[0003] 为了解决传统工业抓取机器人只能应用于结构化环境，且存在本体不可移动，不具备伸展能力、环境适应性较差等局限性等问题，目前国内外科学家都在探索机动灵活、可伸展的、高效的抓取方式。随着生物力学、机械设计、仿生材料、优化控制等多学科的发展与交叉融合，科研人员研究各式各样的抓取机器人，如美国科学家Walker采用四段二自由度的骨节式弹性支柱串联方式模拟象鼻的连续型柔性结构，并采用电机带动绳索驱动弹性体弯曲，实现仿象鼻连续型机器人非结构化环境下的远距离重物抓取，Trivedi等人研制了一种仿章鱼触角机器人，采用气动人工肌肉(Pneumatic Artificial Muscle)制作具备横向弯曲和纵向延伸能力的驱动单元，模拟章鱼柔性地卷起远距离的目标物体。除此之外，为了提高机器人抓取运动的伸展性能，Guerra采用导轨连接多导管的刚性结构设计了可伸缩机械臂，有效地提高了机器人的抓取空间。

[0004] 上述的抓取机器人都具有较强的伸展能力，操作范围较大、能够有效实现远距离的目标抓取，但最大的不足之处在于抓取速度慢(均小于0.1m/s)，根本无法满足实际应用中的抓取速度要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有的工业抓取机器人伸展能力弱，操作范围较小，以及仿生抓取机器人抓取速度较慢的局限性问题，设计一种能够实现快速弹射抓取机器人，能够实现远距离目标的快速抓取，同时，也为越障抓取提供一种解决方案。

[0006] 为了实现上述目标，以变色蜥蜴弹舌捕食的运动方式作为参考，采用简化结构设计和控制方式的方法，本发明的一种弹射式快速抓取机器人，其特征在于：所述的弹射式快速抓取机器人包括方向调整机构，基座，发射机构，收缩机构及粘附抓取机构；

[0007] 所述方向调整机构由伺服电机一，方向调整板及合页构成，所述方向调整板通过所述合页安装在基座上面，基座上固定支架一，支架一上安装伺服电机一，所述伺服电机一输出轴连接方向调整板；所述发射机构由压缩弹簧和连接装置一构成，压缩弹簧的一端通过连接装置一固定在方向调整板的侧面；所述收缩机构由转轴，非弹性绳，伺服电机二构成，所述转轴安装在基座上面，基座上固定的支架二上安装伺服电机二，所述伺服电机二的输出轴与转轴的中心轴连接，所述非弹性绳的始端固定在转轴上，并在转轴上绕多圈，所述非弹性绳的末端穿过方向调整板与粘附抓取机构相连；所述粘附抓取机构包括粘附面和粘附面与非弹性绳的连接装置二。

[0008] 上述的弹射式快速抓取机器人的抓取方式，其特征在于该弹射式快速抓取机器人的粘附抓取机构在弹射阶段受非弹性绳的牵引压缩弹簧，使弹簧产生形变并产生与绳牵引方向相反的法向压力，当切断牵引力时，该弹簧释放弹力推动粘附抓取机构实现粘附抓取机构向前发射。

[0009] 上述的弹射式快速抓取机器人的抓取方式，其特征在于该弹射式快速抓取机器人的收缩机构上的伺服电机二通过旋转运动带动所述卷轴快速旋转收回非弹性绳，将与非弹性绳末端相连的粘附抓取机构迅速收回，实现抓取机构的缩回。

[0010] 上述的弹射式快速抓取机器人的抓取方式，其特征在于该弹射式快速抓取机器人通过控制伺服电机一的旋转运动改变方向调整机构的切面方向，从而改变与方向调整机构垂直的压缩弹簧的方向，以实现粘附抓取机构按规划的抛物线轨迹完成弹射运动，或实现越障抓取。

[0011] 本发明的弹射式快速抓取机器人，可以实现模仿蜥蜴弹舌的快速弹射抓取和快速缩回的功能。发射机构上的弹簧提供抓取机构弹射的动力来源，通过改变弹簧的压缩程度以及方向调整机构的角度调整发射力的大小以及发射的角度，结合粘附抓取机构的重量参数，规划机器人的抓取运动轨迹，实现多方位目标的精确抓取或越障抓取。收缩机构的非弹性绳的牵引提供抓取机构的缩回的动力来源，通过伺服电机带动卷轴快速旋转收回抓取机构。由于该弹射式快速抓取机器人具有结构简单，抓取速度快，抓取距离远等优点，能够解决传统工业机器人抓取空间受限的问题，提高产品分拣、传输等工作效率，同时还可用于农业等相关领域。

附图说明

[0012] 图1为本发明弹射式快速抓取机器人的结构示意图；

[0013] 图2为本发明弹射式快速抓取机器人越障抓取示意图；

[0014] 图3为本发明弹射式快速抓取机器人抓取机构收回示意图；

[0015] 图中，1、方向调整机构；2、基座；3、支架一；4、伺服电机一；5、方向调整板；6、发射机构；7、压缩弹簧；8、连接装置一；9、收缩机构；10、转轴；11、非弹性绳；12、伺服电机二；13、支架二；14、粘附抓取机构；15、粘附面；16、连接装置二；17、合页。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明进行详细的解释说明，如图1，一种弹射式快速抓取机器人，包括方向调整机构1，基座2，发射机构6，收缩机构9和粘附抓取机构14；所述方向调整机构(1)由伺服电机一(4)，方向调整板(5)及合页(17)构成，所述方向调整板(5)通过所述合页(17)安装在基座(2)上面，所述基座(2)上固定支架一(3)，所述支架一(3)上安装伺服电机一(4)，所述伺服电机一(4)输出轴连接方向调整板(5)；所述发射机构(6)由压缩弹簧(7)和连接装置一(8)构成，所述压缩弹簧(7)的一端通过所述连接装置一(8)固定在所述方向调整板(5)的侧面；所述收缩机构(9)由转轴(10)，非弹性绳(11)，伺服电机二(12)构成，所述转轴(10)安装在所述基座(2)上面，所述基座(2)固定的支架二(13)上安装伺服电机二(12)，所述伺服电机二(12)的输出轴与转轴(10)的中心轴连接，所述非弹性绳(11)的始端固定在转轴上，并在转轴(10)上绕多圈，所述非弹性绳(11)的末端穿过所述方向调整板(5)与粘附抓取机构(14)相连；所述粘附抓取机构(14)包括粘附面(15)和粘附面与非弹性绳的连接装置二(16)。

[0017] 弹射式快速抓取机器人的抓取方式，其特征在于该弹射式快速抓取机器人的粘附抓取机构在弹射阶段受非弹性绳的牵引压缩弹簧，使弹簧产生形变并产生与非弹性绳牵引方向相反的法向压力，当切断牵引力时，该弹簧释放弹力推动粘附抓取机构实现粘附抓取机构向前发射。

[0018] 弹射式快速抓取机器人的缩回方式，如图2，其特征在于该弹射式快速抓取机器人的收缩机构上的伺服电机二通过旋转运动带动所述卷轴快速旋转收回非弹性绳，将与非弹性绳末端相连的粘附抓取机构迅速收回，实现粘附抓取机构的缩回。

[0019] 弹射式快速抓取机器人的方向调整方式，如图3，其特征在于非弹性绳牵引抓取机构压缩基座上的弹簧时，非弹性绳的拉伸方向和弹簧的弹力方向均与基座切面方向保持垂直，该弹射式快速抓取机器人通过控制伺服电机一的旋转运动改变方向调整机构的切面方向，从而改变与方向调整机构垂直的压缩弹簧的方向，以实现粘附抓取机构按规划的抛物线轨迹完成弹射运动，或实现越障抓取。

[0020] 弹射式快速抓取机器人的运动控制方式，首先检测抓取目标的位置以及障碍物的限位坐标，根据弹射初始速度、重力、空气阻力与手爪运动轨迹之间的数学关系，计算初始速度的大小和方向，再将其换算为所需弹射力的大小和方向，再根据弹射力与弹簧形变的数学模型，计算出弹射力对应所需的卷轴旋转角度和基座旋转角度，并通过无线模块发送至机器人的控制器。控制器根据反馈通道检测到信息，计算电机所需旋转角度之后，分别传给收缩机构和方向调整机构对应的伺服电机的驱动模块。接着，收缩机构的伺服模块控制牵引线的收缩长度，压缩方向调整机构的上的弹簧；方向调整机构的伺服模块控制方向调整机构的旋转角度，从而实现发射角度的调整。

[0021] 根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改、变更和改进均应包含在本发明的保护范围之内。此外，上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用本构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。