一種基於力反饋的精密操作桁架機器人及其控制方法與流程

2023-07-10 06:27:01 2

本發明涉及工業生產運輸技術領域，特別是指一種基於力反饋的精密操作桁架機器人及其控制方法。

背景技術：

目前現代工業生產中，桁架式機器人廣泛的應用於各種零件、產品的搬運碼垛；現有的桁架式機器人具備自動控制、可重複編程、多功能、多自由度等多項優勢，代替了人力搬運，大大提高了工業生產的效率和精準度。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術的桁架機器人至少存在以下問題：對於一些尺寸不固定且易損的產品，比如雞蛋、水果、蔬菜等農產品，無法用虎口閉合尺寸固定的加持機構和預先設定的夾持力量來搬運；對於瓷器、瓷磚、玻璃等單一品種產量較小，尺寸相對不固定的易碎輕工業產品，也無法用虎口閉合尺寸固定的加持機構進行搬運。以上幾類產品目前基本靠人力進行搬運，效率非常低下，在搬運過程中容易使產品受損，嚴重影響產品質量。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提出一種基於力反饋的精密操作桁架機器人及其控制方法，用以實現搬運尺寸不規則或易碎產品，保證生產效率和產品質量。

基於上述目的本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人，包括：

桁架，固定設置於地面，所述桁架上設置有可移動的懸梁，所述懸梁軸向沿第一方向，所述懸梁可沿與所述第一方向垂直的第二方向運移動；

懸臂，所述懸臂可移動地設置於所述懸梁上，所述懸臂可伸縮；

夾持機械手，設置於所述懸臂下端；所述夾持機械手包括定夾板、動夾板和驅動機構，所述定夾板豎直固定，所述驅動機構與所述定夾板相對設置，所述動夾板設置於所述驅動機構上且與所述定夾板平行，在所述驅動機構帶動下靠近或遠離所述定夾板；所述動夾板上設置有壓力傳感器，所述動夾板上部設置有朝向下方的距離傳感器。

可選的，所述夾持機械手包括水平設置的頂板，所述頂板固定於所述懸臂下端；所述驅動機構包括電機和絲槓；所述頂板一端下部固定有所述定夾板，所述頂板另一端固定有所述電機，所述電機通過絲槓連接至所述動夾板；

當所述電機轉動時，帶動所述絲槓轉動，進而驅動所述動夾板靠近或遠離所述定夾板。

可選的，所述定夾板或所述動夾板表面設置有橡膠層。

可選的，所述距離傳感器為紅外測距器或雷射測距器。

基於上述目的本發明還提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法，所述方法包括：

驅動所述夾持機械手移動至起點位置；所述起點位置放置有待運物體；

控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器讀數達到第一壓力閾值；

驅動所述夾持機械手以第一速度上移；

監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑；

若判定所述待運物體下滑，控制所述動夾板繼續靠近所述定夾板，直至判定所述待運物體沒有下滑；

若判定所述待運物體沒有下滑，驅動所述夾持機械手將所述待運物體移動至目標位置。

可選的，所述監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑，具體包括：

檢測所述距離傳感器讀數是否增加；若增加，則判定所述待運物體下滑；或

檢測所述距離傳感器讀數的增量是否在第一時長後達到第一距離；若達到，則判定所述待運物體下滑。

可選的，所述控制所述動夾板繼續靠近所述定夾板，直至判定所述物體沒有下滑，具體包括：

控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器的增量達到第一壓力增量；

驅動所述夾持機械手以第一速度上移；

監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑；

重複上述過程直至判定所述待運物體沒有下滑。

可選的，所述驅動所述夾持機械手將所述待運物體移動至目標位置，具體包括：

驅動所述夾持機械手以第二速度上移，直至達到第一高度；所述第二速度大於所述第一速度；

驅動所述懸梁和所述懸臂，帶動所述夾持機械手移動至所述目標位置正上方；

驅動所述夾持機械手以第二速度下移，直至將所述待運物體放置於所述目標位置。

可選的，所述驅動所述夾持機械手以第二速度下移，直至將所述待運物體放置於所述目標位置，具體包括：

驅動所述夾持機械手以第二速度上移前，記錄所述夾持機械手的第一高度；

獲取所述起點位置和所述目標位置的高度差，將所述第一高度和所述高度差疊加得到第二高度；

驅動所述夾持機械手下移至第二高度，控制所述動夾板遠離所述定夾板。

從上面所述可以看出，本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人及其控制方法在逐漸增加夾持壓力的過程中，持續監測距離傳感器讀數，判斷待運物體是否下滑，直至將待運物體夾起；通過壓力傳感器和距離傳感器的反饋式協作，實現了以接近最小力的夾持力搬運物體，最大限度地保證了不規則形狀易損物體的安全抓取與搬運。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的實施例的整理示意圖；

圖2為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的實施例中夾持機械手的放大示意圖；

圖3為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的實施例的流程示意圖；

圖4為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的一可選實施例的流程示意圖；

圖5為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的另一可選實施例的流程示意圖；

圖6為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的又一可選實施例的流程示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

需要說明的是，本發明實施例中所有使用「第一」和「第二」的表述均是為了區分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見「第一」「第二」僅為了表述的方便，不應理解為對本發明實施例的限定，後續實施例對此不再一一說明。

圖1為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的實施例的整理示意圖；圖2為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的實施例中夾持機械手的放大示意圖。如圖所示，基於上述目的，本發明實施例的一個方面提供一種基於力反饋的精密操作桁架機器人，包括：

桁架1，固定設置於地面，所述桁架1上設置有可移動的懸梁11，所述懸梁11軸向沿第一方向，所述懸梁11可沿與所述第一方向垂直的第二方向運移動。

懸臂2，所述懸臂2可移動地設置於所述懸梁11上，所述懸臂2可伸縮。

夾持機械手3，設置於所述懸臂2下端；所述夾持機械手3包括定夾板32、動夾板33和驅動機構34，所述定夾板32豎直固定，所述驅動機構34與所述定夾板32相對設置，所述動夾板33設置於所述驅動機構34上且與所述定夾板32平行，在所述驅動機構34帶動下靠近或遠離所述定夾板32；所述動夾板33上設置有壓力傳感器35，所述動夾板33上部設置有朝向下方的距離傳感器36。

所述夾持機械手3通過懸臂2安裝在桁架1上的懸梁11上，所述懸梁11沿第一方向設置，可沿所述桁架1沿第二方向運動；所述懸臂2可移動地設置於所述懸梁11上，可沿所述懸梁11，在第一方向上運動，所述懸臂2可伸縮，在懸臂下端設置有夾持機械手3；通過上述設置，使所述加持機械手3可以沿XYZ三軸直線移動。

在本實施例的使用過程中，由外部計算設備執行控制，以完成：所述動夾板33在驅動機構34的帶動下，靠近或遠離所述定夾板32，從而完成夾取動作。在夾持物體的過程中，隨著定夾板32和動夾板33之間距離的縮短，所述壓力傳感器35的讀數逐漸增加。當讀數達到第一閾值時，停止移動動夾板33，所述懸臂2縮短，帶動所述夾持機械手3上移；此時監控距離傳感器36讀數，若發現距離傳感器36的讀數增加，說明待運物體下滑，懸臂2暫停縮短(或者不暫停，因為此時是在嘗試夾取物體，所以懸臂2縮短的速度很慢，即使不暫停也不會影響夾取過程)，繼續移動動夾板33，縮短定夾板32和動夾板33之間的距離，並在縮短一定距離後，再次控制懸臂2縮短並監控距離傳感器36讀數。重複上述過程，直至距離傳感器讀數恆定，說明待運物體已經被成功夾取，不再縮短定夾板32和動夾板33之間的距離，此時可通過控制懸梁11和懸臂2，移動夾持機械手3至目標位置，從而完成對於待運物體的搬移過程。

從上面所述可以看出，本實施例提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人，在逐漸增加夾持壓力的過程中，持續監測距離傳感器讀數，判斷待運物體是否下滑，直至將待運物體夾起；通過壓力傳感器和距離傳感器的反饋式協作，實現了以接近最小力的夾持力搬運物體，最大限度地保證了不規則形狀易損物體的安全抓取與搬運。

繼續參考圖2，如圖所示，在一些可選的實施例中，所述夾持機械手3包括水平設置的頂板31，所述頂板31固定於所述懸臂2下端；所述驅動機構34包括電機341和絲槓342；所述頂板31一端下部固定有所述定夾板32，所述頂板31另一端固定有所述電機341，所述電機341通過絲槓342連接至所述動夾板33。

當所述電機341轉動時，帶動所述絲槓342轉動，進而驅動所述動夾板33靠近或遠離所述定夾板32，完成夾持或放開待運物體的動作。

使用絲槓342傳動可以便於對動夾板33的位置進行微調，從而保證精確地調整夾持力。

繼續參考圖2，如圖所示，在一些可選的實施例中，所述定夾板32或所述動夾板33表面設置有橡膠層37。

所述橡膠層37一方面可以提高摩擦力，以便使用儘可能小的夾持力將待運物體夾起；另一方面還可以起到緩衝作用，避免在搬運脆弱物體時造成損傷。

在一些可選的實施方式中，所述橡膠層37為等厚覆層；在另一些可選的實施方式中，所述橡膠層37的厚度從其下端(以附圖2為觀察視角)至其上端逐漸減小，橡膠層37的截面呈梯形，這樣一來可以使得橡膠層37對於待運物體壓力的豎直分量向上，從而可以在更小的夾持力下將物體夾起。

在另外一些可選的實施方式中，所述橡膠層37形狀並非一定為平面，還可以是向定夾板32或動夾板33表面凹陷的弧形。

在一些可選的實施例中，所述距離傳感器36為紅外測距器或雷射測距器。

圖3為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的實施例的流程示意圖。如圖所示，本發明實施例的另一方面提供一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法，應用於前述桁架機器人，所述方法包括：

S10，驅動所述夾持機械手移動至起點位置；所述起點位置放置有待運物體。

S11，控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器讀數達到第一壓力閾值。

S12，驅動所述夾持機械手以第一速度上移。

S13，監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑。

S14，若判定所述待運物體下滑，控制所述動夾板繼續靠近所述定夾板，直至判定所述待運物體沒有下滑。

S15，若判定所述待運物體沒有下滑，驅動所述夾持機械手將所述待運物體移動至目標位置。

在上述步驟中，S12裡的第一速度比較小，此時桁架機器人在嘗試夾取待運物體，通過在緩慢提升物體的過程中，不斷增加夾持力，直至物體不再下滑；因此，第一速度應當儘可能小，只要能夠有效判斷出物體是否發生下滑即可。

從上面所述可以看出，本實施例中的方法通過逐漸增加夾持力，同時監測距離傳感器讀數，判斷待運物體是否下滑，直至將待運物體夾起，藉助壓力傳感器和距離傳感器，實現了反饋式的控制方法，從而以接近最小力的夾持力搬運物體，最大限度地保證了不規則形狀易損物體的安全抓取與搬運。

圖4為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的一可選實施例的流程示意圖。如圖所示，在一可選的實施例中，所述方法包括：

S10，驅動所述夾持機械手移動至起點位置；所述起點位置放置有待運物體。

S11，控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器讀數達到第一壓力閾值。

S12，驅動所述夾持機械手以第一速度上移。

S13，監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑。

S14，若判定所述待運物體下滑，控制所述動夾板繼續靠近所述定夾板，直至判定所述待運物體沒有下滑。

S15，若判定所述待運物體沒有下滑，驅動所述夾持機械手將所述待運物體移動至目標位置。

其中，步驟S10具體包括：

S20，檢測所述距離傳感器讀數是否增加；若增加，則判定所述待運物體下滑；若沒有增加，則判定所述待運物體沒有下滑。或

S21，檢測所述距離傳感器讀數的增量是否在第一時長後達到第一距離；若達到，則判定所述待運物體下滑；若沒有達到，則判定所述待運物體沒有下滑。

步驟S20和S21擇一執行。步驟S20較為簡單，只需要檢測距離傳感器的讀數，以距離傳感器讀數是否變化判斷待運物體是否下滑；而步驟S21則進一步細化了檢測條件，需要距離傳感器讀數在第一時長後達到第一距離，才會判定所述待運物體下滑。實際上，步驟S20是利用了距離傳感器的精度，距離傳感器最小可測的距離增量可以類比於步驟S21中的第一距離，而外部處理設備兩次獲取距離傳感器讀數之間的時間差類比於步驟S21中的第一時長。所述第一時長和第一距離的具體值，可以根據實際實驗值進一步確定，在此不做具體限定。

圖5為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的另一可選實施例的流程示意圖。如圖所示，在另一可選的實施例中，所述方法包括：

S10，驅動所述夾持機械手移動至起點位置；所述起點位置放置有待運物體。

S11，控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器讀數達到第一壓力閾值。

S12，驅動所述夾持機械手以第一速度上移。

S13，監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑。

S14，若判定所述待運物體下滑，控制所述動夾板繼續靠近所述定夾板，直至判定所述待運物體沒有下滑。

S15，若判定所述待運物體沒有下滑，驅動所述夾持機械手將所述待運物體移動至目標位置。

其中，步驟S14具體包括：

S30，控制所述動夾板靠近所述定夾板，直至所述壓力傳感器的增量達到第一壓力增量。

S31，驅動所述夾持機械手以第一速度上移。

S32，監控所述距離傳感器讀數，根據所述距離傳感器讀數判斷所述待運物體是否下滑。

S33，重複上述過程直至判定所述待運物體沒有下滑。

所述第一壓力增量可以是一個定值，即可以通過逐次增加相同的壓力並不斷嘗試夾取，以達到使用最小夾持力將待運物體夾起。

圖6為本發明提供的一種基於力反饋的精密操作桁架機器人的控制方法的又一可選實施例的流程示意圖。如圖所示，在又一可選的實施例中，步驟S15具體包括：

S40，驅動所述夾持機械手以第二速度上移，直至達到第一高度；所述第二速度大於所述第一速度。

S41，驅動所述懸梁和所述懸臂，帶動所述夾持機械手移動至所述目標位置正上方。

S42，驅動所述夾持機械手以第二速度下移，直至將所述待運物體放置於所述目標位置。

在嘗試夾取待運物體時，所述夾持機械手以第一速度上移，第一速度的取值較小，以防止嘗試夾取的時間過長後待運物體滑脫；而確定待運物體已經被夾持穩定後，以更高的第二速度驅動夾持機械手移動，從而提高搬運效率。

在可選的實施方式中，S42，驅動所述夾持機械手以第二速度下移，直至將所述待運物體放置於所述目標位置，具體包括：

S43，驅動所述夾持機械手以第二速度上移前，記錄所述夾持機械手的第一高度。第一高度即大致為待運物體的初始高度。

S44，獲取所述起點位置和所述目標位置的高度差，將所述第一高度和所述高度差疊加得到第二高度。

S45，驅動所述夾持機械手下移至第二高度，控制所述動夾板遠離所述定夾板。

可見，步驟S43-S45通過記錄夾持機械手的第一高度，並獲取起點位置和目標位置的高度差，從而可以通過將第一高度和所述高度差疊加得到第二高度，即需要放開機械手的高度。

所屬領域的普通技術人員應當理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，並非旨在暗示本公開的範圍(包括權利要求)被限於這些例子；在本發明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術特徵之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序實現，並存在如上所述的本發明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節中提供。因此，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。