一种具有压力感知功能的机械手和机器人的制作方法

本实用新型属于机械手领域，更具体地，涉及一种具有压力感知功能的机械手和机器人。

背景技术：

机械手通常被用来夹持与搬运物体，现在大多数的机械手都属于刚性机械手，对于有些物体而言，只能施加一定范围的力夹取它，若施加超过额定范围内的力，则物体会变形，甚至损坏。

因此有必要提供一种具有感知夹取时压力变化的机械手。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有机械手无法感知夹取时压力变化的缺陷和不足，提供一种具有压力感知功能的机械手。本实用新型提供的机械手可感知机械手夹取物体时所产生的压力，进而更好的控制机械手的夹取状态，有效避免夹取时压力过大导致物体变形的现象。

本实用新型的另一目的在于提供一种具有压力感知功能的机器人。

为实现上述实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有压力感知功能的机械手，包括轴座，所述轴座上设置有机械臂和驱动所述机械臂张开或闭合的驱动机构，所述机械臂包括设置于所述轴座下方且轴线位于同一直线的2个横臂，所述横臂相远离的那端均竖直向下设置有立臂，所述压力传感器设置于所述立臂相对的侧面上；所述立臂相对的侧面上设置有压力传感器，所述驱动机构、压力传感器、和限位部件均与Arduino控制器电连接。

本实用新型提供的机械手通过驱动机构控制机械臂张开或闭合，实现夹取，同时机械臂上的压力传感器可感知夹取时的压力大小，通过Arduino控制器控制驱动机构的驱动作用。

具体地，Arduino控制器可通过如下方式对夹取压力的大小进行调节：压力传感器测定压力后，以电信号的方式传输给Arduino控制器，当该电信号超过预设阈值时，指示驱动机构进行输出，加大夹取的压力；如小于预设的阈值，则指示驱动机构停止输出或反向输出，减小夹取的压力。

优选地，所述驱动机构包括设置于所述轴座上的电机、设置于所述轴座下表面的导轨、设置于所述导轨上的2个滑块和设置于所述轴座下表面的轮轴；所述电机的输出端和轮轴的末端均设置有同步轮；所述同步轮上设置有同步带，所述滑块上设置有用于固定所述滑块和同步带的同步带固定件；所述同步带固定件与所述机械臂固定连接。

本实用新型提供的该种特定驱动机构设计可较好地实现机械手的驱动。

优选地，所述轮轴的上部设置有外螺纹，并通过与所述外螺纹相匹配的螺母与所述轴座固定连接；所述同步轮通过垂直该轮轴心的螺钉锁紧在所述电机的输出轴的末端与所述轮轴的末端。

优选地，所述同步带固定件包括设置于所述同步带两侧的第一同步带固定件和第二同步带固定件，所述第一同步带固定件通过螺钉结构与所述滑块固定连接；所述第一同步带固定件和第二同步带固定件通过螺钉结构固定连接。

为了更好地防止轮轴的旋转，优选地，所述驱动机构还包括用于防止所述轮轴旋转的限位螺钉，所述限位螺钉依次穿设于轴座和轮轴。

优选地，所述电机为步进电机。

更为优选的，所述步进电机为42步进电机。

更为优选地，所述42步进电机的驱动器的型号为42BYGH34。

为了实现对机械臂更好的控制，防止机械臂意外滑出，优选地，所述轴座上设置有限制所述机械臂张开程度的限位部件，所述限位部件与所述Arduino控制器电连接。

通过限位部件的设置可限制机械臂张开的程度。其具体实现过程如下：当机械臂张开程度达到预设值时，可触发限位部件，并对Arduino控制器传输信号，此时Arduino控制器将指示驱动机构停止驱动。

应当理解的是，机械臂张开的最大程度可根据实际需要及电机的控制情况进行设定。

优选地，所述限位部件包括设置于所述轴座上的限位开关固定件、设置于所述限位开关固定件上的限位开关和设置于所述驱动机构上用于触发所述限位开关输出电信号的挡片，所述限位开关与所述Arduino控制器电连接。

优选地，所述限位开关为u槽型光电开关EE-SPX303 EE-SPX403限位感应传感器。

优选地，所述挡片与所述驱动机构通过螺钉结构固定连接。

优选地，所述机械手还包括与所述Arduino控制器电连接的液晶屏。

液晶屏显示可显示机械手的实时压力值，以达到监控的目的。

优选地，所述Arduino控制器为Arduino UNO。

优选地，所述轴座的上表面还设置有用于与所述机械臂的主体相连接的通孔。

本实用新型还请求保护一种具有压力感知功能的机器人，包括上述的具有压力感知功能的机械手。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的机械手通过驱动机构控制机械臂张开或闭合，实现夹取，同时机械臂上的压力传感器可感知夹取时的压力大小，通过Arduino控制器控制驱动机构的驱动作用, 进而更好的控制机械手的夹取状态，有效避免夹取时压力过大导致物体变形的现象。

附图说明

图1为实施例1提供的具有压力感知功能的机械手的第一结构示意图；

图2为实施例1提供的具有压力感知功能的机械手的第二结构示意图；

图3为实施例1提供的具有压力感知功能的机械手的第三结构示意图；

图4为实施例1提供的具有压力感知功能的机械手的电性连接示意图；

其中，1为轴座；

2为机械臂，21为横臂，22为立臂；

3为驱动机构，31为电机，32为导轨，33为滑块，34为轮轴，35为同步轮，36为同步带，37为同步带固定件，371为第一同步带固定件，372为第二同步带固定件，38为限位螺钉；

4为压力传感器，

5为限位部件，51为限位开关固定件，52为限位开关，53为挡片；

U1为Arduino控制器电性连接部件；U2-液晶屏的电性连接部件；U3-步进电机驱动器的电性连接部件。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图和具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，当原件被称为“设置于”、“安设于”另一元件，它既可以直接在另一元件上，也可以存在居中的元件。当一个元件认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或可能同时存在居中元件。

实施例1

本实施例提供一种具有压力感知功能的机械手，如图1~3，包括轴座1，轴座1上设置有机械臂2和驱动机械臂2张开或闭合的驱动机构3，机械臂2包括设置于轴座1下方且轴线位于同一直线的2个横臂21，横臂21相远离的那端均竖直向下设置有立臂22，立臂22相对的侧面上设置有压力传感器4；驱动机构3和压力传感器4均与Arduino控制器U3电连接。

在本实施例中，驱动机构3包括设置于轴座1上的42步进电机31、设置于轴座1下表面的导轨32、设置于导轨32上的2个滑块33和设置于轴座1下表面的轮轴34；电机31的输出端和轮轴34的末端均设置有同步轮35；同步轮35上设置有同步带36，滑块33上设置有用于固定滑块33和同步带36的同步带固定件37；同步带固定件37与机械臂2固定连接。通过电机31带动滑块33在导轨32上运动进而带动机械手运动，实现机械手的张合和闭合。

具体的，轮轴34的上部设置有外螺纹，并通过与所述外螺纹相匹配的螺母与轴座1固定连接；同步轮35通过垂直该轮轴心的螺钉锁紧在电机31的输出轴的末端与轮轴34的末端。

为了实现滑块和同步带之间更好的连接固定，在本实施例中，同步带固定件37包括设置于同步带36两侧的第一同步带固定件371和第二同步带固定件372，第一同步带固定件371通过螺钉结构与滑块33固定连接；第一同步带固定件371和第二同步带固定件372通过螺钉结构固定连接。

为了防止轮轴旋转，还包括依次穿设于轴座1和轮轴34的限位螺钉38，通过限位螺钉34顶住轴座1，从而防止轮轴34旋转。

为了实现对机械臂更好的控制，防止机械臂意外滑出，轴座1上设置有限制机械臂2张开程度的限位部件5，该限位部件5包括设置于轴座1上的限位开关固定件51、设置于限位开关固定件51上的限位开关52和设置于第二同步带固定件372上用于触发限位开关52输出电信号的挡片53，挡片53与第二同步带固定件372通过螺钉结构固定连接，限位开关52与Arduino控制器电连接。

当电机31带动同步带36运动时，带动挡片53一同运动；当机械臂2张开程度达到预设值时，挡片53将触发限位开关52，并对Arduino控制器传输信号，此时Arduino控制器将指示电机31停止驱动。应当理解的是，机械臂2张开的最大程度可根据实际需要及电机31的控制情况进行设定。

为了显示机械手的实时压力值，以达到监控的目的，Arduino控制器与液晶屏电连接。

为了实现更好的连接，轴座1的上表面还设置有用于与机械臂2的主体相连接的通孔。

本发明中所用的各部件可选用本领域内常规的品牌或型号。在本实施例中，电机31为42步进电机，42步进电机的驱动器的型号为42BYGH34。限位开关52为u槽型光电开关EE-SPX303 EE-SPX403限位感应传感器。Arduino控制器为Arduino UNO。

如图4，为本实用新型提供的机械手的电信连接部分示意图。

所述限位开关52的其一引脚连接5V电源的GND端，另一引脚同时引出两条线分别连接Arduino控制器U1的9号数字引脚和10K电阻，10K电阻的另一端与5V电源的+5V端；所述压力传感器4的A0引脚与Arduino控制器U1的A0引脚电连接，所述压力传感器4还要外接5V电源；所述步进电机31的蓝、红、绿、黑四根线分别与步进电机驱动器U3的A+、A-、B+、B-连接；所述步进电机驱动器U3的DIR+和PUL+引脚分别与Arduino控制器U1的6和7号数字引脚连接，所述步进电机驱动器U3的DIR-和PUL-引脚短接，进一步的与Arduino控制器U1的GND引脚连接；所述液晶屏U2的RS、E、D4、D5、D6、D7引脚分别与Arduino控制器U1的12、11、5、4、3、2引脚连接，液晶屏U2的GND和R/W引脚进行短接，进一步的与Arduino控制器U1的GND引脚连接，液晶屏U2的vcc引脚与Arduino控制器U1的+5V引脚连接。

本实用新型的机械手的实现原理如下：电机输出轴与同步轮连接，利用一个步进电机驱动，并通过同步轮、同步带、导轨与滑块的传动方式，实现机械臂的两侧同步动作，夹持物体。以Arduino控制器为处理中心，限位开关和压力传感器作为感应器，步进电机和液晶屏作为执行元件。Arduino控制器采集限位开关的触发信息，限制机械手的张开范围，当设置在滑块表面的挡片到达限位开关的U型槽里，限位开关将被触发，Arduino控制器将感应到9号引脚的电信号变化，从而停止对步进电机的脉冲输出；Arduino控制器采集压力传感器的模拟量电信号，并且与程序中设定的阈值比较，当采集的信号值等于或大于阈值，则停止对步进电机的脉冲输出，当采集的信号值小于阈值，则继续对步进电机进行脉冲输出，实时调整机械手爪施加的压力，实现机械手以适当的力夹取物体；Arduino控制器采集压力传感器的模拟量电信号，并同时通过液晶屏显示机械手爪的实时压力值，以达到监控的目的

本实用新型提供的具有压力感知功能的机械手可感知机械手夹取物体时所产生的压力，进而更好的控制机械手的夹取状态，有效避免夹取时压力过大导致物体变形的现象。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普遍技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。