一种软抓取机械手的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及软抓取机械手，包括舵机、与舵机连接的机械手、信号采集器、信号调理电路、A/D转换模块、ARM处理器和D/A转换模块；ARM处理器通过D/A转换模块连接舵机，舵机接收到ARM处理器的控制信号后，驱动与舵机连接的机械手；信号采集器采集机械手与物体相接触的压力与热值信号；信号调理电路与信号采集器连接接收到采集到的信号后，将信号进行滤波与放大，输出电压信号；A/D转换模块与信号调理电路的输出连接后将电压信号转换为数字信号，传递至ARM处理器；ARM处理器对接收到的信号以数字信号的形式输出至D/A转换模块。克服现有的机械手对易碎物体难以控制抓取力度的不足，该机械手能通过触觉和滑觉功能抓取易碎物体。
【专利说明】
一种软抓取机械手
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种软抓取机械手，实现软抓取功能，属于自动化领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，机械手已经应用到许多领域，代替人手完成各式各样的动作，提高了我们的生活质量。医疗方面出现了骨植入式假肢，科学研究领域研究出可随步速改进阻尼的智能膝关节和具有感知功能的假手等。
[0003]目前，在医疗领域设计的具有软抓取功能的肌电假手，通过视觉判断是否握住物体，与健康人有所不同，健康人是通过手皮表的触滑觉感受器来判断是否握好物体的，视觉主要用于握取物体的部位和握取姿势的反馈判断，这种肌电假手的制造技术还不够成熟，而且价格高昂难以普及;在科研领域使用的机械手，往往只能进行预先设定好的机械动作，对一些细微操作，如抓取鸡蛋等易碎物体，则很难设定机械动作强度，而且在接触高温物体时，不能进行判断，很容易损坏机械手。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种软抓取机械手，克服现有的机械手对易碎物体难以控制抓取力度的不足，该机械手能通过触觉和滑觉功能抓取易碎物体。
[0005]本实用新型是这样实现的，一种软抓取机械手，包括舵机、与舵机连接的机械手、信号采集器、信号调理电路、A/D转换模块、ARM处理器和D/A转换模块;其中:
[0006]ARM处理器通过D/A转换模块连接舵机，舵机接收到ARM处理器的控制信号后，驱动与舵机连接的机械手；
[0007]所述信号采集器采集机械手与物体相接触的压力与热值信号；
[0008]信号调理电路与信号采集器连接接收到采集到的信号后，将信号进行滤波与放大，输出电压信号；
[0009]A/D转换模块与信号调理电路的输出连接后将电压信号转换为数字信号，传递至ARM处理器；
[0010]ARM处理器对接收到的信号以数字信号的形式输出至D/A转换模块。
[0011]进一步地，所述信号采集器采用PVDF压电薄膜传感器。
[0012]进一步地，所述信号调理电路包括:
[0013]电荷运算放大器，其反相输入端与信号采集器连接，电荷运算放大器的反相输入端与输出端之间连接有并联的电容Cl与电阻Rl;
[0014]电压放大器，包括依次连接的第一运算放大器与第二运算放大器，第一运算放大器的输入端与电荷运算放大器的输出端连接；
[0015]低通滤波器，包括电阻R2与电阻R3串联后与串联的电容C2与电容C3并联，电阻R2与电阻R3之间通过电容C4接地；
[0016]第三运算放大器，为高通滤波器，电阻R2与电阻R3之间通过电阻R4连接至第三运算放大器的输出端。
[0017]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型机械手可以自动地完成整个抓取动作，并适时调整;可以在抓取物体的同时，适时调整抓取力度，实现精确抓取。本实用新型在对易碎物体的抓取的应用中，作用尤为突出。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例提供的装置模块框图；
[0019]图2是本实用新型实施例提供的信号处理电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0021]参见图1，一种软抓取机械手，包括舵机、与舵机连接的机械手、信号采集器、信号调理电路、A/D转换模块、ARM处理器和D/A转换模块;其中:
[0022]ARM处理器通过D/A转换模块连接舵机，舵机接收到ARM处理器的控制信号后，驱动与舵机连接的机械手；
[0023]信号采集器采集机械手与物体相接触的压力与热值信号；
[0024]信号调理电路与信号采集器连接接收到采集到的信号后，将信号进行滤波与放大，输出电压信号；
[0025]A/D转换模块与信号调理电路的输出连接后将电压信号转换为数字信号，传递至ARM处理器；
[0026]ARM处理器对接收到的信号以数字信号的形式输出至D/A转换模块。
[0027]信号采集器采用PVDF压电薄膜传感器，利用PVDF压电薄膜传感器的压电效应和热释电效进行信号采集。
[0028]信号调理电路包括:
[0029]电荷运算放大器Ul，其反相输入端与信号采集器连接，电荷运算放大器Ul的反相输入端与输出端之间连接有并联的电容Cl与电阻Rl;
[0030]电压放大器，包括依次连接的第一运算放大器U2与第二运算放大器U3，第一运算放大器U2的输入端与电荷运算放大器Ul的输出端连接；
[0031 ] 低通滤波器U4，包括串联后与串联的电容C2与电容C3并联，电阻R2与电阻R3之间通过电容C4接地，电阻R2、电阻R3之间以及电容C2、电容C3之间连接；
[0032]第三运算放大器U5，为高通滤波器，电阻R2与电阻R3之间通过电阻R4连接至第三运算放大器的输出端，第三运算放大器U5的输出端通过两个电阻接地，两个电阻之间与反相输入端连接。
[0033]信号调理电路输入为PVDF压电薄膜传感器释放的电荷信号，因此在信号处理过程中首先应经过电荷放大器作为前置放大电路，PVDF压电薄膜传感器具有输出高阻抗的特点，根据阻抗匹配原则，在电荷放大电路一级选择1M欧姆大阻值电阻Rl，以提高信号的准确性。另外加入第一运算放大器与第二运算放大器，对信号进行放大处理，使ARM处理器可以捕获进而对信号系统进行反馈控制。由于人体动作频率普遍低于100Hz，因此设计10Hz低通巴特沃兹有源滤波器，去掉干扰信号。最后连接50Hz工频陷波电路高通滤波器，采用双T型带阻滤波器，去掉工频干扰。
[0034]ARM处理器对接收到的信号进行阈值比较则是对触觉、滑觉以及热觉的判断过程，PVDF压电薄膜传感器具有压电效应和热释电效应，通过对接触、滑动和温度的不同响应，从PVDF信号中可以提取出触觉、滑觉和热觉信号，触觉信号是物体对传感器施加作用力时产生的电荷经过电荷放大器得到的连续的电压值;滑觉信号来源于物体在传感器表面发生相对滑动时产生的一个横向的切向力，从而传感器产生的电荷经放大后形成的；而热觉信号则是由于温度不同导致电荷分布不均，经过电荷放大后形成的。测试证明，触觉产生的信号波峰比滑觉产生的一系列信号波峰的最大值大，而热觉信号是一段阶跃信号，然后缓慢回归平稳。因此对传感器输入到主控制器的的信号进行求特征值处理，得出结果，继而对所得结果求取方差，通过程序的预设求出各种感觉信号的阈值，最后通过与设定的触觉滑觉阈值进行比较，就可以区分出触滑觉和热觉。
[0035]软抓取机械手的工作过程，首先对被抓取物体进行试触操作，根据控制器接收到的信号特征判断物体是否超过限定工作温度。若是，则停止抓取动作;若否，则进行抓取动作，机械手夹爪慢慢靠近被抓取物体，由触觉信号判断是否抓取到物体。若是抓取到，则机械手稍稍抬起，通过滑觉信号判断物体与机械夹爪之间是否发生滑动，若发生滑动，则控制金属舵机转动，加大抓取力度，直至将易碎物体平稳抓取而且不被损坏，达到软抓取的目的。
[0036]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种软抓取机械手，其特征在于，包括舵机、与舵机连接的机械手、信号采集器、信号调理电路、A/D转换模块、ARM处理器和D/A转换模块;其中: ARM处理器通过D/A转换模块连接舵机，舵机接收到ARM处理器的控制信号后，驱动与舵机连接的机械手； 所述信号采集器采集机械手与物体相接触的压力与热值信号； 信号调理电路与信号采集器连接接收到采集到的信号后，将信号进行滤波与放大，输出电压信号； A/D转换模块与信号调理电路的输出连接后将电压信号转换为数字信号，传递至ARM处理器； ARM处理器对接收到的信号以数字信号的形式输出至D/A转换模块。2.如权利要求1所述的软抓取机械手，其特征在于，所述信号采集器采用PVDF压电薄膜传感器。3.如权利要求1所述的软抓取机械手，其特征在于，所述信号调理电路包括: 电荷运算放大器，其反相输入端与信号采集器连接，电荷运算放大器的反相输入端与输出端之间连接有并联的电容Cl与电阻Rl ； 电压放大器，包括依次连接的第一运算放大器与第二运算放大器，第一运算放大器的输入端与电荷运算放大器的输出端连接； 低通滤波器，包括电阻R2与电阻R3串联后与串联的电容C2与电容C3并联，电阻R2与电阻R3之间通过电容C4接地； 第三运算放大器，为高通滤波器，电阻R2与电阻R3之间通过电阻R4连接至第三运算放大器的输出端。
【文档编号】B25J15/00GK205572453SQ201620311245
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】千承辉, 姜曜, 刘洪立, 李书豪, 辛毅
【申请人】吉林大学