一种用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置的制作方法

本发明涉及自动化清洗设备，更具体地说，本发明涉及一种用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置。

背景技术：

1、在生物制药、化学分析、食品检测等实验室及工业生产领域，各类玻璃器皿（如烧杯、锥形瓶、容量瓶、培养皿等）和塑料器皿在使用后需要进行统一的清洗和消毒处理。随着自动化技术的发展，自动化清洗工作站逐渐取代人工清洗方式，通过集成清洗机、转运设备和机械手，实现了器皿清洗流程的自动化运行，在自动化清洗过程中，清洗架上安装有多根喷淋管，器皿需倒扣放置在对应口径的喷淋管上，依靠清洗机内部喷出的高压水柱对器皿内壁进行冲洗。

2、然而，实验室和工业生产中使用的器皿种类繁多，尺寸差异显著，且在同一批次清洗任务中往往需要混合处理多种尺寸的器皿，现有技术中已有采用机械手替代人工将器皿摆放到清洗架上、并通过可更换夹爪适应不同尺寸器皿的方案，但该方案存在以下不足：

3、现有技术中，夹爪无法在抓取过程中自动识别器皿的实际尺寸并自适应调整夹持参数，面对混合多种尺寸器皿的清洗任务时灵活性不足，自动化程度较低。

4、现有技术中缺乏在搬运过程中对夹持状态进行实时监测和动态调整夹持力的方案，传统的夹爪控制通常仅在抓取阶段设定固定的夹持力，进入搬运阶段后夹持力不再调整；然而，搬运过程中器皿受到运动惯性力以及表面残留清洗液导致摩擦力降低等因素影响，实际受力状态与静态抓取阶段存在显著差异，容易发生滑移甚至脱落，造成器皿损坏和设备故障；

5、例如，申请号为201811144581.0的中国发明专利，公开了一种多功能夹爪装置，该装置通过左右移动组件、前后移动组件和上下驱动组件控制夹爪移动，夹取物品时每个夹子的力度可通过对应的驱动机构单独控制，且多个夹子可进行任意拆卸与增加以实现不同爪数和抓取模式；但该装置主要面向消费者抓物体验场景，仅涉及夹爪的机械结构和多形态切换，未涉及在抓取过程中自动识别物品尺寸的功能，也未涉及在搬运过程中实时监控夹持状态并动态调整夹持力的方案；

6、申请号为201911241567.7的中国发明专利，公开了一种可调夹持尺寸和夹持力的机械夹持手爪，包括基座、连接装置、驱动装置、夹持装置和传感器组，其中传感器组包括距离传感器和扭矩传感器，能够调节夹持过程中的夹持尺寸和夹持力，并可通过测定与夹持目标间的距离来确定夹持是否成功；但该方案依赖上位机通过工业相机预先测得待夹持目标的尺寸和位置，属于"先知尺寸、后调夹持"的预设式控制，未能实现在抓取过程中通过夹爪自身的接触反馈自动识别目标尺寸；同时，其夹持力控制仅在静态抓取阶段通过扭矩传感器实现，未涉及在搬运移动过程中对夹持状态进行实时监测和动态防滑移调整的技术方案。

7、因此，有必要提出一种用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、在 技术实现要素： 部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置，包括：

3、夹爪模块，包括能够调整开合尺寸的夹爪，用于抓取不同尺寸的器皿；

4、压力检测模块，设置在夹爪的抓取面上，用于在夹爪闭合过程中，实时检测夹爪与器皿之间的接触压力；

5、控制模块，与压力检测模块通信连接，被配置为：

6、在所述接触压力达到预设压力阈值时记录夹爪的当前开合尺寸，并根据开合尺寸与器皿抓取截面外径之间的预设对应关系换算得到器皿的抓取截面外径尺寸；

7、根据换算得到器皿的抓取截面外径尺寸，控制夹爪模块将接触压力调整为与该器皿相匹配的目标夹持力；

8、在夹爪抓取器皿的移动过程中实时监测压力检测模块的压力信号，当检测到压力信号出现表征器皿下滑的波动特征时，控制夹爪模块增大夹爪的夹持力。

9、优选的是，表征器皿下滑的波动特征包括以下至少一种：

10、压力信号的瞬时下降斜率超出设定斜率阈值；

11、相邻采样时刻之间的压力信号差值超出设定幅值阈值；

12、在特定频带内的信号能量占总信号能量的比例超出设定能量比阈值。

13、优选的是，所述控制模块中存储有不同器皿的最大外径范围与目标夹持力的对应关系表，所述控制模块依据换算得到的器皿的最大外径尺寸，查询对应关系表，确定与该器皿相匹配的目标夹持力。

14、优选的是，所述夹爪的抓取面上还设有柔性层，所述压力检测模块设置在柔性层和夹爪之间，或嵌设于柔性层的内部。

15、优选的是，所述夹爪模块还包括：设置在工作台上的机械臂，所述夹爪设于所述机械臂的执行末端，所述机械臂用于控制夹爪移动。

16、优选的是，所述夹爪通过夹爪轴与所述机械臂的执行末端连接，所述夹爪轴与驱动机构的动力输出端传动连接。

17、优选的是，所述驱动机构为伺服电机或步进电机，所述驱动机构上设有编码器，用于实时检测驱动机构的转动角度，所述控制模块根据编码器反馈的转动角度换算得到夹爪的开合尺寸。

18、优选的是，所述夹爪的开合尺寸为以下任一种：

19、对于旋转开合型的夹爪，为夹持指相对于夹爪本体的铰接轴旋转角度；

20、对于平移开合型的夹爪，为夹持指从完全闭合位置沿直线移动至当前位置的位移量。

21、优选的是，所述夹爪的开合尺寸与器皿的抓取截面外径之间的预设对应关系，通过标定方式建立：使用多个已知外径的标准圆柱体，控制夹爪分别夹持各标准圆柱体直至接触压力达到预设压力阈值，记录对应的夹爪的开合尺寸，建立开合尺寸与标准圆柱体之间的标定对照表或拟合公式，并存储于控制模块。

22、优选的是，所述控制模块还被配置为：当检测到表征器皿下滑的波动特征后，控制模块在预设时间内持续监测压力检测模块的压力信号，若压力信号恢复至正常范围则控制夹爪模块保持当前夹持力，若压力信号持续异常则控制夹爪模块继续增大夹持力直至压力信号稳定。

23、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

24、本发明所述的用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置通过在夹爪闭合过程中，利用预设压力阈值触发记录开合尺寸并换算得到器皿的最大外径，实现了在无需预先获知器皿规格的前提下自动识别器皿尺寸的功能，使夹爪装置能够自适应不同尺寸的器皿；同时，通过在移动过程中实时监测压力信号并识别下滑波动特征、动态增大夹持力，实现了从抓取到移动全流程的闭环控制过程，有效解决了自动化清洗站中不同尺寸器皿混洗时的自适应抓取和防脱落问题，显著降低了器皿在移动过程中因夹持力不足而掉落破损的风险。

25、本发明所述的用于自动化清洗站的自适应多功能夹爪装置，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。