一种弹性夹持机构的制作方法

1.本发明属于测力传感器技术领域，提出一种力平衡测量装置，同时搭载的夹持机构可应用于工业机器人、自动化生产线等诸多领域。


背景技术：

2.目前市面上常见的力控夹持机构多由伺服电机的电流控制或人为增加力 /力矩传感器来实现，若采用电流力控，不仅在算法上难度增加，在实现效果上也并不是十分理想，波动较大。而常见的力控单元多为一体封装式力/力矩传感器，设计成本高且结构复杂，多安装于机器人关节内部，形成机器人力控技术，无论在控制算法上还是在安装精度上要求都比较高，开发难度教大、成本较高。若要实现夹持机构的弹性平衡控制一般均需要设计独立的力传感器与弹簧机构，串联安装，不仅占用空间，在成本上及控制算法开发难度上也大大增加。并不适用于低成本、中低精度的应用场合。
3.目前，针对弹性夹持机构的应用有很多；如画家机器人，不仅要求画笔的可靠性夹持，还要求笔尖与纸面的接触力要一致才能画出流畅图案，像这种不仅能实现弹性平衡自适应，而且还能实现力平衡可控的低成本的夹持机构在市场上并不多见，面向市场的多为高精度、高成本、高算法开发难度的力/力矩传感器，并不适用于像画家机器人这种需求的应用场合。


技术实现要素：

4.本发明提供一种弹性夹持机构，采用简单的应变片桥式电路测量微小变形，进一步测量弹簧力从而得到接触力，不用开发过多算法，在低成本的同时研发难度也大大降低。
5.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的。
6.本发明实施例提供一种弹性夹持机构，包括：连接件、设置在所述连接件内部的弹簧上拉板和弹簧下拉板、与所述弹簧上拉板连接的至少两个上弹簧、与所述弹簧下拉板连接的至少两个下弹簧、与所述上弹簧和下弹簧连接的弹性夹套；其中，所述弹簧上拉板至少为两个，所述弹簧上拉板上设有应变片；所述至少两个弹簧上拉板对称的设置在所述连接件内部上端，所述弹簧下拉板设置在所述连接件下端。
7.在本发明提供的实施例中，优选的，所述弹簧上拉板至少为四个。所述四个弹簧上拉板均匀的分布在所述连接件的上端。所述弹簧上拉板为薄片式桥型结构。所述弹簧下拉板为环形。
8.在本发明提供的实施例中，优选的，还包括至少两个调整螺栓；所述调整螺栓穿过连接件与弹簧下拉板连接。所述弹性夹套上设有用于固定执行件的至少两个加紧顶丝；所述至少加紧顶丝对称的设置在所述弹性夹套上。
9.在本发明提供的实施例中，优选的，所述加紧顶丝为四个。所述两个加紧顶丝对称的设置在所述弹性夹套的上端；所述两个加紧顶丝对称的设置在所述弹性夹套的下端。
10.本发明的优点有：
11.1、低成本、模块化，开发难度低，结构简单易实现。将测力机构及平衡机构集成设计，形成完整的力平衡、力可控的夹持机构，不占用过多空间；
12.2、弹性自适应机构设计，实现接触力的自适应控制，针对不同物体表面的接触力可调，实现弹性流畅不间断接触，适用于各种软、硬表面物体，适用范围广；
13.3、采用简单的应变片桥式电路测量微小变形，进一步测量弹簧力从而得到接触力，不用开发过多算法，在低成本的同时研发难度也大大降低；
14.4、每次使用前只需重新标定一次即可一直应用，针对不同应用场合也只需使用前标定即可，实用性和适用性强。
15.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。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为弹性夹持机构整体示意图。
18.图2为弹性夹持机构剖面图。
19.图3为弹簧上拉板应变片粘贴示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
21.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
22.本发明实施例的说明书和权利要求书中的术语“上”和“下”等，是基于本发明提供实施例提供的附图命名的，而不是对结构的限定。
23.在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
24.发明提出一种全新的力控弹性夹持机构，不仅可以实现基本的夹持功能，而且设计了弹性平衡自适应机构，同时将测力机构集成在夹持机构中，形成一个模块化的力控平衡单元。该夹持机构通过上、下共八根拉伸弹簧实现自平衡的同时又实现了与物体表面的自适应接触。
25.下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细的说明。
26.如图1、2、3所示，本发明实施例提供的一种弹性夹持机构，包括：连接件1、设置在所述连接件1内部的弹簧上拉板2和弹簧下拉板8、与所述弹簧上拉板2连接的至少两个上弹簧3、与所述弹簧下拉板8连接的至少两个下弹簧7、与所述上弹簧3和下弹簧7连接的弹性夹套4；其中，所述弹簧上拉板2至少为两个，所述弹簧上拉板2上设有应变片21；所述至少两个弹簧上拉板2对称的设置在所述连接件1内部上端，所述弹簧下拉板8设置在所述连接件1的下端。
27.在本发明提供的实施例中，可选的，所述弹簧上拉板2至少为四个。所述四个弹簧上拉板2均匀的分布在所述连接件1的上端。所述弹簧上拉板2 为薄片式桥型结构。所述弹簧下拉板8为环形。保证在弹性夹套4的在四个方向发生微小变化时能够及时检测出来。
28.具体的，上边的四个弹簧上拉板2上的应变片构成桥路实现对弹簧力的标定与测量，当输出机构与物体接触时会克服弹簧力使弹簧拉板发生微小形变，应变片桥路通过拉板的微小形变检测出弹簧力从而得到接触力，根据接触力的大小来操控机器人或其他装置前进或后退使接触力在其允许值范围内，从而实现了弹性自适应力平衡接触。
29.通过下边四根弹簧可调整其弹簧初始拉伸状态从而达到不同的弹簧刚度，进一步就调整了夹持机构输出端的软控制与硬控制，当接触物表面较软时就可以减小弹簧刚度实现软接触，当接触物表面较硬时就可以增大弹簧刚度实现硬接触。每次使用前需要通过应变片桥路对弹簧的初始拉伸状态进行标定，记录其零点位置即可进行后续应用。
30.在本发明提供的实施例中，可选的，还包括至少两个调整螺栓9；所述调整螺栓9穿过连接件与弹簧下拉板8连接。
31.在本发明提供的实施例中，可选的，所述弹性夹套上设有用于固定执行件的至少两个加紧顶丝5；所述至少加紧顶丝5对称的设置在所述弹性夹套4 上。
32.优选的，所述加紧顶丝5为四个，其中，所述两个加紧顶丝5对称的设置在所述弹性夹套4的上端；所述两个加紧顶丝5对称的设置在所述弹性夹套4的下端。
33.在本发明提供的实施例中，如图2、3所示，其具体的连接方式如下：
34.弹簧上拉板2与连接件1固定，弹性夹套4通过四个上弹簧3(360
°
均布)与连接件1固定，上弹簧3置于连接件1与弹性夹套4之间；弹簧上拉板2上贴有应变片，四个弹簧上拉板2上设有应变片形成桥式电路，以便用于标定和测量末端接触力大小；弹性夹套4的下端面通过下弹簧7与弹簧下拉板8进行固定，下弹簧7一共有四个(360
°
均布)，四个调整螺栓9穿过连接件1与弹簧下拉板8连接，执行件10套入弹性夹套4中，并用四个夹紧顶丝锁紧5。
35.下面以画家机器人应用为例对本发明的技术方案进行说明：使用前先将画笔(执行件)装入夹笔机构(弹性夹套)并锁紧，然后将该机构装入机器人末端，使用时根据不同画板材质调整下端弹簧初始拉伸量，实现适中的软硬接触力；若画板较软则调整减小弹簧刚度实现软接触，若画板较硬则增大弹簧刚度实现硬接触。
36.机器人开机后先将夹持机构进行零点标定，即在笔尖悬空时测量出弹簧初始拉伸状态，以该状态下为基准作为笔尖出力零点，最后驱动机器人使笔尖与画板接触，根据应变片测量出的接触力并判断接触力是否满足其接触条件，若接触力过大调整机器人微小后退，若接触力过小调整机器人前进，综上使接触力始终在设定阀值范围内，同时在弹簧力的作用下又可以保证笔尖与画板的流畅性接触。
37.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。如可将圆柱形夹笔机构设计为其它形状或采用板簧或卷簧等其他弹簧替换拉伸弹簧等都属本发明保护范畴。