一种夹爪机构及其控制方法与流程

本发明涉及机器人末端夹爪，具体涉及一种夹爪机构及其控制方法。

背景技术：

1、夹爪机构是一种广泛用于现代工业的自动化机械设备，主要用于夹持和搬运各种工件或产品。夹爪机构在工业机器人中尤为重要，作为机械夹持结构，可以根据实际工作需求进行设计和制作。

2、其中，电动夹爪在机器人领域发挥着至关重要的作用，可以作为机器人的末端执行器进行多样的夹持操作，在装配、运输、分料等领域有着广泛的运用。然而，传统机器人电动夹爪一般采用舵机驱动，夹爪的夹持力稳定输出效果差，效率低，且能达到的有效夹持力较小，负载能力一般，难以适用于部分高密度的较重物品的夹持场景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种夹爪机构及其控制方法，旨在解决传统的夹爪机构夹持稳定性一般且夹持负载效果不佳的问题。

2、为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种夹爪机构，夹爪机构包括壳体、电机、谐波减速器、动力输出件、传动组件和多个夹指，电机和传动组件均设置在壳体上，电机的输出端通过谐波减速器与动力输出件连接，动力输出件的输出端通过传动组件与多个夹指连接；

3、电机设置为能够通过谐波减速器带动动力输出件转动并因此使传动组件带动多个夹指做夹持/松开动作。

4、通过这样的设置，夹爪机构中的电机通过谐波减速器带动动力输出件转动，进而使得传动组件带动多个夹指完成夹持或松开动作。通过谐波减速驱动方式代替传统的舵机给夹爪机构提供动力，采用啮合齿数多且面接触式齿传动的谐波减速器作为减速输出部分，使得夹爪的驱动方案具有大传动比、高承载能力、高效率、高精度等优点，使得夹持力更稳定可控，且可夹持更重的物体驱动效果更明显，适配的夹持场景更多样。

5、优选的，传动组件包括圆盘、导向结构和多个传动臂，动力输出件的输出端与圆盘的中心连接，传动臂与夹指一一对应，传动臂的第一端与圆盘转动连接，传动臂的第二端与夹指转动连接，导向结构设置在壳体上并能够对夹指的运动进行导向。

6、通过这样的设置，动力输出件的输出端驱动圆盘沿其圆盘中心转动，每个传动臂连接一个夹指，圆盘在转动过程中，带动多个传动臂位移，驱动各对应的传动臂同步传动，从而使得不同夹指同步靠近或远离实施夹放动作，优化夹放动作的整体执行流畅度。通过设置导向结构，使得夹指在指定方向上运动。

7、进一步地，上述多个传动臂围绕圆盘中部中心对称布置，且各传动臂均靠近圆盘的盘面安装，以便圆盘转动时多个传动臂能够在贴近圆盘盘面的传动面上同步摆转，形成近似于沿平面摆转传动的效果，缩短夹爪传动链，减少动力损耗，优化传动效率。

8、相较于常规夹爪的齿轮连杆组传动，本发明的传动组件的布置在满足夹指驱动需求的情形下减少了传动件的使用数量，使得传动组件整体呈现传动链短、动力传递对象少、占用空间小的特点，压缩动力源与夹指之间的安装空间，使得夹爪在具有稳定可靠的夹持效果的同时还具有小体轻量的优点，进一步提升夹爪的适配工作场景。

9、优选的，夹指的数量为两个，壳体上形成有允许两个夹指移动的通槽，导向结构设置为能够引导两个夹指相向移动以执行夹持动作/引导两个夹指相背移动以执行松开动作。

10、通过这样的设置，壳体上的通槽使得夹指能够沿通槽运动，将导向结构和通槽的方向对应，使得两个夹指能够沿导向结构运动，同时壳体不影响夹指运动。

11、优选的，每个夹指均通过连接结构与传动臂的第二端转动连接，连接结构穿过通槽，导向结构包括设置在壳体上且分别位于通槽两侧的两个导轨，连接结构分别与两个导轨滑动连接。

12、通过这样的设置，设置连接结构将夹指和传动臂连接，连接结构穿过通槽实现传动臂通过连接结构带动夹指运动；将导向结构设置成两个导轨，分别位于通槽的两侧，通过连接结构和导轨滑动连接，使得连接结构能够沿滑轨的设置方向运动，从而实现夹指在滑轨的方向上运动。

13、优选的，连接结构包括连接部和两个导向块，连接部将夹指与传动臂的第二端连接，两个导向块分别设置在连接部上且位于连接部的两侧，导向块与导轨一一对应地滑动连接。

14、通过这样的设置，连接部用于连接夹指和传动臂，两个导向块设置在连接部的两侧用于和导轨滑动连接，一方面使得传动臂能够通过连接部带动夹指运动，另一方面能够通过导向块配合导轨限制夹指的运动方向，还可以在连接部的同侧设置两个导向块，能够提高夹指在运动过程中的稳定性。

15、此外，针对多个传动臂贴近圆盘盘面传动的情形，连接部的设置能够使传动臂的臂身与夹指的被驱动端之间形成间隔，减少传动臂和夹指的卡点，保证传动臂和夹指的运动流畅性。

16、优选的，导向块上形成有能够容纳对应导轨的容纳槽，容纳槽的两个对内侧壁上均形成有导向凸起，导轨的两侧均形成有导向凹槽，导向凸起与导向凹槽一一对应地配合；或者，

17、导向块上形成有能够容纳对应导轨的容纳槽，容纳槽的两个对内侧壁上均形成有导向凹槽，导轨的两侧均形成有导向凸起，导向凸起与导向凹槽一一对应地配合。

18、通过这样的设置，在导向块上的容纳槽配合导轨滑动连接，使得导向块能够沿导轨滑动，进一步的，在容纳槽内的两个侧壁上的导向凸起，对应导轨两侧的导向凹槽，使得导向块沿导轨滑动同时不会偏离导轨的方向，进而使得夹指的运动更加稳定；也可以是在导轨的两侧设置导向凸起，在导向块的容纳槽侧壁上设置导向凹槽，通过这样的设置也能限制导向块沿导轨的滑动路径，进而提高夹指运动的稳定性。

19、优选的，圆盘上形成有单圈连接孔或者沿圆盘径向设置的多圈连接孔，传动臂的第一端与对应的连接孔转动连接。

20、通过这样的设置，当圆盘上设置单圈连接孔时，每个传动臂的第二段和连接孔传动连接，在圆盘转动过程中，每个传动臂的运动带动对应夹指运动；当圆盘上设置多圈连接孔时，传动臂的第一端可以选择不同半径的同圈连接孔转动连接，使得安装至不同圈连接孔的传动臂的动力输入端与驱动中心之间的距离发生变化，改变传动臂的动力输出端的驱动速度，从而调整夹指开合速度和开合行程，从而可以根据抓取需求调控夹指的运动方案。

21、优选的，传动臂的形状为弧形以使得在所有夹指执行夹持/松开动作时任何传动臂之间不发生相互干涉。

22、通过这样的设置，弧形的传动臂在随圆盘转动时，能够避开传动臂之间的相互干涉，例如在两个传动臂时，极限情形中，会存在两个传动臂共线的情况，此时由于传动臂的弧形设置，使得两个传动臂的四个端点共线，同时两个传动臂之间能够相互避让。此外，弧形传动臂的避让设计能够在多个传动臂中心对称安装时允许传动臂的第二端被更近距离地驱动靠近，即便针对直径细小的夹指结构，也能够满足多夹指间的闭合驱动需求，使得夹爪能够更加适配细小或轻薄物体的精细夹持工作场景。

23、优选的，传动臂两端的直线距离大于传动臂的第一端到圆盘的中心点的直线距离。

24、通过这样的设置，圆盘带动传动臂运动过程中，能够避免圆盘和传动臂之间形成运动死点，确保夹指顺利运动。

25、本发明的第一方面提供了一种夹爪机构的控制方法，控制方法包括：

26、获取待夹持物的目标特征；

27、根据待夹持物的目标特征确定夹爪机构的夹持模式；

28、基于确定的夹持模式对待夹持物进行夹持；

29、其中，待夹持物的目标特征包括待夹持物的类型、待夹持物的材质、待夹持物的硬度、待夹持物的形状、待夹持物的重量和待夹持物的表面光滑度中的至少一种；

30、夹持模式包括变速夹持模式、匀速夹持模式、变力夹持模式和匀力夹持模式中的至少一种。

31、通过这样的设置，可以根据不同的待夹持物的特征切换不同的夹持模式，使得夹爪机构适配多种工作模式和工作环境，提升夹爪的实用性和通用性。同时应对不同类型的待夹持物能够针对性地实现更好的夹持效果，提高了工作效率和夹持过程中的安全性。