末端执行器的障碍检测装置、末端执行器及机电系统的制作方法

[0001]
本实用新型主要涉及机电系统运动控制领域，尤其涉及一种末端执行器的障碍检测装置、末端执行器及机电系统。


背景技术：

[0002]
运动控制系统是生产制造环节的重要组成部分，可以实现自动化以及提升生产效率。运动控制系统通常需要具备避障功能，以避免在操作过程中出现碰撞事故。
[0003]
现有技术中，主要有三种方式实现避障功能。第一种是使用超声波避障，由超声波发生器发射超声波，超声波碰到障碍物后发生反射，通过接收反射的超声波可以实现对障碍物的检测，然而，超声波检测对反射表面的平滑度有较高的要求，并且无反射能力或弱反射能力的障碍物表面的安全性无法保证。
[0004]
第二种是基于飞行时间(time of flight，tof)的避障，该方法向目标物连续发射特定波长的红外光脉冲，并使用特定的传感器对从目标物反射回的光信号进行检测，可以通过计算光的飞行时间或相位差获取目标物的三维深度信息，然而，基于飞行时间的避障抗干扰能力较差，成本较高，仅用于少量的无人飞行器中。
[0005]
第三种是基于视频图像的避障，采用摄像头获取图像以及图像处理引擎对图像进行分析处理，以检测障碍物，该方法需要使用到摄像头和图像处理引擎等硬件捕捉和处理图像，对成像环境(例如光照)等具有较高要求。
[0006]
当前的三种避障方式仅限于特定的应用场景并且集成到系统中，灵活度不高，对于不同的应用场景或系统，需要再次集成和再次开发，需要消耗额外的时间和成本。


技术实现要素：

[0007]
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种末端执行器的障碍检测装置、末端执行器及机电系统，能够即插即用，提高了使用的灵活度，可以适用于不同的应用场景或系统，无需再次集成和再次开发，节省了时间和成本。
[0008]
为实现上述目的，本实用新型提出了一种末端执行器的障碍检测装置，所述障碍检测装置包括：柔性基底，适于固定至所述末端执行器上；检测组件，设置在所述柔性基底上，所述检测组件包括金属箔、电容式接近传感器以及通信接口；所述金属箔与障碍物形成等势体，所述电容式接近传感器连接至所述金属箔，用于检测所述等势体的电容信号，所述通信接口连接至所述电容式接近传感器，用于发送所述电容信号。为此，障碍检测装置通过柔性基底固定至末端执行器上，柔性基底上设置的电容式接近传感器可以检测障碍物的当前等效距离，使障碍检测装置能够即插即用，提高了使用的灵活度，可以适用于不同的应用场景或系统，无需再次集成和再次开发，节省了时间和成本。
[0009]
在本实用新型的一实施例中，所述柔性基底可分离地固定至所述末端执行器上。为此，柔性基底可分离地固定至末端执行器上，有利于障碍检测装置在多个末端执行器上复用，可以降低成本。
[0010]
在本实用新型的一实施例中，所述柔性基底粘贴固定至所述末端执行器上。为此，柔性基底粘贴固定至末端执行器上，有利于障碍检测装置在多个末端执行器上复用，可以降低成本。
[0011]
在本实用新型的一实施例中，所述检测组件还包括处理器，所述处理器连接至所述电容式接近传感器和所述通信接口，用于对所述电容信号进行处理，并输出经过等效转化处理的禁止使能信号至所述通信接口。为此，通过在检测组件中设置处理器，可以对电容式接近传感器输出的电容信号等效处理成禁止使能信号之后再发送，提高了信号处理和传输效率。
[0012]
在本实用新型的一实施例中，所述柔性基底具有与所述末端执行器接触的第一表面，所述末端执行器具有与所述第一表面相接触的第二表面，所述第一表面的面积小于所述第二表面的面积。为此，通过第一表面的面积小于第二表面的面积，可以提升柔性基底在末端执行器上的固定效果，从而提高柔性基底的稳定性。
[0013]
在本实用新型的一实施例中，所述第一表面具有与所述第二表面相同的形状。为此，第一表面可以与第二表面具有相同的形状，从而使得柔性基底可以布置在末端执行器的中心位置，从而提高柔性基底的稳定性。
[0014]
在本实用新型的一实施例中，所述柔性基底为柔性印刷电路板。
[0015]
在本实用新型的一实施例中，所述金属箔为铝箔或铜箔。
[0016]
本实用新型还提出了一种末端执行器，所述末端执行器包括如任一项所述的障碍检测装置。
[0017]
本实用新型还提出了一种机电系统，所述机电系统包括如所述的末端执行器，还包括运动控制系统，所述运动控制系统接收所述障碍检测装置输出的电容信号，并根据所述电容信号对末端执行器进行运动控制。
附图说明
[0018]
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。
[0019]
其中，
[0020]
图1是根据本实用新型的一实施例的一种运动控制系统的功能框图；
[0021]
图2是根据本实用新型的一实施例的一种末端执行器的结构示意图；
[0022]
图3是根据本实用新型的一实施例的一种机电系统的功能框图。
[0023]
附图标记说明
[0024]
100 运动控制系统
[0025]
110 控制器
[0026]
110a 使能电路
[0027]
110b 控制电路
[0028]
120 驱动器
[0029]
130 电机
[0030]
200 末端执行器
[0031]
210 机械臂
[0032]
220 夹持部件
[0033]
300 障碍检测装置
[0034]
310 柔性基底
[0035]
320 检测组件
[0036]
321 金属箔
[0037]
322 电容式接近传感器
[0038]
323 处理器
[0039]
324 通信接口
[0040]
400 障碍物
具体实施方式
[0041]
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
[0042]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
[0043]
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
[0044]
图1是根据本实用新型的一实施例的一种运动控制系统100的功能框图。如图1所示，运动控制系统100包括控制器110、驱动器120、伺服电机130。
[0045]
控制器110用于根据输入信号生成控制指令，控制器110可以是可编程逻辑控制器(plc)。驱动器120连接至控制器110的输出端，用于根据控制器110输出的控制指令生成驱动信号。伺服电机130连接至驱动器120的输出端，用于根据驱动器120输出的驱动信号产生扭矩，伺服电机130产生的扭矩可以驱动末端执行器200移动，例如可以驱动末端执行器200平移或者旋转。末端执行器200向控制器110发送反馈信号，从而形成闭环控制回路。
[0046]
图2是根据本实用新型的一实施例的一种末端执行器200的结构示意图。如图2所示，末端执行器200包括机械臂210和夹持部件220。可以理解，末端执行器200并不限于图2所示的结构。
[0047]
机械臂210可以由单个机械臂构成，也可以由多个机械臂通过关节连接构成。机械臂210内部布置有电气线路，用于接收运动控制器100的控制信号，从而实现机械臂210的运动，例如平移或旋转。
[0048]
夹持部件220包括两个可转动的夹爪，夹爪闭合时可以夹持物体，夹爪分离时可以释放物体。夹持部件220不限于包括两个可转动的夹爪，也可以包括更多数量的夹爪。夹持部件220连接至机械臂210内部布置的电气线路，用于接收运动控制器100的控制信号，从而实现夹持部件220的张开和闭合。
[0049]
参考图2所示，机械臂210包括多个表面，本实用新型的实施例中的障碍检测装置300可以设置在机械臂210的其中一个表面上。图3是根据本实用新型的一实施例的一种机
电系统的功能框图。下面结合图2和图3对本实用新型的实施例中的障碍检测装置300进行说明。
[0050]
如图2和图3所示，障碍检测装置300包括柔性基底310和检测组件320。
[0051]
柔性基底310适于固定至末端执行器上。在一些实施例中，柔性基底310可分离地固定至末端执行器200上。柔性基底310可以通过化学方式可分离地固定至末端执行器200上，例如通过化学粘贴剂粘贴固定至末端执行器200上。柔性基底310也可以通过物理方式可分离地固定至末端执行器200上，例如通过卡合方式固定至末端执行器200上。为此，柔性基底310可分离地固定至末端执行器200上，有利于障碍检测装置300在多个末端执行器200上复用，可以降低成本。
[0052]
柔性基底310可以具有与末端执行器200接触的第一表面，末端执行器200可以具有与第一表面相接触的第二表面210a，第一表面的面积小于第二表面210a的面积。为此，通过第一表面的面积小于第二表面210a的面积，可以提升柔性基底310在末端执行器200上的固定效果，从而提高柔性基底310的稳定性。优选地，第一表面可以具有与第二表面相同的形状。如图2所示，第一表面与第二表面均为长方形。在该实施例中，第一表面可以与第二表面具有相同的长宽比，从而使得柔性基底310可以布置在末端执行器200的中心位置，从而提高柔性基底310的稳定性。作为一个非限制性的示例，柔性基底310可以为柔性印刷电路板(flexible printed circuit board，fpcb)。
[0053]
检测组件320设置在柔性基底310上，优选地，检测组件320固定设置在柔性基底310上。检测组件320包括金属箔321、电容式接近传感器322以及通信接口324。金属箔321与障碍物400形成等势体。示例性地，金属箔可以为铝箔或铜箔。
[0054]
电容式接近传感器322连接至金属箔321，用于检测等势体的电容信号。电容式接近传感器322是基于电容值的感测接近度的传感器，可以通过检测电容值来表示目标物体的接近程度。通信接口324连接至电容式接近传感器322，用于发送电容信号。在该实施例中，通信接口324连接至电容式接近传感器322，发送电容式接近传感器322的电容信号。
[0055]
在本实用新型的实施例中，通信接口324将电容信号发送至运动控制系统100，运动控制系统100根据电容信号转换成障碍物的等效当前距离，将障碍物的等效当前距离与预设安全距离进行比较，在等效当前距离大于预设安全距离时，禁止使能信号非激活，控制末端执行器200继续移动，在等效当前距离小于预设安全距离时，禁止使能信号被激活，控制末端执行器200停止移动，以避免末端执行器200与障碍物400发生碰撞，对末端执行器200与障碍物400造成损害。
[0056]
在一些实施例中，检测组件320还可以包括处理器323。处理器323连接至电容式接近传感器322，用于接收电容式接近传感器322输出的电容信号，并完成上段实施例中运动控制系统100中输出禁止使能信号的功能。处理器323还连接至通信接口324，以将经过转化等效处理的禁止使能信号通过通信接口324发送至运动控制系统100中控制器110的使能电路110a。使能电路110a将禁止使能信号转发至控制电路110b，控制电路110b根据禁止使能信号生成控制指令。为此，通过在检测组件320中设置处理器323，可以对电容式接近传感器322输出的电容信号等效处理之后再发送，提高了信号处理和传输效率以及灵活性。
[0057]
下面结合图2和图3对本实用新型的障碍检测装置的工作过程进行说明。
[0058]
末端执行器200在运动控制系统100的控制下运动，障碍检测装置300通过柔性基
底300固定至末端执行器200上，障碍检测装置300的金属箔321与障碍物形成等势体，电容式接近传感器322检测等势体的电容值，处理器323将电容值处理成禁止使能信号，并通过通信接口324发送至控制器110，控制器110根据禁止使能信号的使能状态进行进一步的控制。
[0059]
本实用新型的该实施例提供了一种障碍检测装置，障碍检测装置通过柔性基底固定至末端执行器上，柔性基底上设置的电容式接近传感器可以检测障碍物的当前等效距离，使障碍检测装置能够即插即用，提高了使用的灵活度，可以适用于不同的应用场景或系统，无需再次集成和再次开发，节省了时间和成本。
[0060]
本实用新型还提供了一种末端执行器200，末端执行器200包括如上的障碍检测装置300。
[0061]
本实用新型还提供了一种机电系统，机电系统包括如上的末端执行器200，还包括运动控制系统100，运动控制系统100接收障碍检测装置300输出的电容信号，并根据电容信号对末端执行器200进行运动控制。
[0062]
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0063]
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。