CN105983964A - 机械手、该机械手的制备方法及具有该机械手的机器人 - Google Patents

机械手、该机械手的制备方法及具有该机械手的机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种机械手，包括：一手部；一包覆层，包覆于所述手部的外部；多个光电式传感器，分布于所述手部的表面并被所述包覆层包覆，所述多个光电式传感器分别用于感测由所述包覆层不同位置入射至所述光电式传感器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；以及一控制器，设置于所述手部的内部并与所述光电式传感器电连接，所述控制器用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人产生相应的反馈。本发明还提供一种所述机械手的制备方法以及具有所述机械手的机器人。

Description

机械手、该机械手的制备方法及具有该机械手的机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机械手、该机械手的制备方法及具有该机械手的机器人。
背景技术
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置，能够协助或取代人类工作。随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大。仿人机器人是机器人研究领域中用于实现人机情感交互一个重要方向。“仿人”的意义在于使得机器人具有类人的感知、行为和交互能力。然而，目前的仿人机器人尚不具有在感知其受到的压力时作出相应反馈的功能。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种机械手及具有该机械手的机器人，能够解决上述问题。
另外，还有必要提供一种该机械手的制备方法。
本发明提供一种机械手，应用于一机器人，所述机械手包括一手部，该机械手还包括：一包覆层，包覆于所述手部的外部；多个光电式传感器，分布于所述手部的表面并被所述包覆层包覆，所述多个光电式传感器分别用于感测由所述包覆层不同位置入射至所述光电式传感器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；以及一控制器，设置于所述手部的内部并与所述光电式传感器电连接，所述控制器用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人产生相应的反馈。
本发明还提供一种机器人，其包括一机身以及两个如前所述的机械手，所述机械手安装于所述机身。
本发明还提供一种机械手的制备方法，包括如下步骤：提供一手部，所述手部的表面分布有所述多个光电式传感器，所述手部内部设有一与所述光电式传感器电连接的控制器，其中，所述多个光电式传感器分别用于感测由所述包覆层不同位置入射至所述光电式传感器的光信号，并将所述光信号转换为电信号，所述控制器用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人产生相应的反馈；提供一模具，所述模具包括一公模以及一母模，所述公模和母模相配合以形成一成型空间；将所述手部放置于所述成型空间内，使所述手部与所述公模和母模的侧壁之间形成一间隙；采用注射成型的方式向所述间隙内填充流体状的包覆层材料；固化所述包覆层材料，从而在所述手部的表面形成所述包覆层，使所述光电式传感器被所述包覆层包覆；以及将所述手部及其表面包覆层从所述模具中分离，从而得到所述机械手。
本发明的机械手能够根据所受到的压力控制机器人产生反馈，有利于提高所述机器人的人机交互能力。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例中的机器人的结构示意图。
图2为图1所示的机器人中的机械手的结构示意图。
图3为图2所示的机械手沿II-II方向的内部结构示意图。
图4为图2所示的机械手沿III-III方向的内部结构示意图。
图5为图2所示的机械手在另一角度的结构示意图。
图6为图2所示的机械手的模块架构图。
图7为本发明一较佳实施例中的机械手的制备方法的流程图。
主要元件符号说明
机械手 1
手部 10
包覆层 11
保护层 12
定位机构 13
光电式传感器 20
信号线 21
控制器 30
振动器 31
电热材料层 32
多工器 33
温度传感器 321
第一存储器 40
机器人 100
机身 101
显示屏 110
第二存储器 120
处理器 130
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
图1和图2示意出本发明较佳实施方式中的机械手100，其应用于一机器人100中。所述机器人100还包括一机身101，所述机械手1安装于所述机身101的两侧。
请参照图3-6，所述机械手1包括一手部10、一包覆层11、多个光电式传感器20以及一控制器30。所述包覆层11包覆于所述手部10的外部，其采用弹性材料（如硅胶或聚氨酯）制成。所述光电式传感器20分布于所述手部10的表面并被所述包覆层11包覆。所述多个光电式传感器20分别用于感测由所述包覆层11不同位置入射至所述光电式传感器20的光信号，并将所述光信号转换为电信号。当所述机械手1受到一压力作用时，所述包覆层11将产生弹性变形，使由所述包覆层11入射的光线部分发生散射，从而改变所述光电式传感器20所接收到的光信号。所述控制器30设置于所述手部10的内部并与所述光电式传感器20电连接，用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人100产生相应的反馈。可以理解的，所述弹性材料为透明以允许光线穿过。关于如何根据所述光电式传感器20输出的电信号计算压力为现有技术，此不赘述。
在本实施方式中，所述机械手1还包括一第一存储器40，用于存储反馈参数以及所述压力值和反馈参数之间的对应关系。其中，所述压力值和反馈参数可为正比关系，即，所述压力值越大，对应的反馈参数越大（即反馈越强烈）。该控制器30根据所述第一存储器40中存储的对应关系确定与所述压力值对应的反馈参数，并根据所确定的反馈参数生成所述控制指令，从而控制该机械手1根据所述反馈参数产生反馈。
在本实施方式中，所述机器人100产生的反馈为振动反馈，所述反馈参数为振动参数（如振动的频率、振动强度或振动持续的时间等）。具体的，所述机械手1还包括一振动器31（请参照图6）。该振动器31可设置于所述手部10的内部并与所述控制器30电连接。所述控制器30根据所述第一存储器40中存储的对应关系确定与所述压力值对应的振动参数，并根据所确定的振动参数生成所述控制指令，从而控制所述振动器31根据所述振动参数振动，使所述机械手1产生振动反馈。
在另一实施方式中，所述机器人100产生的反馈为温度反馈，所述反馈参数为温度值。具体的，所述机械手1还包括一电热材料层32，其包覆于所述包覆层11远离所述手部10的表面。所述控制器30根据所述对应关系确定与所述压力值对应的温度值，并根据所确定的温度值生成所述控制指令，从而控制所述电热材料层32升温至所述温度值，使所述机械手1产生温度反馈。当然，所述控制器30也可根据所述机械手1的周围环境的温度值而并非机械手1受到的压力相应控制所述电热材料层32升温。在这种情况下，所述手部10设有一温度传感器321，其设置于所述电热材料层32中。所述温度传感器321用于感应周围环境的温度值。所述控制器30用于获取所述温度传感器321所感测的温度值，并当所述温度值大于一预定值时生成一控制指令，以控制所述电热材料层32的温度升高，从而使所述机械手1产生温度反馈。
在又一实施方式中，所述机器人100产生的反馈为表情反馈。具体的，请参照图1和图6，所述机器人100还包括一安装于所述机身101正面的显示屏110、以及安装于所述机身101内部的一第二存储器120和一处理器130。所述第二存储器120用于存储多个表情图片，还用于存储所述电压值和表情图片之间的对应关系。其中，所述电压值越高，对应的表情图片所反馈的表情越强烈。例如，当电压值较小（即压力较小）时，反馈的表情为常态；当电压值较高（即压力较大）时，反馈的表情为悲伤。该处理器130与所述控制器30电连接，用于通过所述控制器30获取所述电信号，根据所述第二存储器120中存储的对应关系确定与所述电压值对应的表情图片，并控制所述显示屏110显示所述表情图片，从而使所述机器人100产生表情反馈。
在其它实施方式中，所述机器人100产生的反馈还可为上述振动反馈、温度反馈以及表情反馈中至少两者的结合。在这种情况下，所述手部10内还设有一多工器33（请参照图6），所述控制器30通过所述多工器33与所述光电式传感器20电连接。其中，所述多工器33包括多个分别对应于所述光电式传感器20的子通道（图未示）。所述多工器33用于依次循环扫描各个子通道，并采集至少一光电式传感器20经相应的子通道发送的电信号。所述控制器30用于通过所述多工器33获取所述光电式传感器20产生的电信号，然后生成所述控制指令，以控制对应的振动器31、电热材料层32或处理器130执行相应的功能，以控制所述机器人100产生振动反馈、温度反馈或表情反馈。
请参照图3-5，其中，所述手部10为多面体形状，所述光电式传感器20固定于所述手部10的每一表面。所述机械手1还包括一包覆于所述电热材料层32远离所述包覆层11的表面的保护层12。其中，所述电热材料层32采用高分子电热材料（如聚酰亚胺）制成，所述保护层12采用弹性材料（如硅胶）制成。所述手部10还开设有若干通孔（图未示），所述光电式传感器20的信号线21可穿过所述通孔并连接至所述控制器30。请参照图3，所述手部10内部还固定有一定位机构13。不同光电式传感器20的信号线21穿过所述定位机构13的不同位置并连接至所述控制器30，从而防止多个信号线21在所述手部10内部发生移动或相互缠绕。
请参照图5，在本实施方式中，固定于所述手部10的每一表面的所述光电式传感器20呈矩阵排列，其数量和相对位置可根据实际需要进行设置。例如，在本实施方式中，固定于所述手部10的每一表面的所述光电式传感器20的数量为九个且呈3×3矩阵排列。在另一实施方式中，固定于所述手部10的每一表面的所述光电式传感器20的数量为十六个并呈4×4矩阵排列。
图7为本发明较佳实施方式中的所述机械手1的制备方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S71：提供一手部10，所述手部10的表面分布有所述多个光电式传感器20，所述手部10内部设有一与所述光电式传感器20电连接的控制器30，其中，所述多个光电式传感器20分别用于感测由所述包覆层11不同位置入射至所述光电式传感器20的光信号，并将所述光信号转换为电信号，所述控制器30用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人100产生相应的反馈。
步骤S72：提供一模具，所述模具包括一公模以及一母模，所述公模和母模相配合以形成一成型空间。
步骤S73：将所述手部10放置于所述成型空间内，使所述手部10与所述公模和母模的侧壁之间形成一间隙。
步骤S74：采用注射成型的方式向所述间隙内填充流体状的包覆层材料（即用于成型所述包覆层11的材料）。其中，所述包覆层材料为弹性材料（如硅胶）。
步骤S75：固化所述包覆层材料，从而在所述手部10的表面形成所述包覆层11，使所述光电式传感器20被所述包覆层11包覆。
步骤S76：将所述手部10及其表面包覆层11从所述模具中分离，从而得到所述机械手1。
在另一实施方式中，所述机械手1的制备方法还进一步包括：在所述包覆层11远离手部10的表面包覆电热材料层32；以及在所述电热材料层32远离所述包覆层11的表面包覆保护层11。其中，所述保护层11为弹性材料（如硅胶）。所述电热材料层32为高分子电热材料，如聚酰亚胺。包覆电热材料层32以及保护层11的过程可同样采用注射成型方法。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种机械手，应用于一机器人，所述机械手包括一手部，其特征在于，该机械手还包括：
一包覆层，包覆于所述手部的外部；
多个光电式传感器，分布于所述手部的表面并被所述包覆层包覆，所述多个光电式传感器分别用于感测由所述包覆层不同位置入射至所述光电式传感器的光信号，并将所述光信号转换为电信号；以及
一控制器，设置于所述手部的内部并与所述光电式传感器电连接，所述控制器用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人产生相应的反馈。
2.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，还包括一第一存储器，用于存储反馈参数以及所述压力值和反馈参数的对应关系，所述控制器根据所述第一存储器中存储的对应关系确定与所述压力值对应的反馈参数，并根据所确定的反馈参数生成所述控制指令，从而控制该机械手根据所述反馈参数产生反馈。
3.如权利要求2所述的机械手，其特征在于，该机械手还包括一设置于所述手部的内部并与所述控制器电连接的振动器，所述反馈参数为振动参数，所述控制器根据所述对应关系确定与所述压力值对应的振动参数，并根据所确定的振动参数生成所述控制指令，从而控制所述振动器根据所述振动参数振动，使所述机械手产生振动反馈。
4.如权利要求2所述的机械手，其特征在于，该机械手还包括一包覆于所述包覆层远离所述手部的表面的电热材料层，所述反馈参数为温度值，所述控制器根据所述对应关系确定与所述压力值对应的温度值，并根据所确定的温度值生成所述控制指令，从而控制所述电热材料层升温至所述温度值，使所述机械手产生温度反馈。
5.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，该反馈参数为温度值，该机械手还包括一包覆于所述包覆层的外部的电热材料层，以及设置于所述电热材料层中的一温度传感器，所述温度传感器用于感应周围环境的温度值，所述控制器用于获取所述温度传感器所感测的温度值，并当所述温度值大于一预定值时生成一控制指令，以控制所述电热材料层的温度升高，从而使所述机械手产生温度反馈。
6.如权利要求4或5所述的机械手，其特征在于，还包括一包覆于所述电热材料层远离所述包覆层的表面的保护层。
7.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述手部为多面体形状，所述光电式传感器固定于所述手部的每一表面。
8.如权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述手部还开设有多个通孔，所述光电式传感器的信号线穿过所述通孔并连接至所述控制器。
9.如权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述手部内部还固定有一定位机构，不同光电式传感器的信号线穿过所述定位机构的不同位置并连接至所述控制器。
10.一种机器人，其包括一机身以及两个如权利要求1至9中任一项所述的机械手，所述机械手安装于所述机身。
11.如权利要求10所述的机器人，其特征在于，还包括一安装于所述机身正面的显示屏以及一安装于所述机身内部的处理器，所述第二存储器用于存储多个表情图片以及所述压力值和表情图片之间的对应关系，该处理器与所述控制器电连接，用于通过所述控制器获取所述压力值，确定与所述压力的压力值对应的表情图片，并控制所述显示屏显示所述表情图片，从而使所述机器人产生表情反馈。
12.一种机械手的制备方法，包括如下步骤：
提供一手部，所述手部的表面分布有所述多个光电式传感器，所述手部内部设有一与所述光电式传感器电连接的控制器，其中，所述多个光电式传感器分别用于感测由所述包覆层不同位置入射至所述光电式传感器的光信号，并将所述光信号转换为电信号，所述控制器用于获取所述电信号，并根据所述电信号确定所述压力的压力值，并根据所述压力值生成一控制指令，以控制所述机器人产生相应的反馈；
提供一模具，所述模具包括一公模以及一母模，所述公模和母模相配合以形成一成型空间；
将所述手部放置于所述成型空间内，使所述手部与所述公模和母模的侧壁之间形成一间隙；
采用注射成型的方式向所述间隙内填充流体状的包覆层材料；
固化所述包覆层材料，从而在所述手部的表面形成所述包覆层，使所述光电式传感器被所述包覆层包覆；以及
将所述手部及其表面包覆层从所述模具中分离，从而得到所述机械手。
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