一种分布式极坐标定位抓取系统

1.本发明涉及抓取机器人技术领域，具体涉及一种分布式极坐标定位抓取系统。


背景技术：

2.编织图案作为一种充满趣味的图案设计形式,不仅常被用于日常用品,手工艺品等设计,在现代钢结构建筑表皮设计中的应用也愈发广泛。
3.编织图案是由多根杆件交叉、压叠而成，根据设计要求，每根杆件在编织过程中需要保持一定的弯折形态；现有的机械臂类抓取机器人大多仅有1-2个工具目标点，无法使多个杆件同时保持一定的弯折形态；故，需要借助大量的人工对杆件进行定位。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的抓取机器人无法进行对大量的杆件进行协同抓取定位的缺陷，从而提供一种分布式极坐标定位抓取系统。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供的一种分布式极坐标定位抓取系统，包括：
6.支撑基座；
7.抓取模块，具有多个，且呈阵列式分布在所述支撑基座的顶部；
8.所述抓取模块具有可张合夹取的夹持机构，所述夹持机构适于绕其自身轴线进行自转；所述抓取模块具有相对于所述支撑基座保持静止的固定轴，所述夹持机构与所述固定轴之间具有固定间隔，所述夹持机构适于绕该固定轴进行周向公转；
9.控制模块，具有与所述抓取模块一一对应的多个，所述控制模块用于控制所述夹持机构进行张合、自转以及公转。
10.进一步地，所述夹持机构可竖直升降地设于所述抓取模块上，所述夹持机构具有升至预设位置的第一状态和降至初始位置的第二状态。
11.进一步地，所述抓取模块还包括：
12.支撑架，连接在所述支撑基座的顶部；
13.旋转盘，可转动的连接在所述支撑架上；
14.第一驱动件，可转动的连接在所述旋转盘上，所述第一驱动件具有可竖直伸缩的驱动杆，所述夹持机构连接在所述第一驱动件的驱动杆上；
15.第二驱动件，设于所述支撑架上，用于驱动所述旋转盘转动；
16.第三驱动件，设于所述旋转盘上，用于驱动所述第一驱动件自转。
17.进一步地，所述旋转盘上设有传动机构，所述传动机构包括：
18.主动齿轮，套设在所述第三驱动件的驱动端上，所述第三驱动件用于驱动所述主动齿轮旋转；
19.从动齿轮，连接在所述第一驱动件上，所述从动齿轮与所述主动齿轮啮合连接，所述从动齿轮用于带动所述第一驱动件旋转。
20.进一步地，所述夹持机构位于所述旋转盘的顶面上，所述旋转盘的旋转轴为固定
轴，所述旋转盘的顶面上具有环绕该固定轴设置的弧形刻度。
21.进一步地，还包括：
22.第一传感器，安装在所述抓取模块上、并与所述控制模块信号连接，所述第一传感器用于检测并传递所述夹持机构的公转角度；
23.第二传感器，安装在所述抓取模块上、并与所述控制模块信号连接，所述第二传感器用于检测并传递所述夹持机构的自转角度。
24.进一步地，所述支撑基座的顶面呈网格结构，所述抓取模块连接在该网格结构的交叉节点处。
25.进一步地，所述支撑基座的顶面周向上具有竖直设置的护栏，该护栏与所述支撑基座的顶面共同围合成用于容纳所述抓取模块的容纳空间。
26.本发明技术方案，具有如下优点：
27.1.本发明提供的分布式极坐标定位抓取系统，一个抓取模块相当于一个工具目标点，通过选用阵列分布的抓取模块中的多个模块，来实现对同一杆件的多点定位以保持特定形态；将阵列分布的多个抓取模块划分成多组，以实现对多根杆件的同时定位。夹持机构绕固定轴周向公转，固定轴上的点相当于极点，夹持机构与固定轴之间的固定间隔为极轴，极轴能够转动任意角度，夹持机构通过极坐标定位原理到达公转轨迹的的任意位置；夹持机构绕自身轴线旋转，以适应张合方向的任意调整；故通过夹持机构的公转以及自转，以适应对杆件任意角度的抓取，以满足杆件的多形态定位。上述的系统能够代替人工进行多点控制定位抓取，为编织结构和需要多点干预控制的加工过程提供定位抓取平台。
28.2.本发明提供的分布式极坐标定位抓取系统，夹持机构可竖直升降，以实现对多根杆件进行先后抓取定位，即进行抓取工作的模块上升至第一状态、与非工作模块有一定的高度差，避免对多根杆件进行同时定位抓取而造成相互干扰。
29.3.本发明提供的分布式极坐标定位抓取系统，通过第一传感器以及第二传感器检测并传递夹持机构的角度信号，控制模块根据角度信号来控制夹持机构进行归零或复位，以降低对多个抓取模块的控制难度、保证抓取精度。
30.4.本发明提供的分布式极坐标定位抓取系统，旋转盘上标注有弧形刻度，在抓取定位之前，便于通过观察夹持机构在旋转盘上的角度位置，来检测夹持机构是否处于初始状态。
31.5.本发明提供的分布式极坐标定位抓取系统，支撑基座顶面的交叉节点处较其他部分而言，具有较大的支撑强度，故将各抓取模块均连接在交叉节点处。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
33.图1为本发明中提供的分布式极坐标定位抓取系统的结构示意图。
34.图2为抓取模块的结构示意图。
35.图3为图2所示的抓取模块的右视图。
36.附图标记说明：
37.1、抓取模块；2、夹持机构；3、支撑架；4、旋转盘；5、第一驱动件；6、第二驱动件；7、第三驱动件；8、主动齿轮；9、从动齿轮；10、支撑座；11、第二传感器；12、第一承载架；13、第二承载架；14、护栏；15、控制模块。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
42.本实施例提供的分布式极坐标定位抓取系统，包括：支撑基座、抓取模块1以及与所述抓取模块1对应的控制模块15。
43.如图1所示，多个抓取模块1呈阵列式分布在支撑基座的顶部，通过多个抓取模块1实现对杆件的多点定位、以使杆件保持特定的形态。所述抓取模块1具有可张合夹取的夹持机构2，所述夹持机构2适于绕其自身轴线进行自转；所述抓取模块1具有相对于所述支撑基座保持静止的固定轴，所述夹持机构2与所述固定轴之间具有固定间隔，所述夹持机构2适于绕该固定轴进行周向公转。每个所述抓取模块1均对应有各自的控制模块15，所述控制模块15用于控制所述夹持机构2进行张合、自转以及公转。
44.在本实施例中，一个抓取模块1相当于一个工具目标点，通过选用阵列分布的抓取模块1中的多个模块，来实现对同一杆件的多点定位以保持特定形态；将阵列分布的多个抓取模块1划分成多组，以实现对多根杆件的同时定位。夹持机构2绕固定轴周向公转，固定轴上的点相当于极点，夹持机构2与固定轴之间的固定间隔作为极轴，极轴能够转动任意角度，夹持机构2通过极坐标定位原理到达公转轨迹的的任意位置；夹持机构2绕自身轴线旋转，以适应张合方向的任意调整；故通过夹持机构2的公转以及自转，以适应对杆件任意角度的抓取，以满足杆件的多形态定位。上述的系统能够代替人工进行多点控制定位抓取，为编织结构和需要多点干预控制的加工过程提供定位抓取平台。
45.在本实施例中，所述夹持机构2可竖直升降地设于所述抓取模块1上，所述夹持机构2具有升至预设位置的第一状态和降至初始位置的第二状态。所述夹持机构2竖直升降设置，目的是为了实现对多根杆件进行先后抓取定位，避免对多根杆件进行同时定位抓取而
造成相互干扰。即，不同的杆件对应着不同的抓取模块1，根据杆件的数量以及形态需求，将抓取模块1分为多个抓取组；当其中一个抓取组进行抓取动作时，控制模块15控制该组的夹持机构2同步上升至第一状态，该组的夹持机构2与其他组的夹持机构2具有一定的高度差；该组的夹持机构2在完成抓取后，降至第二状态，即初始高度。
46.如图2、图3所示，所述抓取模块1包括：夹持机构2、支撑架3、旋转盘4、第一驱动件5、第二驱动件6、第三驱动件7以及传动机构；其中，所述传动机构包括相互啮合连接的主动齿轮8和从动齿轮9。所述支撑架3用于与支撑基座进行连接，所述支撑架3可以是能支撑旋转盘4的任意结构；在实施例中，所述支撑架3为板材加工而成的矩形框架结构，该框架结构上设有减重孔。所述第二驱动件6选用驱动电机，所述第二驱动件6安装在所述支撑架3的顶端，所述第二驱动件6的驱动轴垂直伸出所述支撑架3的顶面；所述旋转盘4的中心位置处通过法兰连接在所述第二驱动件6的驱动轴上，所述第二驱动件6用于驱动所述旋转盘4进行转动；其中，所述第二驱动件6的驱动轴的轴线作为固定轴，该固定轴相对于所述支撑基座保持静止。所述第一驱动件5选用微型推杆气缸，所述旋转盘4的底面上固定连接有支撑座10，所述第一驱动件5的转动连接在所述支撑座10上；所述第一驱动件5的部分缸体以及其驱动杆均垂直穿过所述旋转盘4的顶面，第一驱动件5的驱动杆与所述夹持机构2的底面中心位置进行连接，所述第一驱动件5用于驱动夹持机构2进行上下升降。所述第三驱动件7选用驱动电机，所述第三驱动件7连接在旋转盘4上，第三驱动件7的驱动轴竖直地从旋转盘4的顶端伸出；所述主动齿轮8套设在第三驱动件7的驱动轴上，所述从动齿轮9套设在第一驱动件5的缸体上，从动齿轮9与主动齿轮8啮合连接，所述第三驱动件7用于驱动所述第一驱动件5旋转、进行实现所述夹持机构2的自转。在本实施例中，所述夹持机构2选用气动夹指，夹持机构2竖直设于旋转盘4的顶面上。
47.如图2所示，所述第二驱动件6的驱动轴的轴线为固定轴，该固定轴也是旋转盘4的旋转轴，所述旋转盘4的顶面上具有环绕该固定轴设置的弧形刻度。在进行抓取定位之前，能够通过观察夹持机构2在旋转盘4上的角度位置，来检测夹持机构2是否处于初始状态。
48.如图2、图3所示，所述第一传感器安装在所述抓取模块1的支撑架3，所述旋转盘4上安装有与所述第一传感器相匹配的第一检测件；当旋转盘4进行转动时，第一检测件的旋转角度与夹持机构2的公转角度一致，第一传感器通过感应第一检测件的角度位置、来得到夹持机构2的公转角度。所述第二传感器11安装在旋转盘4上，所述夹持机构2上安装有与所述第二传感器11相匹配的第二检测件；当夹持机构2进行自转时，第二检测件的旋转角度与夹持机构2的自转角度一致，第二传感器11通过感应第二检测件的角度位置、来得到夹持机构2的自转角度。上述的第一传感器以及第二传感器11均与控制模块15信号连接，控制模块15根据接收到的公转角度以及自转角度信号，在抓取工作之前，控制夹持机构2进行归零或复位，以降低对多个抓取模块1的控制难度、保证抓取精度。
49.如图1所示，所述支撑基座为框架结构，包括用于与抓取模块1连接的第一承载架12以及用于支撑在地面上的第二承载架13，第一承载架12与第二承载架13上下间隔设置、两者之间通过承载杆进行连接；其中，第一承载架12和第二承载架13均由方管拼接成的网格结构，各抓取模块1分别连接在第一承载架12的交叉节点处。所述第一承载架12的顶端周向上具有竖直设置的护栏14，该护栏14与所述支撑基座的顶面共同围合成用于容纳所述抓取模块1的容纳空间，该护栏14对各抓取模块1起到保护作用，避免各抓取模块1与其他设备
发生碰撞。
50.工作原理：
51.控制模块15接收如下四种定位信号：旋转盘4的角度信号(夹持机构2的公转角度信号)、夹持机构2的张合信号、第一驱动件5的角度信号(夹持机构2的自转角度信号)以及夹持机构2的升降信号；控制模块15根据接收到的信号，向驱动旋转盘4转动的第二驱动件6、驱动夹持机构2自转的第三驱动件7、驱动夹持机构2升降的第一驱动件5、驱动夹持机构2张合的电磁阀发送运行指令。
52.由于多根杆件需要进行先后抓取定位，故每次只有部分抓取模块1能够接收到指令完成相应的动作，即旋转盘4转动一定角度、夹持机构2自转一定角度、夹持机构2上升至预定高度，夹持机构2对杆件进行闭合夹取；
53.完成夹取动作后的抓取模块1，下降至初始高度；
54.等待下一次抓取指令，与上述的夹取过程一致；
55.完成对所有杆件的定位之后，待杆件取出后，对旋转盘4以及第一驱动件5进行角度归零。
56.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，包括：支撑基座；抓取模块(1)，具有多个，且呈阵列式分布在所述支撑基座的顶部；所述抓取模块(1)具有可张合夹取的夹持机构(2)，所述夹持机构(2)适于绕其自身轴线进行自转；所述抓取模块(1)具有相对于所述支撑基座保持静止的固定轴，所述夹持机构(2)与所述固定轴之间具有固定间隔，所述夹持机构(2)适于绕该固定轴进行周向公转；控制模块(15)，具有与所述抓取模块(1)一一对应的多个，所述控制模块(15)用于控制所述夹持机构(2)进行张合、自转以及公转。2.根据权利要求1所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述夹持机构(2)可竖直升降地设于所述抓取模块(1)上，所述夹持机构(2)具有升至预设位置的第一状态和降至初始位置的第二状态。3.根据权利要求2所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述抓取模块(1)还包括：支撑架(3)，连接在所述支撑基座的顶部；旋转盘(4)，可转动的连接在所述支撑架(3)上；第一驱动件(5)，可转动的连接在所述旋转盘(4)上，所述第一驱动件(5)具有可竖直伸缩的驱动杆，所述夹持机构(2)连接在所述第一驱动件(5)的驱动杆上；第二驱动件(6)，设于所述支撑架(3)上，用于驱动所述旋转盘(4)转动；第三驱动件(7)，设于所述旋转盘(4)上，用于驱动所述第一驱动件(5)自转。4.根据权利要求3所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述旋转盘(4)上设有传动机构，所述传动机构包括：主动齿轮(8)，套设在所述第三驱动件(7)的驱动端上，所述第三驱动件(7)用于驱动所述主动齿轮(8)旋转；从动齿轮(9)，连接在所述第一驱动件(5)上，所述从动齿轮(9)与所述主动齿轮(8)啮合连接，所述从动齿轮(9)用于带动所述第一驱动件(5)旋转。5.根据权利要求3所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述夹持机构(2)位于所述旋转盘(4)的顶面上，所述旋转盘(4)的旋转轴为固定轴，所述旋转盘(4)的顶面上具有环绕该固定轴设置的弧形刻度。6.根据权利要求1所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，还包括：第一传感器，安装在所述抓取模块(1)上、并与所述控制模块(15)信号连接，所述第一传感器用于检测并传递所述夹持机构(2)的公转角度；第二传感器(11)，安装在所述抓取模块(1)上、并与所述控制模块(15)信号连接，所述第二传感器(11)用于检测并传递所述夹持机构(2)的自转角度。7.根据权利要求1所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述支撑基座的顶面呈网格结构，所述抓取模块(1)连接在该网格结构的交叉节点处。8.根据权利要求7所述的分布式极坐标定位抓取系统，其特征在于，所述支撑基座的顶面周向上具有竖直设置的护栏(14)，该护栏(14)与所述支撑基座的顶面共同围合成用于容纳所述抓取模块(1)的容纳空间。

技术总结
本发明提供的一种分布式极坐标定位抓取系统，包括：多个抓取模块，呈阵列式分布在支撑基座的顶部；抓取模块具有可张合夹取的夹持机构，夹持机构适于绕其自身轴线进行自转；抓取模块具有相对于支撑基座保持静止的固定轴，夹持机构与固定轴之间具有固定间隔，夹持机构适于绕该固定轴进行周向公转；控制模块，具有与抓取模块一一对应的多个，用于控制所述夹持机构进行张合、自转以及公转。本发明通过选用阵列分布的抓取模块中的多个模块，来实现对同一杆件的多点定位以保持特定形态；将阵列分布的多个抓取模块划分成多组，以实现对多根杆件的同时定位。代替人工进行多点控制定位抓取，为编织结构和需要多点干预控制的加工过程提供定位抓取平台。定位抓取平台。定位抓取平台。


技术研发人员：黄蔚欣 魏力恺 胡竞元
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.02.17
技术公布日：2022/5/25