一种智能化末端执行器及扣合状态感知方法

1.本发明涉及3c装配技术领域，特别是涉及一种智能化末端执行器及扣合状态感知方法，适用于排线装配工作中替代人工的机器人智能自主操作，满足3c装配中使用机器人智能化地实现排线装配任务的实际应用需求。


背景技术：

2.3c装配制造业具有产品迭代快、操作任务复杂、操作对象非标程度高等特点，其生产和精密装配环境存在明显的不确定性。3c零件大多是轻小的非标准零件，形状复杂易变形，其装配对执行器的灵巧性和适应性提出了很高的要求。同时，3c装配对装配操作的要求很高，缺乏感知能力的传统自动化装配方式难以完成自适应操作。随着自动化执行器在3c装配领域的广泛应用，一些简单的装配任务由人工改为自动化生产，但复杂精密的装配任务仍依赖人工完成。
3.近年来，随着需求的增加，国内外出现了各种不同的针对特定3c装配场景的末端执行器。对于微小排线装配的任务场景，有使用夹取和按压的组合式末端执行器，有将待装配设备固定在平台上使用推杆将排线插入的自动化执行器。这些执行器能在单一不变的固定场景中完成装配任务，但由于排线装配对操作精度的要求高，执行器若不具有触觉感知能力，则无法完成对排线扣合状态的感知，从而不具备在装配过程中的精细调整能力，容易在装配过程中对排线造成损坏，且排线扣合的成功率较低。另外，这些执行器要求处于固定的装配场景中，智能自主性差，导致在装配任务和场景改变时需要对装配系统进行调整，生产效率低。
4.关于触觉感知在工业场景中的应用，国内外也出现了较多的研究成果。美国麻省理工大学的研究团队使用gelsight视触觉传感器获得接触面的力信息，分析得到线缆的位姿估计和摩擦力矢量，从而自适应地完成线缆捋线操作；德国普朗克研究院的研究团队使用视触觉传感器对接触面的立体触觉图像进行绘制，建立被抓取物体的形状特征。然而，由于视触觉传感器难以在小型化执行器上集成，且缺乏实用可行的触觉信息分析方法，目前尚未出现触觉感知在实际3c装配生产中应用的实例。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种智能化末端执行器及扣合状态感知方法，能够智能自主、自适应、灵巧高精度地对排线进行装配操作，以解决现有自动化装配技术在排线装配应用中的问题，满足使用机器人智能化地完成微小排线装配任务的实际应用需求。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供了一种智能化末端执行器，包括底座、按压头、弹性结构和触觉传感器，所述触觉传感器包括相互电连接的传感器主板和传感器敏感头，所述按压头的下部位于所述底座中，所述按压头与所述底座之间设置有所述弹性结构，所述按压头的上部位于所述底座的外部，所述传感器主板位于所述底座上，所述传感器敏感头位于所述按压头的
上部，所述传感器敏感头用于测量所述按压头与排线接触时接触面的力信息，所述传感器敏感头将采集的接触面的力信息传输至所述传感器主板，所述传感器主板用于将接触面的力信息传输至计算机进行处理，所述按压头的内部设置有第一气路，所述第一气路的上端延伸至所述按压头的上部，所述第一气路与所述底座的第二气路连通，所述第一气路和所述第二气路形成负压气路。
8.优选地，所述底座包括上底座、下底座和安装环，所述传感器主板设置在所述安装环上，所述安装环和所述上底座能够拆卸地连接，所述上底座和所述下底座能够拆卸地连接，所述安装环上设置有用于所述按压头穿过的通孔，所述下底座两侧的对称突出结构用于和通用机械臂的法兰配合。
9.优选地，所述按压头包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的截面呈矩形，所述第二连接部的截面呈圆形，所述第一连接部位于所述底座的外部，所述第二连接部位于所述底座的内部。
10.优选地，所述第一连接部的上端设置有凹槽和第一通气孔，所述第一通气孔与所述第一气路连通，所述凹槽用于放置所述传感器敏感头，所述传感器敏感头上与所述第一通气孔对应的位置设置有第二通气孔。
11.优选地，所述传感器敏感头包括自下而上依次设置的下层软板、电介质层和上层软板；
12.所述下层软板包括自下而上依次设置的主软板底层、第二内层、第一内层和主软板顶层，所述主软板顶层上设置有若干第一电极，所述主软板底层的下表面设置有第一焊盘，所述第一电极的信号通过所述第一内层传输至所述第一焊盘，所述主软板顶层上设置有增强层，所述增强层用于所述第一焊盘与所述传感器主板插接实现所述传感器主板与所述第一焊盘的信号传输；
13.所述上层软板包括副软板底层和副软板顶层，所述副软板底层设置在所述副软板顶层的下方，所述副软板底层的下表面设置有若干第二电极，所述第二电极与所述第一电极形成电容器，所述电介质层位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述副软板顶层上和所述主软板顶层上均设置有第二焊盘，所述副软板顶层上的所述第二焊盘和所述主软板顶层上的所述第二焊盘连通实现所述下层软板和所述上层软板的信号传输。
14.优选地，所述传感器敏感头上设置有刚毛结构，所述刚毛结构的刚毛呈楔形。
15.优选地，所述弹性结构为环形弹片，所述环形弹片嵌设所述底座的嵌套结构空腔中，所述按压头的下端与所述环形弹片接触；
16.所述按压头与所述底座之间设置有密封圈。
17.本发明还公开了一种扣合状态感知方法，所述方法应用于上述的智能化末端执行器，所述扣合状态感知方法，包括：
18.获取触觉传感器采集的力信息；所述力信息包括阵列式切向力和阵列式法向力；
19.根据所述力信息，判断排线的偏离状态；所述偏离状态为未偏离、正向偏离、反向偏离或者失效；
20.若所述偏离状态为正向偏离或者反向偏离，则根据所述偏离状态控制智能化末端执行器带动排线公头向对齐方向进行移动；
21.在移动过程中，根据所述力信息，判断排线的对齐状态；所述对齐状态为对齐开始
或者对齐结束；
22.若所述对齐状态为对齐结束，则所述排线停止移动，并返回“根据所述力信息，判断排线的偏离状态”的步骤；
23.若所述偏离状态为未偏离，则控制智能化末端执行器执行扣合操作。
24.优选地，根据所述力信息，判断排线的偏离状态，具体包括：
25.若所述阵列式切向力大于第一切向力设定阈值，则确定所述排线的偏离状态为失效；
26.若所述阵列式切向力小于等于所述第一切向力设定阈值，则将所述阵列式法向力在待判断方向上进行投影得到法向力分布散点图；
27.利用最小二乘法对所述法向力分布散点图进行直线拟合，得到拟合直线；
28.判断所述拟合直线的斜率绝对值是否小于斜率阈值；
29.若是，则确定所述排线的偏离状态为未偏离；
30.若否，则判断所述斜率绝对值是否为正；
31.若是，则确定所述排线的偏离状态为正向偏离；
32.若否，则确定所述排线的偏离状态为反向偏离。
33.优选地，根据所述力信息，判断排线的对齐状态，具体包括：
34.根据当前帧的所述阵列式法向力，确定当前帧的三帧法向力均值；
35.根据前一帧的所述阵列式法向力，确定前一帧的三帧法向力均值；
36.确定当前帧的三帧法向力均值和前一帧的三帧法向力均值的比值；
37.判断所述比值是否小于法向力设定阈值；
38.若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐开始；
39.根据当前帧的所述阵列式切向力，确定当前帧的三帧切向力均值；
40.根据前一帧的所述阵列式切向力，确定前一帧的三帧切向力均值；
41.根据前两帧的所述阵列式切向力，确定前两帧的三帧切向力均值；
42.确定当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值；
43.确定前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值；
44.判断当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值以及前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值是否均大于第二切向力设定阈值；
45.若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐结束。
46.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
47.本发明的智能化末端执行器结合负压吸附，通过小尺寸的按压头对细小的排线进行操作，触觉传感器采集触觉信息并以此感知扣合状态，对机械臂的动作进行反馈；且按压头具有一定的平面适应性，提高了执行器对微小排线进行装配操作时的稳定性和灵巧性。
附图说明
48.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。
49.图1为本发明的智能化末端执行器轴测图；
50.图2为本发明的智能化末端执行器爆炸图；
51.图3为本发明的智能化末端执行器剖视平面图(箭头为负压气流的流向)；
52.图4为本发明的智能化末端执行器剖视轴测图；
53.图5为本发明的传感器敏感头的爆炸图；
54.图6为图5的ⅰ处局部放大图；
55.图7为图5的ⅱ处局部放大图；
56.图8为本发明的排线公头处于未对齐状态时和排线母头的相对姿态示意图；
57.图9为本发明的偏离状态判断流程图；
58.图10为本发明的排线公头进入对齐状态时和排线母头的相对姿态示意图；
59.图11为本发明的排线公头进入对齐状态后和排线母头产生切向挤压时的相对姿态示意图；
60.其中：1-1：上底座，1-2：下底座，1-3：安装环，2：按压头，3：环形弹片，4：负压气路，5：密封圈，6-1：传感器敏感头，6-1-1：下层软板，6-1-1-1：主软板底层，6-1-1-2：第二内层，6-1-1-3：第一内层，6-1-1-4：主软板顶层，6-1-2：第一电极，6-1-3：第一焊盘，6-1-4：增强层，6-1-5：电介质层，6-1-6：上层软板，6-1-6-1：副软板底层，6-1-6-2：副软板顶层，6-1-7：第二焊盘，6-2：传感器主板，7：刚毛结构。
具体实施方式
61.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
62.本发明的目的是提供一种智能化末端执行器，能够智能自主、自适应、灵巧高精度地对排线进行装配操作，以解决现有自动化装配技术在排线装配应用中的问题，满足使用机器人智能化地完成微小排线装配任务的实际应用需求。
63.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
64.如图1至图7所示：本实施例提供了一种智能化末端执行器，用于尺寸为3mm
×
8mm的微小排线的装配，包括底座、按压头2、弹性结构和触觉传感器，本实施例的智能化末端执行器通过底座和机械臂法兰连接固定在机械臂末端，触觉传感器包括传感器主板6-2和传感器敏感头6-1，按压头2的下部位于底座中，按压头2与底座之间设置有弹性结构，按压头2的上部位于底座的外部，传感器主板6-2位于底座上，传感器敏感头6-1位于按压头2的上部，传感器敏感头6-1用于测量所述按压头2与排线接触时接触面的力信息，包含切向力值和法向力值，进而用于感知排线的扣合状态，传感器主板6-2和传感器敏感头6-1通过排线相连传递信息，排线沿着按压头2的一侧向下延伸，传感器敏感头6-1将采集的接触面的力信息传输至传感器主板6-2，传感器主板6-2用于将接触面的力信息传输至计算机进行处理，按压头2的内部设置有第一气路，第一气路的上端延伸至按压头2的上部，第一气路与底座的第二气路连通，底座上设置有与底座螺纹连接的气管快速接头，气管快速接头用于连
接外部的气泵，第一气路、第二气路和气管快速接头形成负压气路4，实现了负压吸附功能。
65.具体地，本实施例中，底座包括上底座1-1、下底座1-2和安装环1-3，传感器主板6-2设置在安装环1-3上，安装环1-3和上底座1-1通过螺栓和螺母实现能够拆卸地连接，上底座1-1和下底座1-2通过螺栓和螺母实现能够拆卸地连接，安装环1-3和传感器主板6-2上均设置有用于按压头2穿过的通孔，下底座1-2两侧的对称突出结构用于和通用机械臂的法兰通过螺栓连接。
66.本实施例中，按压头2包括第一连接部和第二连接部，第一连接部的截面呈矩形，即第一连接部为方柱，第二连接部的截面呈圆形，即第二连接部为圆柱，第一连接部位于底座的外部，第二连接部位于底座的内部。
67.本实施例中，第一连接部的上端设置有凹槽和第一通气孔，第一通气孔与第一气路连通，凹槽用于放置传感器敏感头6-1，传感器敏感头6-1上与第一通气孔对应的位置设置有第二通气孔。负压气路4由第二通气孔开始，沿按压头2的第一通气孔进入按压头2的第一气路和底座的第二气路，再沿水平方向引出底座，最后从气管快速接头引出实施例的智能化末端执行器。负压气路4中的负压气流通过外接的气泵驱动，实现了执行器的负压吸附功能。
68.本实施例中，传感器敏感头6-1包括自下而上依次设置的下层软板6-1-1、电介质层6-1-5和上层软板6-1-6，具体包括：
69.下层软板6-1-1为主软板，下层软板6-1-1包括自下而上依次设置的主软板底层6-1-1-1、第二内层6-1-1-2、第一内层6-1-1-3和主软板顶层6-1-1-4共四层fpc，主软板顶层6-1-1-4的上方有两排六列0.8mm
×
0.8mm的方形的第一电极6-1-2，第一电极6-1-2的信号通过第一内层6-1-1-3传输至主软板底层6-1-1-1下方的第一焊盘6-1-3处，主软板顶层6-1-1-4上方设置有0.3mm的增强层6-1-4，方便主软板底层6-1-1-1下方的第一焊盘6-1-3与传感器主板6-2插接实现传感器主板6-2与第一焊盘6-1-3的信号传输；
70.电介质层6-1-5为0.1mm厚的硅橡胶；
71.上层软板6-1-6为副软板，上层软板6-1-6包括自下而上依次设置的副软板底层6-1-6-1和副软板顶层6-1-6-2共两层fpc，副软板底层6-1-6-1下方有一排三列1.4mm
×
2.5mm的方形的第二电极，第二电极作为公共极与主软板顶层6-1-1-4上方的方形的第一电极6-1-2构成电容器进行力检测，电介质层6-1-5位于第一电极6-1-2和第二电极之间，电容介质即硅橡胶制成的电介质层6-1-5，副软板顶层6-1-6-2上和主软板顶层6-1-1-4上均设置有第二焊盘6-1-7，副软板顶层6-1-6-2上的第二焊盘6-1-7与主软板顶层6-1-1-4上的第二焊盘6-1-7焊接连通实现下层软板6-1-1和上层软板6-1-6的信号传输。
72.本实施例中，传感器敏感头6-1的接触面上设置有刚毛结构7，刚毛结构7设置在未设置第二通气孔的位置，刚毛结构7的刚毛呈楔形，刚毛为微结构，刚毛结构7用于增大切向加载时的摩擦力，加强排线动作中切向加载的稳定性。
73.本实施例中，弹性结构为环形弹片3，环形弹片3嵌设底座的嵌套结构空腔中，按压头2的下端与环形弹片3充分接触，当按压头2受法向力下压时，环形弹片3受压，其压缩行程使得环形弹片3具有一定的相对底座的活动范围，即保证按压头2相对于底座存在一定的活动范围，使得按压头2具有一定的平面适应性。
74.本实施例中，按压头2与底座之间设置有密封圈5，密封圈5嵌入底座中，由底座中
间的嵌套结构空腔固定；密封圈5与按压头2紧密接触，上底座1-1和下底座1-2之间的紧密连接，保证了按压头2和底座的连接处的气密性，保证了负压气路4在经过底座和按压头2时的气密性；密封圈5具有一定的可变形性，保证了按压头2相对底座一定的活动范围。
75.机械臂和智能化末端执行器一同完成微小排线的装配任务，在操作过程中，智能化末端执行器需要带动排线公头，调整排线公头的位姿至其对准并完成按压扣合操作。在此过程中，需要保证智能化末端执行器对排线公头有较好的黏附能力，且在施加切向加载时黏附状态保持稳定。在智能化末端执行器中，负压气路4和刚毛结构7结合负压吸附和刚毛黏附一同保证了执行器的黏附能力。同时，在操作过程中，由于机械臂的操作精度限制，按压头2的接触面可能和排线安装平面存在较小的夹角。在智能化末端执行器中，通过环形弹片3和密封圈5一同保证了按压头2相对底座有一定的活动范围，在执行按压动作时具有一定的平面适应性和被动柔顺能力。
76.本实施例还提供了一种扣合状态感知方法，所述方法应用于上述的智能化末端执行器，所述扣合状态感知方法，包括：
77.获取触觉传感器采集的力信息；所述力信息包括阵列式切向力和阵列式法向力。
78.根据所述力信息，判断排线的偏离状态；所述偏离状态为未偏离、正向偏离、反向偏离或者失效。
79.若所述偏离状态为正向偏离或者反向偏离，则根据所述偏离状态控制智能化末端执行器带动排线公头向对齐方向进行移动。
80.在移动过程中，根据所述力信息，判断排线的对齐状态；所述对齐状态为对齐开始或者对齐结束。
81.若所述对齐状态为对齐结束，则所述排线停止移动，并返回“根据所述力信息，判断排线的偏离状态”的步骤。
82.若所述偏离状态为未偏离，则控制智能化末端执行器执行扣合操作。
83.作为一种可选地实施方式，根据所述力信息，判断排线的偏离状态，具体包括：
84.若所述阵列式切向力大于第一切向力设定阈值，则确定所述排线的偏离状态为失效。
85.若所述阵列式切向力小于等于所述第一切向力设定阈值，则将所述阵列式法向力在待判断方向上进行投影得到法向力分布散点图。
86.利用最小二乘法对所述法向力分布散点图进行直线拟合，得到拟合直线。
87.判断所述拟合直线的斜率绝对值是否小于斜率阈值。
88.若是，则确定所述排线的偏离状态为未偏离。
89.若否，则判断所述斜率绝对值是否为正。
90.若是，则确定所述排线的偏离状态为正向偏离。
91.若否，则确定所述排线的偏离状态为反向偏离。
92.在实际应用中，所述排线的偏离方向判断方法通过所述触觉传感器得到的阵列式切向力和法向力分布信息，在排除掉切向力过大的失效情况干扰后，对待判断方向的法向力分布进行拟合，由得到的拟合直线的斜率得到判断结果。
93.作为一种可选地实施方式，根据所述力信息，判断排线的对齐状态，具体包括：
94.根据当前帧的所述阵列式法向力，确定当前帧的三帧法向力均值。
95.根据前一帧的所述阵列式法向力，确定前一帧的三帧法向力均值。
96.确定当前帧的三帧法向力均值和前一帧的三帧法向力均值的比值。
97.判断所述比值是否小于法向力设定阈值。
98.若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐开始。
99.根据当前帧的所述阵列式切向力，确定当前帧的三帧切向力均值。
100.根据前一帧的所述阵列式切向力，确定前一帧的三帧切向力均值。
101.根据前两帧的所述阵列式切向力，确定前两帧的三帧切向力均值。
102.确定当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值。
103.确定前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值。
104.判断当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值以及前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值是否均大于第二切向力设定阈值。
105.若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐结束。
106.在实际应用中，所述排线的对齐状态判断通过所述触觉传感器得到的阵列式切向力和法向力分布信息，取法向力和切向力的多帧均值检测其变化特征，根据法向力跳变减小的特征判断为对齐阶段开始，根据切向力持续增大的特征判断为对齐状态结束。
107.在实际应用中，所述扣合状态感知方法基于一种智能化末端执行器，所述扣合状态感知方法包括：排线的偏离方向判断方法和排线的对齐状态判断方法。
108.所述智能化末端执行器进行排线装配的操作流程为，在给定预压力的条件下进行偏离方向的判断，执行器根据得到的偏离方向带动排线公头向对齐方向进行移动，在移动过程中实时进行对齐状态的判断，若出现对齐特征则停止移动，再次判断偏离方向，若偏离方向判断为未偏离，则执行扣合操作，否则重复以上流程。
109.所述排线的偏离方向(偏离状态)判断方法的原理如下：如图8所示，若排线公头和母头未对准，公头在给定预压力的作用下与母头的边沿接触，在接触面的法向力分布上表现出接触点附近的集中，偏离方向不同导致接触点位置不同，从而导致法向力分布在某侧更集中。所述排线的偏离方向判断方法的流程如下：将阵列式法向力的值在待判断方向上进行投影得到法向力分布的散点图，在接触点附近的区域法向力集中则表现为散点图中接触点附近的法向力值较高。对该散点图进行最小二乘直线拟合，得到的直线斜率能将法向力分布的集中情况分为三类：若斜率的绝对值小于斜率阈值，则判断为未偏离；若斜率为正且绝对值大于斜率阈值，则定义为正向偏离；若斜率为负且绝对值大于斜率阈值，则定义为反向偏离。若在所述偏离方向判断的过程中接触面切向力较大时，会造成切向加载端的法向力测量结果偏大，从而使法向力分布在切向加载端集中，对排线偏离方向的判断造成干扰，所以需要加入切向力阈值条件，若切向力大于切向力阈值(第一切向力设定阈值)，则判断为失效，若切向力小于切向力阈值，则由所述法向力分布拟合直线斜率条件得到判断结果。偏离方向的判断流程如图9所示。
110.所述排线的对齐状态判断方法的原理如下：执行器带动排线公头向对齐方向进行移动，在移动过程中实时进行对齐状态的判断。在排线公头从未对齐到对齐进入排线母头槽内的瞬间，如图10所示，在给定预压力的条件下排线公头和排线母头由充分接触变为不充分接触，接触面的法向力减小且发生时间短，体现为接触面的法向力显著跳变减小。在排线公头进入排线母头槽内之后，执行器继续带动排线公头切向移动，排线公头的侧壁与排
线母头的侧壁发生挤压，如图11所示，接触面的切向力增大，且随着切向移动的继续而持续增大。所述排线的对齐状态判断方法的流程如下：为了排除力信号的小幅波动和噪声，使用当前帧及前两帧一共三帧的均值来对力特征进行检测；在移动过程中实时判断力特征，逐帧进行对齐状态的判断；所述法向力变化特征的检测方法为：当前帧的法向力均值(指当前帧的法向力和前两帧的法向力的均值)和前一帧的法向力均值(指前一帧的法向力和前一帧之前的两帧法向力的均值)的比值若小于法向力设定阈值，则说明法向力值出现了跳变减小，判断结果为对齐阶段开始；所述切向力变化特征的检测方法为，当前帧的切向力均值(指当前帧的切向力及前两帧的切向力的均值)和前一帧的切向力均值(指前一帧的切向力和前一帧之前的两帧切向力的均值)的比值，以及前一帧的切向力均值和前两帧的切向力均值(指前两帧的切向力和前两帧之前的两帧切向力的均值)的比值均大于第二切向力设定阈值，则说明切向力值出现了持续增大，判断结果为对齐阶段结束。
111.本发明给出了的扣合状态感知方法，通过分析执行器在按压扣合排线的过程中排线公头和母头接触的状态，得到接触面法向力和切向力的特征与不同扣合状态之间的对应关系，并以此作为依据通过执行器按压头末端的触觉传感器的传感器敏感头获得接触面的法向力和切向力信息，经计算机进行扣合状态的判断，并以此对执行器和机械臂的操作行为进行反馈。结合所述扣合状态感知能力的智能化末端执行器能在装配场景不固定时自适应地完成装配任务，提高生产效率，同时具有高操作精度的优点。
112.本实施例的智能化末端执行器结合负压吸附和刚毛黏附通过小尺寸的按压头2对细小的排线进行操作，触觉传感器采集触觉信息并以此感知扣合状态，对机械臂的动作进行反馈；且按压头2具有一定的平面适应性，提高了执行器对微小排线进行装配操作时的稳定性和灵巧性。
113.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种智能化末端执行器，其特征在于：包括底座、按压头、弹性结构和触觉传感器，所述触觉传感器包括相互电连接的传感器主板和传感器敏感头，所述按压头的下部位于所述底座中，所述按压头与所述底座之间设置有所述弹性结构，所述按压头的上部位于所述底座的外部，所述传感器主板位于所述底座上，所述传感器敏感头位于所述按压头的上部，所述传感器敏感头用于测量所述按压头与排线接触时接触面的力信息，所述传感器敏感头将采集的接触面的力信息传输至所述传感器主板，所述传感器主板用于将接触面的力信息传输至计算机进行处理，所述按压头的内部设置有第一气路，所述第一气路的上端延伸至所述按压头的上部，所述第一气路与所述底座的第二气路连通，所述第一气路和所述第二气路形成负压气路。2.根据权利要求1所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述底座包括上底座、下底座和安装环，所述传感器主板设置在所述安装环上，所述安装环和所述上底座能够拆卸地连接，所述上底座和所述下底座能够拆卸地连接，所述安装环上设置有用于所述按压头穿过的通孔，所述下底座两侧的对称突出结构用于和通用机械臂的法兰配合。3.根据权利要求1所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述按压头包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的截面呈矩形，所述第二连接部的截面呈圆形，所述第一连接部位于所述底座的外部，所述第二连接部位于所述底座的内部。4.根据权利要求3所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述第一连接部的上端设置有凹槽和第一通气孔，所述第一通气孔与所述第一气路连通，所述凹槽用于放置所述传感器敏感头，所述传感器敏感头上与所述第一通气孔对应的位置设置有第二通气孔。5.根据权利要求1所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述传感器敏感头上设置有刚毛结构，所述刚毛结构的刚毛呈楔形。6.根据权利要求1所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述传感器敏感头包括自下而上依次设置的下层软板、电介质层和上层软板；所述下层软板包括自下而上依次设置的主软板底层、第二内层、第一内层和主软板顶层，所述主软板顶层上设置有若干第一电极，所述主软板底层的下表面设置有第一焊盘，所述第一电极的信号通过所述第一内层传输至所述第一焊盘，所述主软板顶层上设置有增强层，所述增强层用于所述第一焊盘与所述传感器主板插接实现所述传感器主板与所述第一焊盘的信号传输；所述上层软板包括副软板底层和副软板顶层，所述副软板底层设置在所述副软板顶层的下方，所述副软板底层的下表面设置有若干第二电极，所述第二电极与所述第一电极形成电容器，所述电介质层位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述副软板顶层上和所述主软板顶层上均设置有第二焊盘，所述副软板顶层上的所述第二焊盘和所述主软板顶层上的所述第二焊盘连通实现所述下层软板和所述上层软板的信号传输。7.根据权利要求1所述的智能化末端执行器，其特征在于：所述弹性结构为环形弹片，所述环形弹片嵌设所述底座的嵌套结构空腔中，所述按压头的下端与所述环形弹片接触；所述按压头与所述底座之间设置有密封圈。8.一种扣合状态感知方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的智能化末端执行器，所述扣合状态感知方法，包括：获取触觉传感器采集的力信息；所述力信息包括阵列式切向力和阵列式法向力；
根据所述力信息，判断排线的偏离状态；所述偏离状态为未偏离、正向偏离、反向偏离或者失效；若所述偏离状态为正向偏离或者反向偏离，则根据所述偏离状态控制智能化末端执行器带动排线公头向对齐方向进行移动；在移动过程中，根据所述力信息，判断排线的对齐状态；所述对齐状态为对齐开始或者对齐结束；若所述对齐状态为对齐结束，则所述排线停止移动，并返回“根据所述力信息，判断排线的偏离状态”的步骤；若所述偏离状态为未偏离，则控制智能化末端执行器执行扣合操作。9.根据权利要求8所述的扣合状态感知方法，其特征在于：根据所述力信息，判断排线的偏离状态，具体包括：若所述阵列式切向力大于第一切向力设定阈值，则确定所述排线的偏离状态为失效；若所述阵列式切向力小于等于所述第一切向力设定阈值，则将所述阵列式法向力在待判断方向上进行投影得到法向力分布散点图；利用最小二乘法对所述法向力分布散点图进行直线拟合，得到拟合直线；判断所述拟合直线的斜率绝对值是否小于斜率阈值；若是，则确定所述排线的偏离状态为未偏离；若否，则判断所述斜率绝对值是否为正；若是，则确定所述排线的偏离状态为正向偏离；若否，则确定所述排线的偏离状态为反向偏离。10.根据权利要求8所述的扣合状态感知方法，其特征在于：根据所述力信息，判断排线的对齐状态，具体包括：根据当前帧的所述阵列式法向力，确定当前帧的三帧法向力均值；根据前一帧的所述阵列式法向力，确定前一帧的三帧法向力均值；确定当前帧的三帧法向力均值和前一帧的三帧法向力均值的比值；判断所述比值是否小于法向力设定阈值；若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐开始；根据当前帧的所述阵列式切向力，确定当前帧的三帧切向力均值；根据前一帧的所述阵列式切向力，确定前一帧的三帧切向力均值；根据前两帧的所述阵列式切向力，确定前两帧的三帧切向力均值；确定当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值；确定前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值；判断当前帧的三帧切向力均值和前一帧的三帧切向力均值的比值以及前一帧的三帧切向力均值和前两帧的三帧切向力均值的比值是否均大于第二切向力设定阈值；若是，则确定所述排线的对齐状态为对齐结束。

技术总结
本发明公开了一种智能化末端执行器及扣合状态感知方法，涉及3C装配技术领域，按压头的下部位于底座中，按压头与底座之间设置有弹性结构，按压头的上部位于底座的外部，传感器主板位于底座上，传感器敏感头位于按压头的上部，传感器敏感头用于测量按压头与排线接触时接触面的力信息，传感器敏感头将采集的接触面的力信息传输至传感器主板，传感器主板用于将接触面的力信息传输至计算机进行处理，按压头的内部设置有第一气路，第一气路的上端延伸至按压头的上部，第一气路与底座的第二气路连通，第一气路和第二气路形成负压气路。本发明能在装配场景不固定时自适应地完成装配任务，同时具有高灵巧性、高操作精度的优点。高操作精度的优点。高操作精度的优点。


技术研发人员：楚中毅 刘思源 薛李斌
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/9/9