CN102259340A

CN102259340A - 欠驱动末端执行器

Info

Publication number: CN102259340A
Application number: CN2011101925364A
Authority: CN
Inventors: 胡挺; 武传宇; 潘孝业
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2011-11-30

Abstract

本发明公开了一种欠驱动末端执行器。其每个手指部分的第一、第二指节的一端通过第一关节铰接，第二指节的另一端与手掌上连接板通过第二关节铰接；底座部分的电机安装在手掌下连接板与移动板连接，两根移动推杆的一端分别固定在移动板的两端；其另一端与各自耦合连杆的一端铰接；手掌上、手掌下连接板两侧分别用圆杆连接；每个手指的三角形驱动杆的中间孔与底座之间连接是通过各自耦合连杆的另一端铰接；底座的电机与手掌的下连接板固接；每个手指与手掌是通过手指的第二关节与手掌上连接板铰接。两关节之间集成欠驱动机构，电机通过差分机构驱动两个手指的开合。本发明驱动器数目少、控制简单、可靠性高可实现对物体形状的自适应抓取。

Description

欠驱动末端执行器

技术领域

本发明涉及一种末端执行器，具体地说是涉及一种欠驱动末端执行器。

背景技术

随着新的农业生产模式和新技术的发展与应用，农业机器人将成为农业生产的主力军。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，并且末端执行器是果蔬采摘机器人的重要组成部分，因此，具有很大的发展潜力。与工业机器人的末端执行器相比，由于其作业对象和环境的柔嫩性、不规则性和复杂多变性特征，采摘机器人的末端执行器具有明显的特殊性和更高的智能化要求。

末端执行器对农业发展起了巨大贡献，但是还存在着一些缺陷：（1）驱动源过多。目前，传统的末端执行器都采用全驱动机构。虽然，末端执行器的自由度就越多,取动作更为灵活,抓取效果更好，但是手指和关节数量增多意味着驱动器数目增加,不仅导致控制困难,带来传动系统的复杂化，系统制造和维护成本增加,可靠性降低，能耗上升等负面影响。（2）通用性不强。末端执行器的基本结构取决于具体工作对象特性及工作方式。在农作物生产体系中，果蔬形体差异很大，即使是同一品种，其个体大小和形状也不完全相同。因此，采摘机器人只能对一种果实进行收获，并且果实应该大小、形状相差不大，致使采摘机器人效率难以提高的主要原因，也是制约采摘机器人未来发展与应用推广的瓶颈。

发明内容

为了克服现有技术的不足之外，本发明的目的是提供一种欠驱动末端执行器，其通用性强的欠驱动机械手，具有负载能力强、驱动元件少、控制较简单、采摘效率和成功率高的装置。

本发明采用如下技术方案：

本发明包括二只结构相同手指、底座和手掌部分；每个手指部分的第一指节与第二指节的一端通过第一关节铰接，第二指节的另一端与手掌上连接板通过第二关节铰接；底座部分的电机安装在手掌下连接板，电机轴与移动板同轴螺纹传动连接，两根移动推杆的一端分别固定在移动板的两端；两根移动推杆的另一端与各自耦合连杆的一端铰接；手掌部分的手掌上连接板和手掌下连接板两侧分别用连接圆杆连接；每个手指的三角形驱动杆的中间孔与底座之间连接是通过各自耦合连杆的另一端铰接；底座的电机与手掌的下连接板通过螺栓固定；每个手指与手掌是通过手指的第二关节与手掌上连接板铰接；其特征在于：第一关节和第二关节之间集成欠驱动机构，电机通过差分机构驱动两个手指的开合。

所述每个手指的二指节之间集成欠驱动机构，它均由精确捏取机构和包络抓取机构组成。

精确捏取机构，由第一指节回转杆、一二指节回转耦合杆、第二指节回转杆和第二指节构成平行四边形连杆机构，设置在两指节之间；第二指节的第一关节与第一指节回转杆的一端铰接，第一指节回转杆的另一端与一二指节回转耦合杆的一端铰接，一二指节回转耦合杆的另一端与第二指节回转杆的一端铰接，第二指节回转杆的另一端与第二指节的第二关节铰接。

包络抓取机构，由第一指节回转杆、一二指节耦合驱动杆、三角形驱动杆和第二指节构成四连杆机构，设置在两指节之间，第二指节的第一关节与第一指节回转杆的一端铰接，第一指节回转杆的另一端与一二指节耦合驱动杆的一端铰接，一二指节耦合驱动杆的另一端与三角形驱动杆的外侧孔铰接，驱动杆的内侧孔与第二指节的第二关节铰接。

所述电机安装在手掌下连接板，电机输出轴直接驱动安装在移动板上，所述两个耦合连杆与固定在移动板上两个移动推杆形成移动副，实现一个电机驱动二个手指的开合的差分机构。

本发明具有的有益效果是：

本发明结构简单、通用性强、驱动器数目少、成本低、控制简单、可靠性高、体积小而且可实现对物体形状的自适应抓取等特点。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是本发明的底座结构原理示意图；

图3是本发明的欠驱动手指结构原理示意图；

图中：1、第一指节，2、第一关节，3、第二指节，4、第二关节，5、连接圆杆，6、耦合连杆，7、手掌上连接板，8、精确捏取机构，9、包络抓取机构，10、限位板，11、移动推杆，12、电机，13、手掌下连接板，14、移动板,15、第一指节回转杆，16、一二指节回转耦合杆，17第二指节回转杆，18、一二指节耦合驱动杆，19、三角形驱动杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括二只结构相同手指、手掌部分和底座；每个手指部分的第一指节1与第二指节3的一端通过第一关节2铰接，第二指节3的另一端与手掌上连接板7通过第二关节4铰接；底座部分的电机12安装在手掌下连接板13，电机轴与移动板14同轴螺纹传动连接，两根移动推杆11的一端分别固定在移动板的两端；两根移动推杆11的另一端与各自耦合连杆6的一端铰接；手掌部分的手掌上连接板7和手掌下连接板13两侧分别用连接圆杆5连接；每个手指的三角形驱动杆19的中间孔与底座之间连接是通过各自耦合连杆6的另一端铰接；底座的电机12与手掌的下连接板13通过螺栓固定；每个手指与手掌是通过手指的第二关节4与手掌上连接板7铰接；第一关节和第二关节之间集成欠驱动机构，电机通过差分机构驱动两个手指的开合。

如图1、图2、图3所示，所述每个手指的二指节之间集成欠驱动机构，它均由精确捏取机构和包络抓取机构组成；

精确捏取机构，由第一指节回转杆15、一二指节回转耦合杆16、第二指节回转杆17和第二指节2构成平行四边形连杆机构，设置在两指节之间；第二指节的第一关节2与第一指节回转杆15的一端铰接，第一指节回转杆15的另一端与一二指节回转耦合杆16的一端铰接，一二指节回转耦合杆16的另一端与第二指节回转杆17的一端铰接，第二指节回转杆17的另一端与第二指节的第二关节4铰接；

包络抓取机构，由第一指节回转杆15、一二指节耦合驱动杆18、三角形驱动杆19和第二指节2构成四连杆机构，设置在两指节之间，第二指节的第一关节2与第一指节回转杆15的一端铰接，第一指节回转杆15的另一端与一二指节耦合驱动杆18的一端铰接，一二指节耦合驱动杆18的另一端与三角形驱动杆19的外侧孔铰接，三角形驱动杆19的内侧孔与第二指节的第二关节4铰接。

如图2所示，所述电机12安装在手掌下连接板13，电机输出轴直接驱动安装在移动板14上，所述两个耦合连杆与固定在移动板14上两个移动推杆11形成移动副，实现一个电机驱动二个手指的开合的差分机构，手掌下连接板螺栓固定限位板10，以限制移动板运动行程。

本发明的工作过程为分为包络抓取和精确捏取：

包络抓取工作过程：电机12驱动丝杠正转，丝杠带动移动板14向上运动，移动板带动移动推杆11向上移动，耦合连杆6跟随运动，驱动手指接近抓取物，第二指节3接触到物体并被限制运动，电机继续正转，第一指节1继续运动，最后第一指节1与物体接触，完成包络抓取过程。

精确捏取工作过程：电机12驱动丝杠正转，丝杠带动移动板向上运动，移动板12带动移动推杆11向上移动，耦合连杆跟随运动，驱动第一指节1和第二指节3平动接近物体，电机继续正转，第一指1和第二指节3继续运动，最后第一指节与1物体接触，完成精确捏取过程。

Claims

1.一种欠驱动末端执行器，包括二只结构相同手指、底座和手掌部分；每个手指部分的第一指节（1）与第二指节（3）的一端通过第一关节（2）铰接，第二指节（3）的另一端与手掌上连接板（7）通过第二关节（4）铰接；底座部分的电机（12）安装在手掌下连接板（13），电机轴与移动板（14）同轴螺纹传动连接，两根移动推杆（11）的一端分别固定在移动板的两端；两根移动推杆（11）的另一端与各自耦合连杆（6）的一端铰接；手掌部分的手掌上连接板（7）和手掌下连接板（13）两侧分别用连接圆杆（5）连接；每个手指的三角形驱动杆（19）的中间孔与底座之间连接是通过各自耦合连杆（6）的另一端铰接；底座的电机（12）与手掌的下连接板（13）通过螺栓固定；每个手指与手掌是通过手指的第二关节（4）与手掌上连接板（7）铰接；其特征在于：第一关节和第二关节之间集成欠驱动机构，电机通过差分机构驱动两个手指的开合。

2.根据权利要求1所述的一种欠驱动末端执行器，其特征在于：所述每个手指的二指节之间集成欠驱动机构，它均由精确捏取机构（8）和包络抓取机构（9）组成；

精确捏取机构（8），由第一指节回转杆（15）、一二指节回转耦合杆（16）、第二指节回转杆（17）和第二指节（2）构成平行四边形连杆机构，设置在两指节之间；第二指节的第一关节（2）与第一指节回转杆（15）的一端铰接，第一指节回转杆（15）的另一端与一二指节回转耦合杆（16）的一端铰接，一二指节回转耦合杆（16）的另一端与第二指节回转杆（17）的一端铰接，第二指节回转杆（17）的另一端与第二指节的第二关节（4）铰接；

包络抓取机构（9），由第一指节回转杆（15）、一二指节耦合驱动杆（18）、三角形驱动杆（19）和第二指节（2）构成四连杆机构，设置在两指节之间，第二指节的第一关节（2）与第一指节回转杆（15）的一端铰接，第一指节回转杆（15）的另一端与一二指节耦合驱动杆（18）的一端铰接，一二指节耦合驱动杆（18）的另一端与三角形驱动杆（19）的外侧孔铰接，三角形驱动杆（19）的内侧孔与第二指节的第二关节（4）铰接。

3.根据权利要求1所述的所述的一种欠驱动末端执行器，其特征在于：所述电机（12）安装在手掌下连接板（13），电机输出轴直接驱动安装在移动板（14）上，所述两个耦合连杆与固定在移动板（14）上两个移动推杆（11）形成移动副，实现一个电机驱动二个手指的开合的差分机构。