CN109794952A - 一种末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法，所述末端执行器和末端轴组件包括驱动单元、转换单元、末端轴、末端执行器和制动单元；所述驱动单元连接所述转换单元，通过所述转换单元的转换分别驱动所述末端轴运动和所述末端执行器运动；所述末端执行器可相对运动的连接所述末端轴，使得所述末端轴可带动所述末端执行器同步运动；所述制动单元，用于当所述末端执行器在所述转换单元的驱动下运动时，制动所述末端轴，以使所述末端轴不跟随所述末端执行器运动。采用本发明的末端执行器和末端轴组件，通过将末端执行器和末端轴组件共用同一个驱动单元，减少了该组件自身的重量，从而增加末端执行器输出端的有效负载。

Description

一种末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，具体涉及一种末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法。

背景技术

随着工业和科技的发展，机器人得到广泛的应用和快速的发展，目前机器人领域，常用的机器人可以包括：多轴机器人(如图4所示)和并联机器人(如图5所示)，多轴机器人和并联机器人的位于机器人末端最后一轴(以下简称末端轴)上设置可实现各种功能的末端执行器，通常末端执行器和末端轴的驱动单元是分别采用各自的驱动单元驱动的。

采用上述结构的末端轴及末端执行器组件的问题在于，该由于同时需要两个驱动单元件分别驱动末端轴和末端执行器，因此造成机器人该组件的自身重量过大，从而导致最终末端执行器输出端的有效负载大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法，通过将末端执行器和末端轴共用同一个驱动单元，可相对增加驱动单元的输出轴的有效负载。

本发明第一方面提供一种末端执行器和末端轴组件，所述末端执行器和末端轴组件包括驱动单元、转换单元、末端轴、末端执行器和制动单元；

所述驱动单元连接所述转换单元，通过所述转换单元的转换分别驱动所述末端轴运动和所述末端执行器运动；

所述末端执行器可相对运动的连接所述末端轴，使得所述末端轴可带动所述末端执行器同步运动；

所述制动单元，用于当所述末端执行器在所述转换单元的驱动下运动时，制动所述末端轴，以使所述末端轴不跟随所述末端执行器运动。

优选的，所述转换单元包括连接部、末端执行器对接部、末端轴对接部和控制部；所述末端轴对接部包括相互配合的第一末端轴对接件和第二末端轴对接件；所述末端执行器对接部包括相互配合的第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件；

所述连接部分别连接所述驱动单元和所述第一末端轴对接件以及所述第一末端执行器对接件；

所述第二末端轴对接件连接所述末端轴；

所述第二末端执行器对接件连接所述末端执行器；

所述控制部，用于控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件对接或解除对接，以及控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件对接或解除对接。

优选的，所述控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件对接或解除对接包括控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件沿彼此相对的第一相对方向可相对往返运动；以及

控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件对接或解除对接包括控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件沿彼此相对的第二相对方向可相对往返运动。

优选的，所述驱动单元轴向固定设置，所述第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件固定设置，所述第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件分别沿所述第一方向和所述第二方向往返运动的设置；

所述连接部一端与所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件固定连接，所述连接部的另一端与所述驱动单元可轴向相对运动的连接；或

所述连接部的一端与所述驱动单元固定连接，所述连接部的另一端与所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件沿轴向可相对运动的连接；或

当所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件中的一个通过另一个与所述连接部连接时，所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件之间设置第三弹性件。

优选的，所述末端执行器对接部或末端轴对接部包括固定方式的对接结构或传动方式的对接结构。

优选的，所述控制部包括至少一个开关和/或至少一个弹性件。

优选的，所述控制部包括所述开关和所述弹性件；所述开关为电磁开关，所述电磁开关包括固定部和活动部；所述弹性件包括第一弹性件和第二弹性件；所述第一定位件包括第一侧和第二侧；

所述第一末端执行器对接件和所述第一侧间隔第一距离固定连接，所述第一弹性件设置在所述第一末端执行器对接件和所述第一侧之间形成第一预应力；所述第二末端执行器对接件和所述第二定位件间隔第二距离相对固定设置，所述第二弹性件设置在所述第二末端执行器对接件和所述第二定位件之间形成第二预应力，使得所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件形成固定方式的对接；

所述第一末端轴对接件设置在所述第一末端执行器对接件的对应所述第一定位件的同侧；

所述第二侧上设置所述活动部，所述活动部与所述固定部间隔第三距离设置，所述第三距离保证当所述活动部与所述固定部吸合，所述活动部带动所述第一末端轴对接件与所述第二末端轴对接件对接。

优选的，所述连接部包括弹性联轴器。

优选的，所述末端执行器可相对运动的连接所述末端轴包括所述末端执行器可相对旋转的连接所述末端轴或所述末端执行器可相对线性运动的连接所述末端轴。

优选的，所述末端执行器包括：传动部、至少一个手指、输入部和导向部；

所述传动部对应所述至少一个手指的端面形成螺旋形的第一导向结构；

所述至少一个手指对应所述第一导向结构的端面形成与所述一导向结构相配合的第二导向结构；

所述导向部沿径向上设置至少一个与所述至少一个手指宽度相配合的供所述手指穿越的导向槽；

所述至少一个手指沿径向的至少部分外缘形成与所述导向槽配合的限位台，所述限位台用于在轴向方向限制所述至少一个手指的运动；

所述导向部固定设置在所述末端轴上；

所述输入部分别连接所述驱动单元和所述传动部。

优选的，当所述末端轴对接部采用传动方式的对接结构；所述末端轴只可转动的设置。

优选的，所述末端执行器和末端轴组件还包括处理器；

所述处理器藕接所述转换单元和所述控制单元，所述处理器在工作时控制所述转换单元与所述末端轴对接；控制所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器向目标位置运动；判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置；若是，控制所述转换单元与所述末端执行器对接，同时控制所述制动单元制动所述末端轴；控制驱动单元驱动末端执行器完成操作。

本发明第二方面提供一种机器人，所述机器人包括上面任意一项所述的末端执行器和末端轴组件。

本发明第三方面提供一种上面任意一项所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法，所述末端执行器和末端轴组件的控制方法包括：

控制所述转换单元与所述末端轴对接；

控制所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器向目标位置运动；

判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置；若是，控制所述转换单元与所述末端执行器对接，同时控制所述制动单元制动所述末端轴；

控制驱动单元驱动末端执行器完成操作。

本发明第四方面提供一种机器人的控制方法，所述机器人的控制方法包括上面所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法。

采用本发明的末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法具有如下有益效果：

1、由于末端执行器和末端轴共用同一个驱动单元，可相对增加驱动单元的输出轴的有效负载。

2、由于当末端轴转动，通过导向部带动手指转动，进而带动整个末端执行器转动；而当末端执行器的手指在传动部和导向部的共同作用下运动，使得手指相对导向部可运动，从而实现通过旋转驱动的驱动单元驱动末端执行器和末端轴可相对线性运动的连接。

3、由于采用旋转马达驱动手指运动，可以能够实现360范围内的转动，因此具有更大的旋转活动范围。

4、由于当电磁开关断电时，第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件在第一弹性件和第二弹性件的作用力下相互对接。当电磁开关通电，活动部与固定部吸合，第一定位件带动第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件解除对接，而此时第一定位件带动所述第一末端轴对接件运动到正好与第二末端轴对接件实现对接，因此实现了转换单元分别与末端轴3和末端执行器4 的转换连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和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它的附图。

图1A-1B为本发明实施例提供的末端执行器和末端轴组件的结构框图；其中，图1A为转换单元与末端执行器对接时的结构框图，图1B为转换单元与末端轴对接时的结构框图；

图2为本发明实施例提供的末端执行器和末端轴组件的部分平面结构示意图；

图3A-3B为本发明实施例提供的机械手指的结构示意图，其中3A为整体的结构示意图；3B为转盘和手指部分的结构示意图。

图4为现有的多轴机器人的整体结构示意图；

图5为现有的并联机器人的整体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的末端执行器和末端轴组件的控制方法的流程图。

图7A-7B为本发明另一实施例提供的末端执行器和末端轴组件的结构框图；其中，图7A为转换单元与末端执行器对接时的结构框图，图7B为转换单元与末端轴对接时的结构框图。

驱动单元1、转换单元2、末端轴3、末端执行器4、制动单元5、传感器6、处理器6、存储器7、计算机程序70、连接部21、末端轴对接部22、末端执行器对接部23、控制部24、限位块31、限位槽32、限位台阶33、传动部41、至少一个手指42、输入部43、导向部44、第一末端轴对接件221、第二末端轴对接件 222、第一末端执行器对接件231、第二末端执行器对接件232、电磁开关241、第一弹性件242、第二弹性件243、第一定位件244、第二定位件245、限位凸起311、第一导向结构411、第二导向结构421、限位台422、导向槽441、轴F。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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它实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1A-1B为本发明实施例提供的末端执行器和末端轴组件的结构框图；其中，图1A为转换单元与末端执行器对接时的结构框图，图1B为转换单元与末端轴对接时的结构框图。

本发明实施例提供一种末端执行器和末端轴组件，通过将末端执行器和末端轴组件共用同一个驱动单元，减少了该组件自身的重量，从而增加末端执行器输出端的有效负载。

如图1A、1B所示，所述末端执行器和末端轴组件包括：驱动单元1、转换单元2、末端轴3、末端执行器4、制动单元5。

所述驱动单元1连接所述转换单元2，通过所述转换单元2的转换分别驱动所述末端轴3和所述末端执行器4运动。

所述末端执行器4可相对运动的连接所述末端轴3，使得所述末端轴3可带动所述末端执行器4同步运动。

所述制动单元5，用于当末端执行器4在驱动单元1的驱动下运动时，制动末端轴3不跟随末端执行器4运动。

采用上面的末端执行器和末端轴组件，将末端执行器和末端轴共用同一个驱动单元进行驱动，由于减少了一个驱动单元，因此可相对增加驱动单元的输出轴的有效负载；另外，也可以因此精简了结构、降低成本。

需要说明的是，末端执行器可相对运动的连接末端轴可以包括：末端执行器可相对转动的连接末端轴或末端执行器可相对线性运动的连接末端轴。

所述末端执行器可相对转动的连接末端轴，可以采用各种技术实现，比如：可以在末端执行器和末端轴之间设置第一导向组件，所述第一导向组件包括相互配合的环形或螺旋形导轨和滑块，环形或螺旋形导轨和滑块分别固定连接末端执行器和末端轴，从而实现两者可相对转动的连接，又或者通过转轴可转动的连接等等，

末端执行器可相对线性运动的连接末端轴，可以采用各种技术实现，比如：可以将末端轴末端执行器分别固定在线性运动的第二导向组件上，第二导向组件可以包括线性导轨和滑块、线性电机的运动部和固定部、气缸的运动部或固定部上等等，或者一些更复杂的其它结构，在后面的实施例中会进一步描述。

由于所述末端执行器可相对转动和可相对线性运动的连接末端轴的原理相同，本具体实施例下面只以末端执行器可相对转动的设置在末端轴上为例进行进一步详细说明。

需要说明的是，所述驱动单元可以为能实现转动或直线驱动的各种驱动单元，比如:直线马达、旋转马达、液压机或气缸，驱动单元属于现有技术，在此不再详细赘述。

在一些实施例中，驱动单元优选旋转马达。由于现有的末端执行器通常采用气缸作为驱动单元，带动气爪进行相应的旋转、直线动作，当气爪与夹持的工具结合，进而可以实现切削、焊接等等各种功能，采用气缸驱动的缺点在于当气缸需要驱动手指实现旋转动作时，其活动范围往往只能在很小的角度范围内。采用本实施例的方案通过旋转马达驱动手指运动，可以能够实现360范围内的转动，因此具有更大的旋转活动范围。

制动单元5可以采用各种技术限制末端轴运动，比如：制动单元为一个由驱动部控制的把持部，当需要对制动单元制动时，驱动部带动把持部向末端轴运动限定末端轴的运动，而当需要解除制动时，驱动部带动把持部远离末端轴；或者制动单元包括一个与末端轴接触面相对应的固定设置的摩擦垫片，摩擦垫片与末端轴接触面形成一定大小的摩擦力，该摩擦力的大小需保证，当末端执行器受驱动单元驱动时，末端执行器传递给所述末端轴的作用力小于所述摩擦力，从而使得末端轴不会跟随末端执行器运动；而当驱动单元驱动末端轴转动时，驱动力可以克服摩擦力的限制作用，带动末端轴转动等等，任何满足可以限制末端轴运动的结构都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例提供的末端执行器和末端轴组件的部分平面结构示意图。图3A-3B为本发明实施例提供的末端执行器的结构示意图，其中3A为末端执行器的整体结构示意图；3B为传动部和手指部分的结构示意图。

末端执行器可以采用现有技术中各种通过驱动单元实现驱动手指运动的结构，比如：对需要做旋转运动的手指进行驱动，此时根据上面实施例所述，将末端轴和末端执行器分别设置在第一导向组件上，从而将末端轴和末端执行器可转动的连接。

又比如：对需要实现直线运动的手指进行驱动，根据上面实施例所述，一方面，可以通过能实现线性驱动的驱动单元，将末端轴和末端执行器分别第二导向组件上实现二者之间的可相对线性运动的运动。

另一方面，在某些情况下，末端轴需要进行旋转运动，而末端执行器的手指需要进行线性运动，需要将驱动单元的旋转驱动转换成末端执行器的手指的线性运动。下面以这种类型的组件为例进行进一步详细的说明。

如图2、图3A、图3B所示，末端执行器4包括：传动部41、3个手指42、输入部43、导向部44。其中，导向部44固定设置在末端轴3上。

输入部43的一端连接驱动单元1，另一端连接传动部41，通过驱动单元1带动输入部43转动,进而带动传动部41转动。

传动部41对应手指42的端面形成螺旋形的第一导向结构411，手指42对应传动部41的端面形成与第一导向结构411相配合的第二导向结构421，第一导向结构411与第二导向结构421配合，使得第二导向结构421可沿第一导向结构411 限定的轨道运动。需要说明的是，第一导向结构为螺旋形的槽轨或者凸轨，第二导向结构为对应螺旋形的槽轨或者凸轨的至少一个凸台或槽，如图3A、3B 所示，第二导向结构421包括多个槽，每个槽之与第一导向结构411即螺旋形凸轨的各个环相配合。

导向部44沿径向设置至少一个与所述至少一个手指宽度相配合的供手指穿越的导向槽441，导向槽441的长度大于手指42的长度，从而手指42可沿导向槽的长度方向往返运动。

手指42沿径向的至少部分外缘形成与所述导向槽441的边缘配合的限位台 422，所述限位台422用于在轴向方向限制所述手指42的运动，限位台422与导向槽441相配合，在轴向方向限制所述手指42的运动；又由于导向槽441的宽度与手指42相对应，因此限定了手指42在传动部41的带动下只能沿导向槽441限定的方向线性移动，将第二导向结构421与第一导向结构411相对接，因此当传动部41顺时针或逆时针旋转，第一导向结构411带动第二导向结构421进而带动手指42沿传动部41的径向在导向槽441的长度方向往返移动。通过上述结构的末端执行器可以完成从驱动单元的转动驱动到直线驱动的转换，当多个手指相配合，通过彼此的相对或者相反运动，可以实现抓取或者释放的动作。

由于末端轴3转动，通过导向部44带动手指42转动，进而带动整个末端执行器4转动；当末端执行器4的手指42在传动部41和导向部44的共同作用下运动，使得手指42相对导向部44可运动，从而实现上面所述的通过旋转驱动的驱动单元1驱动末端执行器4和末端轴3可相对线性运动的连接。

需要说明的是，如图3A、3B所示，手指42为3个；除此之外，手指还可以根据需要设计为大于等于1的任意个；同样，导向槽441对应手指的数量为3个，除此之外，导向槽可以对应手指的数量为大于等于1的任意个。所述传动部41 和导向部44优选圆形，但也可以根据需要设计成任意形状。

需要说明的是，末端执行器可以采用现有技术中各种可通过转动驱动单元驱动的结构，优选旋转马达，相对于现有气缸直接驱动的气爪，因为气爪通常只能在有限范围内运动(尤其在驱动手指的旋转运动时)，而采用旋转马达直接驱动的末端执行器则可以在更大范围内进行运动。

需要说明的是，所述末端执行器除应用在本发明实施例的结构中外，也可以应用在任意需要将旋转驱动转化为手指线性运动的机器人中。

继续如图2所示，在一些优选实施例中，转换单元2包括：连接部21、末端轴对接部22、末端执行器对接部23、控制部24。

所述末端轴对接部22包括相对设置的相互配合的第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件222，第一末端轴对接件221连接所述连接部21，第二末端轴对接件222连接所述末端轴3，通过控制部控制第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件222的对接或分离，进而实现转换单元2和末端轴3的对接或者对接解除。

所述末端执行器对接部23包括相对设置的相互配合的第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232，第一末端执行器对接件231连接连接部 21，第二末端执行器对接件232连接末端执行器4，通过控制部24控制第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232的对接或分离，进而实现转换单元2和末端执行器4的对接或者对接解除。

需要说明的是，上述第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件以及第一末端轴对接件和第二末端轴对接件可以采用固定方式对接的结构或传动方式对接的结构，两对对接件可以采用相同的对接结构(比如：都采用固定方式对接或者都采用传动方式对接)，也可以采用不同的对接方式进行组合(比如：一个采用固定方式的对接结构，另一个采用传动方式的对接结构)。

需要进一步说明的是，上面所述的固定方式的对接结构可以包括：摩擦离合器、磁铁组件等等，比如：通过控制摩擦离合器的两个摩擦片接触挤压，使得两个摩擦片之间产生摩擦力，从而实现二者之间的固定对接，因此驱动单元件通过转换部可以带动末端轴或者末端执行器的连接轴一同转动。

需要进一步说明的是，上面所述的传动方式的对接结构可以包括：牙嵌式离合器、传动齿组件、传动带、传动轮带、卡接组件、等等。比如：将牙嵌式离合器的两个端面齿分别固定设置在所述转换基座和所述末端轴上，当两个端面受控制部的控制靠近并啮合，从而实现二者之间的传动对接，因此驱动单元件通过转换部可以带动末端轴或者末端执行器的连接轴一同转动。

如图2所示，在一些实施例中，末端轴对接部22和末端执行器对接部23 采用不同的对接结构，其中，末端轴对接部22采用传动方式实现对接(比如：牙嵌式离合器)；末端执行器对接部23采用固定方式实现对接(比如：摩擦离合器)。

所述连接部21连接所述第一末端轴对接件221和第一末端执行器对接件 231，当第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件222对接时，驱动单元1通过连接部21带动第一末端轴对接件221，进而带动末端轴3运动；而当第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232对接时，驱动单元1通过连接部21 带动第二末端执行器对接件232，进而带动末端执行器4运动。

需要说明的是，上述连接部连接所述第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件可以包括第一末端执行器对接件和第一末端轴对接件直接分别连接连接部，或者第一末端执行器对接件231和第一末端轴对接件221的其中一个通过另一个与连接部21连接(如图2所示)。连接部、第一末端执行器对接件和第一末端轴对接件可以根据需要任意排布和设置，图2的实施例只是其中一种排布方式，任何满足第一末端执行器对接件和第一末端轴对接件与连接部连接的排布都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，控制部24控制第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件 222以及第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232实现对接和解除对接包括：控制第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件222可沿彼此相对的第一相对方向相对往返运动以实现对接或解除对接，以及控制第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232可沿彼此相对的第二相对方向相对往返运动以实现对接或解除对接，具体可以包括如下的情况：

1、第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件沿第一相对方向和第二相对方向固定设置，而控制第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件可沿第一相对方向和第二相对方向往返运动。

2、第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件沿第一相对方向和第二相对方向固定设置，而控制第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件可沿第一相对方向和第二相对方向往返运动的设置。

3、控制第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件可沿第一相对方向和第二相对方向往返运动，控制第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件可沿第一相对方向和第二相对方向往返运动，通过分别控制两者沿相对方向的往返运动实现对接或解除对接。

因为上面3种方式原理相近，下面只以第2种方式为例进行详细说明。

所述控制部可以为一个，也可以为多个，可以包括：一个或者多个各种开关，比如：所述开关为电磁开关(电磁开关是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体，当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，包括活动部和固定部)，上述两对对接件分别连接两个电磁开关的活动部或固定部，通过分别控制两个电磁开关的通断电，从而实现上述两个对接件的对接，或者控制部和上述两对对接件形成一体，即每对的两个对接件可以分别为电磁开关的活动部和固定部；弹性件，比如：弹簧或弹簧柱塞，优选弹簧柱塞，因为弹簧柱塞有一定的导向作用；或者开关和弹性件的组合等等。或者其它任何可以实现控制转换单元实现分别与末端执行器和末端轴对接的结构都属于本发明实施例保护的范围内。

如图2所示，在一些实施例中，以控制部包括电磁开关和弹性件的组合，第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件沿相对方向固定设置，而控制部控制第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件可沿第一相对方向和第二相对方向往返运动的设置为例进行进一步详细说明。控制部24包括:电磁开关241、第一弹性件242、第二弹性件243、第一定位件244和第二定位件245；第一定位件244包括第一侧和第二侧。

所述第一弹性件242设置在所述第一末端执行器对接件231和第一定位件 244的第一侧之间，第一末端执行器对接件231相对第一定位件244的第一侧间隔第一距离固定连接，所述第一距离保证设置在二者之间的第一弹性件242形成一定预应力；所述第二弹性件243设置在所述第二末端执行器对接件232和第二定位件245之间，第二末端执行器对接件232相对第二定位件245间隔第二距离固定设置，所述第二距离保证设置在二者之间的所述第二弹性件243形成一定预应力；从而使得第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232分别在第一弹性件242和第二弹性件243的作用力下形成固定方式的对接。

所述第一末端轴对接件221设置在所述第一末端执行器对接件231对应所述第一定位件244的同侧。

第一定位件244的第二侧上设置电磁开关241的活动部(在一些优选实施例中，第一定位件和活动部可以为同一个部件)，所述第一定位件244与电磁开关 241的固定部间隔第三距离设置，固定部相对活动部固定设置(比如：固定在末端轴3上)，当电磁开关241通电，固定部吸引活动部，从而带动第一定位件 244，进而带动连接部21向电磁开关241的固定部方向移动，直到活动部与固定部吸合。所述第三距离需满足第一定位件244带动第一末端执行器对接件231运动到固定部和活动部吸合位置时，第一定位件244同时带动所述第一末端轴对接件221运动到正好与第二末端轴对接件222实现对接。

当电磁开关241断电时，第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232在第一弹性件242和第二弹性件243的作用力下相互对接。当电磁开关241 通电，活动部与固定部吸合，第一定位件244带动第一末端执行器对接件231向固定部运动，从而使得第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232 解除对接，而此时第一定位件244带动所述第一末端轴对接件221运动到正好与第二末端轴对接件222实现对接，从而实现了转换单元2分别与末端轴3和末端执行器4的转换连接。

如图2所示，在一些优选实施例中，为防止第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232随意的移动，可以在末端轴3的内壁上径向形成与第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232对应的限位台阶33，这样由于限位台阶33限位，可以对第一末端执行器对接件231和第二末端执行器对接件232对接的位置进行限定。

需要说明的是，由于根据上面实施例所述，由于驱动单元通过连接部连接第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件，而驱动单元沿轴向固定设置，因此为适应第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件在控制部的控制下可沿上述相对方向往返运动的设置，可以采用以下几种情况实现：

1、连接部21一端与第一末端轴对接件221和第一末端执行器对接件231固定连接，而连接部21的另一端与驱动单元1沿轴向可相对运动的连接；

2、连接部21的一端与驱动单元1固定连接，而连接部21的另一端与第一末端轴对接件221和第一末端执行器对接件231之间沿轴向可相对运动的连接。

3、根据上面实施例所示，当第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件中的一个通过另一个与连接部连接时，还可以通过在第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件之间设置弹性件实现。

在一些优选实施例中，为实现上述目的，连接部21可以选择弹性连轴器。

在一些实施例中，如上面所述，当所述第一末端轴对接件221和第二末端轴对接件222采用传动方式的对接结构，所述末端轴3设置成只可以轴F为中心可转动的设置，这样转换单元2完成与末端轴3对接后，驱动单元1通过连接部2 可驱动末端轴3以中心轴F为中心转动。所述末端轴3形成以轴F为中心可转动的设置，可以采用各种方式实现。

如图2所示，在一些实施例中，制动单元5固定设置，末端轴3通过转轴L 可转动的连接制动单元5；制动单元5可以通过各种方式通过对转轴L的制动实现对末端轴3的制动。

需要说明的是，制动单元5固定设置可以采用各种方法，比如：固定在驱动单元的定子或定子相连的马达的外壳上(图未示意出)等等。

如图6所示，本发明实施例还提供一种上面实施例所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法,所述方法包括如下步骤：

S101,控制所述转换单元与所述末端轴对接。

为实现控制所述转换单元与末端轴对接，根据上面实施例所述，控制转换单元的电磁开关通电，活动部与固定部吸合，此时第一定位件带动所述第一末端轴对接件与第二末端轴对接件实现对接。

S102,控制所述驱动单元驱动所述末端轴,进而带动所述末端执行器向目标位置运动；

需要说明的是根据末端轴运动的路线，计算下一时刻末端轴运动的下一时刻位置信息，根据下一时刻位置信息计算驱动单元具体的驱动量(该运动量不仅包括末端执行器和末端轴组件的驱动单元，还需要结合机器人的其他驱动单元共同分析计算得出)，从而控制末端轴驱动单元以及其它驱动单元按照各个计算的驱动量驱动，所述运动路线可以是预先存储的，也可以是实时生成的，下面会进一步详细说明。

S103判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置；S104若是，控制所述转换单元与所述末端执行器对接，以使所述驱动单元驱动所述末端执行器，同时控制所述制动单元制动所述末端轴。

需要说明的是，判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置可以采用各种方法。

比如，可以预先通过存储器存储需要运动到的具体目标位置的目标位置信息(即坐标信息)并根据当前位置信息和目标位置信息计算末端执行器运动到目标位置的运动路线，则处理器获取该运动路线，控制组件按照预先存储的运动路线运动到目标位置。

或者还可以通过传感器获取末端执行器的当前位置信息，根据获取的当前位置信息判断是否到达目标位置，具体如下：

所述传感器可以包括图像传感器或位置传感器，比如：通过图像传感器获取包括末端执行器的图像，发送给处理器，处理器经过对图像的解析，获取目标物体的当前位置信息(即坐标信息)，判断末端执行器的当前位置信息(坐标信息)与目标位置信息是否一致，若一致，则判断末端执行器运动到目标位置；或者，在目标位置处设置位置传感器，当位置传感器监测到末端执行器时，发出监测信号给处理器。

需要说明的是，为实现控制所述转换单元与所述末端执行器对接，根据上面实施例所述，控制电磁开关断电，第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件在第一弹性件和第二弹性件的作用力下相互对接。

S105,控制驱动单元驱动末端执行器完成操作。

有关末端执行器和末端轴组件的控制方法参见上面实施例,在此不再详细赘述。

在一些实施例中,还提供一种机器人的控制方法，所述机器人的控制方法包括上面所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法。

有关末端执行器和末端轴组件的控制方法参见上面实施例,在此不再详细赘述。

图7A-7B为本发明另一实施例提供的末端执行器和末端轴组件的结构框图, 其中，图7A为转换单元与末端执行器对接时的结构框图，图7B为转换单元与末端轴对接时的结构框图。

如7A、7B所示，在一些实施例中，所述末端执行器和末端轴组件还包括处理器6、存储器7以及存储在所述存储器7中并可在所述处理器6上运行的计算机程序70。所述处理器藕接所述转换单元2和控制单元5。所述处理器6在工作时执行所述计算机程序70实现上述末端执行器和末端轴组件的控制方法实施例中的步骤，例如图6所示的步骤S101至S105。

在一些优选实施例中，所述末端执行器和末端轴组件还包括传感器，所述处理器还藕接所述传感器，所述处理器在工作时执行步骤S103判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置可以包括：获取末端执行器的当前位置信息，根据所述当前位置信息，判断所述末端执行器是否到达目标位置。具体的判断方法参见上面实施例中所述，在此不再重复赘述。

有关末端执行器和末端轴组件的其他部分的描述参见上面的实施例，在此不再重复赘述。

在一些实施例中，本发明实施例还提供一种机器人(图未示意出)，所述机器人包括上面任意实施例所述的末端轴和末端执行器驱动组件。

所述末端执行器和末端轴组件参见上面实施例的描述，在此不再重复赘述。

示例性的，所述计算机程序是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可以是所述终端内置的存储设备，例如硬盘或内存。所述存储器7也可以是所述末端执行器和末端轴组件的外部存储设备，例如所述末端执行器和末端轴组件上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器7还可以既包括所述末端执行器和末端轴组件的内部存储单元，也包括外部存储设备。所述存储器7用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器7还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本领域技术人员可以理解，图1A-1B、图2、7A-7B仅仅是末端轴及末端执行器组件的示例，并不构成对末端轴及末端执行器组件的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

当元件被表述“设置在”另一个元件上，它可以固定于另一个元件上，或者相对另一个元件可活动的连接。当一个元件被表述“固定设置”、“固定连接”，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”它可以是固定连接，也可以是可活动的连接。本说明书使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。

本文术语中“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B,可以表示单独存在A,同时存在A和B,单独存在 B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明的权利要求书和说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等(如果存在)是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如：包括了一系列步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或者模块，而是包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其它步骤或模块。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的结构和模块并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明实施例所提供的一种末端执行器和末端轴组件、机器人及控制方法进行了详细介绍，但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，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述末端执行器和末端轴组件包括驱动单元、转换单元、末端轴、末端执行器和制动单元；

所述驱动单元连接所述转换单元，通过所述转换单元的转换分别驱动所述末端轴运动和所述末端执行器运动；

所述末端执行器可相对运动的连接所述末端轴，使得所述末端轴可带动所述末端执行器同步运动；

所述制动单元，用于当所述末端执行器在所述转换单元的驱动下运动时，制动所述末端轴，以使所述末端轴不跟随所述末端执行器运动。

2.根据权利要求1所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述转换单元包括连接部、末端执行器对接部、末端轴对接部和控制部；所述末端轴对接部包括相互配合的第一末端轴对接件和第二末端轴对接件；所述末端执行器对接部包括相互配合的第一末端执行器对接件和第二末端执行器对接件；

所述连接部分别连接所述驱动单元和所述第一末端轴对接件以及所述第一末端执行器对接件；

所述第二末端轴对接件连接所述末端轴；

所述第二末端执行器对接件连接所述末端执行器；

所述控制部，用于控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件对接或解除对接，以及控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件对接或解除对接。

3.根据权利要求2所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件对接或解除对接包括控制所述第一末端轴对接件和所述第二末端轴对接件沿彼此相对的第一相对方向可相对往返运动；以及

控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件对接或解除对接包括控制所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件沿彼此相对的第二相对方向可相对往返运动。

4.根据权利要求3所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述驱动单元轴向固定设置，所述第二末端轴对接件和第二末端执行器对接件固定设置，所述第一末端轴对接件和第一末端执行器对接件分别沿所述第一方向和所述第二方向往返运动的设置；

所述连接部一端与所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件固定连接，所述连接部的另一端与所述驱动单元可轴向相对运动的连接；或

所述连接部的一端与所述驱动单元固定连接，所述连接部的另一端与所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件沿轴向可相对运动的连接；或

当所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件中的一个通过另一个与所述连接部连接时，所述第一末端轴对接件和所述第一末端执行器对接件之间设置第三弹性件。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述末端执行器对接部或末端轴对接部包括固定方式的对接结构或传动方式的对接结构。

6.根据权利要求2-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述控制部包括至少一个开关和/或至少一个弹性件。

7.根据权利要求2-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述控制部包括所述开关和所述弹性件；所述开关为电磁开关，所述电磁开关包括固定部和活动部；所述弹性件包括第一弹性件和第二弹性件；所述第一定位件包括第一侧和第二侧；

所述第一末端执行器对接件和所述第一侧间隔第一距离固定连接，所述第一弹性件设置在所述第一末端执行器对接件和所述第一侧之间形成第一预应力；所述第二末端执行器对接件和所述第二定位件间隔第二距离相对固定设置，所述第二弹性件设置在所述第二末端执行器对接件和所述第二定位件之间形成第二预应力，使得所述第一末端执行器对接件和所述第二末端执行器对接件形成固定方式的对接；

所述第一末端轴对接件设置在所述第一末端执行器对接件的对应所述第一定位件的同侧；

所述第二侧上设置所述活动部，所述活动部与所述固定部间隔第三距离设置，所述第三距离保证当所述活动部与所述固定部吸合，所述活动部带动所述第一末端轴对接件与所述第二末端轴对接件对接。

8.根据权利要求2-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述连接部包括弹性联轴器。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述末端执行器可相对运动的连接所述末端轴包括所述末端执行器可相对旋转的连接所述末端轴或所述末端执行器可相对线性运动的连接所述末端轴。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述末端执行器包括：传动部、至少一个手指、输入部和导向部；

所述传动部对应所述至少一个手指的端面形成螺旋形的第一导向结构；

所述至少一个手指对应所述第一导向结构的端面形成与所述一导向结构相配合的第二导向结构；

所述导向部沿径向上设置至少一个与所述至少一个手指宽度相配合的供所述手指穿越的导向槽；

所述至少一个手指沿径向的至少部分外缘形成与所述导向槽配合的限位台，所述限位台用于在轴向方向限制所述至少一个手指的运动；

所述导向部固定设置在所述末端轴上；

所述输入部分别连接所述驱动单元和所述传动部。

11.根据权利要求5所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，当所述末端轴对接部采用传动方式的对接结构；所述末端轴只可转动的设置。

12.根据权利要求1、2、3、4或11所述的末端执行器和末端轴组件，其特征在于，所述末端执行器和末端轴组件还包括处理器；

所述处理器藕接所述转换单元和所述控制单元，所述处理器在工作时控制所述转换单元与所述末端轴对接；控制所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器向目标位置运动；判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置；若是，控制所述转换单元与所述末端执行器对接，同时控制所述制动单元制动所述末端轴；控制驱动单元驱动末端执行器完成操作。

13.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求1-12任意一项所述的末端执行器和末端轴组件。

14.一种权利要求1-11任意一项所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法，其特征在于，所述末端执行器和末端轴组件的控制方法包括：

控制所述转换单元与所述末端轴对接；

控制所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器向目标位置运动；

判断所述驱动单元驱动所述末端轴带动所述末端执行器是否运动到目标位置；若是，控制所述转换单元与所述末端执行器对接，同时控制所述制动单元制动所述末端轴；

控制驱动单元驱动末端执行器完成操作。

15.一种机器人的控制方法，其特征在于，所述机器人的控制方法包括权利要求14所述的末端执行器和末端轴组件的控制方法。