CN112025751A - 一种多自由度的包络式新型机械爪 - Google Patents

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傅武杰
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors

Abstract

一种多自由度的包络式新型机械爪属于机械手结构设计技术领域,目的在于解决现有技术存在的包络不完全、结构过于复杂导致联动性差以及机械爪的抓取精度与可靠性型差的问题。本发明包括:大臂单元;一端和大臂单元的一端转动铰接的小臂单元;和小臂单元的另一端连接的底座单元,底座单元至少包括相对转动的下底座和上底座,下底座和上底座均为n边形结构;以及包络单元,包络单元包括n个结构相同的包络爪,每个包络爪包括包络本体以及传动单元,包络本体一端和上底座的一个边连接,传动单元的一端和下底座的一个边连接,底座单元通过n个传动单元带动n个包络本体扭曲张开或闭合,n个包络爪的包络本体完全包络状态时,拼接形成球状包络体。

Description

一种多自由度的包络式新型机械爪
技术领域
本发明属于机械手结构设计技术领域,具体涉及一种多自由度的包络式新型机械爪。
背景技术
随着科技的发展,现代生产劳动中机械手的作用越来越大,它们有着不怕危险、抓取力量比人手力大、易实现自动控制和抓取精准等优点,因此被广泛用于替代人来进行陆地实物(工件、包裹、商品)的抓取、及海洋经济作物(海参、海胆、扇贝)的捕捞等。
然而,绝大多数现存机械爪由于爪形设计和各机械指无法联动控制等原因,存在着抓取面积小、包络不完全、抓取不精确、夹取不稳固、传动不稳定等缺陷。如公开号CN104858883B和CN104858884B中所述的包络式机械爪,虽然均具有一定的包络夹取能力,但包络不完全,且结构过于复杂导致联动性差,从而限制了机械爪的抓取精度与可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提出一种多自由度的包络式新型机械爪,解决现有技术存在的包络不完全、结构过于复杂导致联动性差以及机械爪的抓取精度与可靠性型差的问题。
为实现上述目的,本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪包括:
大臂单元;
一端和所述大臂单元的一端转动铰接的小臂单元;
和所述小臂单元的另一端连接的底座单元,所述底座单元至少包括相对转动的下底座和上底座,所述下底座和所述上底座均为n边形结构;
以及包络单元,所述包络单元包括n个结构相同的包络爪,每个所述包络爪包括包络本体以及传动单元,所述包络本体一端和所述上底座的一个边连接,所述传动单元的一端和所述下底座的一个边连接,包络本体和上底座连接的边与传动单元和下底座连接的边相对,底座单元通过n个传动单元带动n个包络本体扭曲张开或闭合,n个包络爪的包络本体完全包络状态时,拼接形成球状包络体。
所述底座单元还包括连接在所述上底座和下底座之间的支撑轴以及固定在所述下底座上的电机,所述电机的输出轴和所述上底座连接。
所述包络本体包括:n个顺次转动连接的五边形爪掌以及和一端的一个五边形爪掌可拆卸连接的三角爪头;n个顺次转动连接的五边形爪掌的另一端通过一个连接杆和上底座转动连接。
所述传动单元包括:n个通过球铰顺次连接的传动杆,n个传动杆分别通过连接轴和n个五边形爪掌的外表面中部连接。
所述n的取值为:n≥5。
所述n的取值为5。
所述包络本体包括:
第二五边形爪掌,所述第二五边形爪掌的一个边通过一个连接杆和所述上底座的一个边转动连接;
第一五边形爪掌,所述第一五边形爪掌的一个边通过一个连接杆和所述第二五边形爪掌的一个边转动配合,所述第二五边形爪掌和所述第一五边形爪掌连接的边以及和上底座连接的边不相邻;
以及三角爪头,所述三角爪头的一个边通过一个连接杆和所述第一五边形爪掌的一个边可拆卸连接,角度为138°,所述第一五边形爪掌和所述第二五边形爪掌连接的边以及和三角爪头连接的边不相邻。
所述第一五边形爪掌和第二五边形爪掌均为镂空网状结构。
所述传动单元包括:
三角传动板,所述三角传动板的一个边通过一个连接杆和所述下底座的一个边转动配合;
一端和所述三角传动板的一个角通过第二球铰连接的第二传动杆,所述三角传动板和所述第二传动杆连接的角与三角传动板和下底座连接的边相对;
第二连接轴,所述第二连接轴一端和所述第二传动杆中部连接,另一端和所述第二五边形爪掌外表面中间连接;
一端和所述第二传动杆通过第一球铰连接的第一传动杆;
以及第一连接轴,所述第一连接轴和所述第一传动杆侧面靠近另一端位置连接,另一端和所述第一五边形爪掌外表面中间连接。
所述大臂单元为大臂连杆;所述小臂单元为小臂连杆。
本发明的有益效果为:本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪大臂单元和小臂单元通过外加驱动装置,可实现机械臂末端即包络单元位置的改变;通过底座单元内置电机的运转,从而带动底座单元中上底座进行回转运动,实现包络单元处动力的输入;包络单元的第一五边形爪掌与第二五边形爪掌在上底座的回转运动下转动,实现抓取的动作;传动单元与包络本体配合运动,实现机械爪的稳定运行。采用大臂单元、小臂单元、包络单元实现了空间多自由度的控制范围;采用包络式机械爪形,结构极其简单,因此加工与装配成本很低;由于独特的设计,爪型抓取面积大,各包络单元可实现高度同步联动;采用镂空的网状式五边形爪掌结构,减少工作阻力和机构自重;采用传动单元的双连杆以及球铰部件,增强传动稳定性和精确度;仅需单一驱动,即可通过五组包络单元实现机械爪的大范围开合运动,避免了复杂控制算法等难题;应用前景广泛,可适用于各类陆地物品(工件、包裹、商品)及海洋产品(海参、海胆、扇贝)的抓取作业。本发明的机械爪结构设计新颖、工作阻力小、自重轻、多自由度、运动高度平稳、抓取准确度极高,开合范围大、装配及加工难度低、抓取精度与可靠度高、且可完全包络被抓取物。
附图说明
图1为本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪整体结构示意图;
图2为本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪包络单元及底座单元结构示意图;
图3为本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪中每个包络爪结构示意图;
其中:1、大臂单元,2、小臂单元,3、底座单元,301、上底座,302、下底座,303、支撑轴,304、电机,4、包络单元,401、第二五边形爪掌,402、第一五边形爪掌,403、三角爪头,404、三角传动板,405、第二球铰,406、第二传动杆,407、第二连接轴,408、第一球铰,409、第一传动杆,410、第一连接轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图1-附图3,本发明的一种多自由度的包络式新型机械爪包括:
大臂单元1;
一端和所述大臂单元1的一端转动铰接的小臂单元2;
和所述小臂单元2的另一端连接的底座单元3,所述底座单元3至少包括相对转动的下底座302和上底座301,所述下底座302和所述上底座301均为n边形结构;
以及包络单元4,所述包络单元4包括n个结构相同的包络爪,每个所述包络爪包括包络本体以及传动单元,所述包络本体一端和所述上底座301的一个边连接,所述传动单元的一端和所述下底座302的一个边连接,包络本体和上底座301连接的边与传动单元和下底座302连接的边相对,底座单元3通过n个传动单元带动n个包络本体扭曲张开或闭合,n个包络爪的包络本体完全包络状态时,拼接形成球状包络体。
大臂单元1相对机械手搭载机体拥有一个转动自由度,小臂单元2相对于大臂单元1连接处拥有一个转动自由度,底座单元3相对于小臂单元2末端拥有一个回转自由度。此外,包络单元4中的传动单元可通过底座单元3中上底座301的回转实现同步张开与闭合运动。大臂单元1与小臂单元2通过外加驱动装置实现关节处的转动,通过控制底座单元3的内置电机304可以实现抓取作业的动力输出,包络单元4用于与对操作对象直接接触,提供包络力。
所述底座单元3还包括连接在所述上底座301和下底座302之间的支撑轴303以及固定在所述下底座302上的电机304,所述电机304的输出轴和所述上底座301连接。
所述包络本体包括:n个顺次转动连接的五边形爪掌以及和一端的一个五边形爪掌可拆卸连接的三角爪头403;n个顺次转动连接的五边形爪掌的另一端通过一个连接杆和上底座301转动连接。
所述传动单元包括:n个通过球铰顺次连接的传动杆,n个传动杆分别通过连接轴和n个五边形爪掌的外表面中部连接。
所述n的取值为:n≥5。
本实施例中,所述n的取值为5。
本实施例中,所述包络本体包括:
第二五边形爪掌,所述第二五边形爪掌401的一个边通过一个连接杆和所述上底座301的一个边转动连接;
第一五边形爪掌402,所述第一五边形爪掌402的一个边通过一个连接杆和所述第二五边形爪掌401的一个边转动配合,所述第二五边形爪掌401和所述第一五边形爪掌402连接的边以及和上底座301连接的边不相邻;
以及三角爪头403,所述三角爪头403的一个边通过一个连接杆和所述第一五边形爪掌402的一个边可拆卸连接,角度为138°,所述第一五边形爪掌402和所述第二五边形爪掌401连接的边以及和三角爪头403连接的边不相邻。
所述第一五边形爪掌402和第二五边形爪掌401均为镂空网状结构。
本实施例中,所述传动单元包括:
三角传动板404,所述三角传动板404的一个边通过一个连接杆和所述下底座302的一个边转动配合;
一端和所述三角传动板404的一个角通过第二球铰405连接的第二传动杆406,所述三角传动板404和所述第二传动杆406连接的角与三角传动板404和下底座302连接的边相对;
第二连接轴407,所述第二连接轴407一端和所述第二传动杆406中部转动铰接,另一端和所述第二五边形爪掌401外表面中间固定连接;
一端和所述第二传动杆406通过第一球铰408连接的第一传动杆409;
以及第一连接轴410,所述第一连接轴410和所述第一传动杆409侧面靠近另一端位置转动铰接,另一端和所述第一五边形爪掌402外表面中间固定连接。
本实施例中,主要结构件尺寸如表一所示:
表一
所述大臂单元1、小臂单元2为相似的两部分,大臂单元1包括大臂连杆,小臂单元2包括小臂连杆,使用时,通过外加驱动装置如舵机,便可实现分别带动大臂连杆小臂连杆做回转运动,从而满足空间多自由度的工作范围。
包络单元4的每一单一包络爪,当电机304启动后,电机304带动与之连接的上底座301做回转运动,完成包络爪处动力的输入,可实现每一包络爪进行同步的张开与闭合运动。
当上底座301在电机304的驱动下进行逆时针回转运动时,上底座301通过连接杆带动第二五边形爪掌401转动,第二五边形爪掌401转动的同时,通过传动单元的各零部件力的传递,从而带动第一五边形爪掌402与第二五边形爪掌401做翻转运动,三角爪头403在第一五边形爪掌402的带动下翻合,使五个联动包络爪同步实施包络式的抓取动作。
本实施例中,传动单元的第一传动杆409与第一五边形爪掌402固定连接,第二传动与第二五边形爪掌401固定连接,当第一五边形爪掌402和第二五边形爪掌401转动时,第一传动杆409与第二传动杆406均进行转动联动,第一球铰408与第二球铰405保证第一传动杆409与第二传动杆406之间运动的配合;当第二传动杆406转动时,通过第二球铰405带动三角传动板404转动,三角传动板404的一端与下底座302形成转动副,三角传动板404与下底座302的连接保证了机械爪的稳定性。

Claims (10)

1.一种多自由度的包络式新型机械爪,包括:
大臂单元(1);
一端和所述大臂单元(1)的一端转动铰接的小臂单元(2);
其特征在于,还包括:
和所述小臂单元(2)的另一端连接的底座单元(3),所述底座单元(3)至少包括相对转动的下底座(302)和上底座(301),所述下底座(302)和所述上底座(301)均为n边形结构;
以及包络单元(4),所述包络单元(4)包括n个结构相同的包络爪,每个所述包络爪包括包络本体以及传动单元,所述包络本体一端和所述上底座(301)的一个边连接,所述传动单元的一端和所述下底座(302)的一个边连接,包络本体和上底座(301)连接的边与传动单元和下底座(302)连接的边相对,底座单元(3)通过n个传动单元带动n个包络本体扭曲张开或闭合,n个包络爪的包络本体完全包络状态时,拼接形成球状包络体。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述底座单元(3)还包括连接在所述上底座(301)和下底座(302)之间的支撑轴(303)以及固定在所述下底座(302)上的电机(304),所述电机(304)的输出轴和所述上底座(301)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述包络本体包括:n个顺次转动连接的五边形爪掌以及和一端的一个五边形爪掌可拆卸连接的三角爪头(403);n个顺次转动连接的五边形爪掌的另一端通过一个连接杆和上底座(301)转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述传动单元包括:n个通过球铰顺次连接的传动杆,n个传动杆分别通过连接轴和n个五边形爪掌的外表面中部连接。
5.根据权利要求4所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述n的取值为:n≥5。
6.根据权利要求5所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述n的取值为5。
7.根据权利要求6所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述包络本体包括:
第二五边形爪掌,所述第二五边形爪掌(401)的一个边通过一个连接杆和所述上底座(301)的一个边转动连接;
第一五边形爪掌(402),所述第一五边形爪掌(402)的一个边通过一个连接杆和所述第二五边形爪掌(401)的一个边转动配合,所述第二五边形爪掌(401)和所述第一五边形爪掌(402)连接的边以及和上底座(301)连接的边不相邻;
以及三角爪头(403),所述三角爪头(403)的一个边通过一个连接杆和所述第一五边形爪掌(402)的一个边可拆卸连接,角度为138°,所述第一五边形爪掌(402)和所述第二五边形爪掌(401)连接的边以及和三角爪头(403)连接的边不相邻。
8.根据权利要求7所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述第一五边形爪掌(402)和第二五边形爪掌(401)均为镂空网状结构。
9.根据权利要求7所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述传动单元包括:
三角传动板(404),所述三角传动板(404)的一个边通过一个连接杆和所述下底座(302)的一个边转动配合;
一端和所述三角传动板(404)的一个角通过第二球铰(405)连接的第二传动杆(406),所述三角传动板(404)和所述第二传动杆(406)连接的角与三角传动板(404)和下底座(302)连接的边相对;
第二连接轴(407),所述第二连接轴(407)一端和所述第二传动杆(406)中部连接,另一端和所述第二五边形爪掌(401)外表面中间连接;
一端和所述第二传动杆(406)通过第一球铰(408)连接的第一传动杆(409);
以及第一连接轴(410),所述第一连接轴(410)和所述第一传动杆(409)侧面靠近另一端位置连接,另一端和所述第一五边形爪掌(402)外表面中间连接。
10.根据权利要求1所述的一种多自由度的包络式新型机械爪,其特征在于,所述大臂单元(1)为大臂连杆,所述小臂单元(2)为小臂连杆。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2209863C (en) * 1996-07-16 2006-10-03 Universite Laval Underactuated mechanical finger with return actuation
JP2007237358A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd ロボットハンドおよびそのロボットハンドによる把持方法
CN104858883A (zh) * 2015-05-18 2015-08-26 天津大学 一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪
CN104858884A (zh) * 2015-05-18 2015-08-26 天津大学 一种可实现被动包络的固定手掌型柔性仿生机械手爪
WO2018091533A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-24 Robot Grader Aktiebolag A portioning device and a method for packaging of food products
CN209063081U (zh) * 2018-10-28 2019-07-05 厦门精图信息技术有限公司 一种智慧管廊机器人智能巡检综合管理系统
CN110076749A (zh) * 2019-03-01 2019-08-02 天津理工大学 一种仿水母磁控微型软体机器人及其制备方法和驱动方法
CN110304283A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 西北工业大学 一种空间碎片的被动式折叠包络抓捕机构
CN111360864A (zh) * 2020-04-26 2020-07-03 福州大学 一种面向水面漂浮垃圾抓取的机械爪及其工作方法
CN111390953A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 包络式欠驱动机器人手爪

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2209863C (en) * 1996-07-16 2006-10-03 Universite Laval Underactuated mechanical finger with return actuation
JP2007237358A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Nissan Motor Co Ltd ロボットハンドおよびそのロボットハンドによる把持方法
CN104858883A (zh) * 2015-05-18 2015-08-26 天津大学 一种可实现被动包络的可变手掌型柔性仿生机械手爪
CN104858884A (zh) * 2015-05-18 2015-08-26 天津大学 一种可实现被动包络的固定手掌型柔性仿生机械手爪
WO2018091533A1 (en) * 2016-11-15 2018-05-24 Robot Grader Aktiebolag A portioning device and a method for packaging of food products
CN209063081U (zh) * 2018-10-28 2019-07-05 厦门精图信息技术有限公司 一种智慧管廊机器人智能巡检综合管理系统
CN110076749A (zh) * 2019-03-01 2019-08-02 天津理工大学 一种仿水母磁控微型软体机器人及其制备方法和驱动方法
CN110304283A (zh) * 2019-06-27 2019-10-08 西北工业大学 一种空间碎片的被动式折叠包络抓捕机构
CN111390953A (zh) * 2020-03-23 2020-07-10 上海大学 包络式欠驱动机器人手爪
CN111360864A (zh) * 2020-04-26 2020-07-03 福州大学 一种面向水面漂浮垃圾抓取的机械爪及其工作方法

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