CN113524239A - 一种单驱动联动式可变形机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单驱动联动式可变形机械手爪，包括手指座、联动式手指组件和用于驱动联动式手指组件动作的抓手驱动装置；联动式手指组件包括多个手指关节和关节连杆；手指关节包括关节杆和以关节杆中点中心对称设置于关节杆两端的连接部；手指关节通过主连接孔依次首尾铰接形成链状结构；关节连杆铰接于相邻手指关节之间；联动式手指组件的首节手指关节和关节杆的内端均铰接于手指座；抓手驱动装置的推杆通过一连接件铰接于首节手指关节内端；本机械手爪使无人机能够吸附在不同形状及表面特征的物体上，同时该手爪具有质量轻、功耗低、噪声小、伸缩速度迅速和可控性好等特点，可克服无人机续航时间短、隐蔽性差、侦察效率低等问题。

Description

一种单驱动联动式可变形机械手爪

技术领域

本发明专利涉及无人机附属部件领域，具体涉及一种单驱动联动式可变形 机械手爪。

背景技术

无人机侦查收集军事信息在战场上具有至关重要的战略意义，采用士兵进 行侦查极其危险，而且效率低，实时性差，无人机侦察具有成本低、效益高和 隐蔽性强等诸多优势，更为适合担当起战场侦察这一重要角色。相较于地面移 动机器人存在着机动性与作业范围受限的问题，空中无人侦察具有作业范围广、 效率高、无时域限制、侦察地域控制灵活等优势，但现有无人机侦察系统普遍 存在续航能力低、易暴露，无法停靠侦察等问题，极大地影响了侦察效率。为 此，研制便于单兵携带、可吸附停靠(如树木、墙壁等)的微型无人侦察系统 可以从根本上解决续航能力差、侦察效率低等问题，对提升侦察能力、单兵作 战效率具有极其重要的军事价值和科学意义。

为提高无人机的续航能力和作业隐蔽性，目前公认比较可行的解决办法就 是让无人机能够停附，以维持长时间有效作业的能力。因此设计一种能适应不 同表面，不同形状且具有一定负载能力的抓手结构对于飞行抓附的成功具有重 要意义。

本发明设计了一种单驱动联动式机械手结构，通过研究动物手指关节联动 特点，设计了一款能够主动变形、张角范围大、可靠无人机自身质量达到自锁 目的及伸缩速度迅速的联动式机械手，该抓手能够较好适应自然环境中的复杂 吸附对象(树干、崖壁，不规则形状的物体等)。同时，具有质量轻，功耗低、 噪声小和可控性好等特点，可克服无人机侦查时续航时间短、隐蔽性差、侦察 效率低等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种可用于无人机侦查监视领域，安装在 无人机顶部的手爪结构，使无人机能够吸附在不同形状及表面特征的物体上， 同时该装置具有质量轻、功耗低、噪声小、伸缩速度迅速和可控性好等特点， 可克服续航时间短、隐蔽性差、侦察效率低等问题。

本发明的一种单驱动联动式可变形机械手爪，包括手指座、联动式手指组 件和用于驱动联动式手指组件动作的抓手驱动装置；所述联动式手指组件包括 多个手指关节和关节连杆；所述手指关节包括关节杆和以关节杆中点中心对称 设置于关节杆两端的连接部；所述连接部上设有主连接孔和副连接孔；所述手 指关节通过主连接孔依次首尾铰接形成链状结构；所述关节连杆铰接于相邻手 指关节的副连接孔之间；所述联动式手指组件的首节手指关节和关节杆的内端 均铰接于手指座；所述抓手驱动装置通过一推杆输出往复直线运动，所述推杆 通过一连接件铰接于首节手指关节内端的副连接孔；

进一步，所述联动式手指组件和手指座一一对应设置有多个，并绕抓手驱 动装置的推杆轴线分布；

进一步，所述手指关节的关节杆沿其纵向设有条形减重孔；末节手指关节 的外端形成手爪；所述手爪上分布有倒刺；

进一步，所述联动式手指组件和手指座一一对应设置有四个，其分别为两 相对设置的固定手指组件和固定手指座以及两相对设置的活动手指组件和活动 手指座；所述活动手指组件和活动手指座通过变位驱动装置带动绕推杆轴线转 动；所述变位驱动装置包括固定于抓手驱动装置侧部的电机，所述电机通过齿 轮副驱动所述活动手指座绕推杆轴线转动；

进一步，所述齿轮副包括固定于所述电机输出轴的主动齿轮以及一体成型 于所述活动手指座的的半圆齿圈；

进一步，所述手指座包括外套于所述推杆的座圈、固定于所述座圈的支撑 臂以及弹性连接于所述支撑臂上用于与所述联动式手指组件铰接的手指支架。

本发明的有益效果：

1：联动式手指组件设置四个：采用多关节制成的联动式手指组件结构，该 结构具有一定的柔性，能适应不同表面形状达到抓取的目的，手指在收缩的同 时可以形成一个圆弧状的曲线运动轨迹，对于不规则物体也具有很好的适应性。

2：联动式手指组件可实现180°的张角：该手指在张开状态时可实现180° 的平角状态，这样对于无人机工作抓取时提高了条件适应性。

3：手指组件关节采用联动机构。该手指的手指关节之间采用联动机构，即 关节的运动关系为第一个连接抓手驱动装置推杆的关节随着推杆运动并转动一 定角度的同时，第二个关节在第一个运动的基础上以同样的速度和角度伸缩， 依次叠加，即可以达到快速伸缩的效果，在无人机工作状态下对于手爪的敏捷 度有很高要求，这个机构有效的提高了无人机的可靠性和安全性。

4：四个联动式手指组件可实现“四指均布”状态与“对指分布”状态的变 形以适应不同形态的抓取对象。该机械手具有两个主动自由度，其中第一个自 由度采用电动推杆结构，能够带动四个手爪闭合张开，实现抓取释放的动作； 第二个自由度采用齿轮传动结构，能够实现两个固定手指绕推杆轴线的主动旋 转，从而实现“四指均布”状态和“对指分布”状态之间的变形，以抓取不同 形态的抓取对象，“四指均布”状态可以抓附在类似球形、正方体及不规则多 面体等的结构上，“对指分布”状态可以抓附在柱状等抓取对象上。

5：联动式手指组件末端的爪子可以增强抓持可靠性。手爪上分布类似仿生 倒刺结构，尾部的倒刺可增强抓持的可靠性，可以在抓附物体时可嵌入表层一 定深度，防止无人机手爪下滑，同时可以钩在不规则物体表面的凸起部分，若 抓取对象表面较软时可以稍微嵌入被抓附物体，从而提高抓持的可靠性。

6：与手指铰接的手指支架通过弹簧与连接臂弹性连接，具有减震及自锁作 用。弹簧本身具有减震作用，当爪子抓住后无人机不工作时会有自重而下坠， 此时会拉紧弹簧，此时机械手会达到一个自锁的作用。从而保证手爪的稳定性 和安全性、可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部放大图；

图3为最末节手指关节的结构示意图；

图4为其余手指关节的结构示意图；

图5为联动式手指组件的主视图；

图6为联动式手指组件的轴测图；

图7为联动式手指组件呈180°张角的示意图；

图8为本发明呈“四指均布”状态的示意图；

图9为本发明呈“对指分布”状态的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的一种单驱动联动式可变形机械手爪，包括四个一 一对应设置的手指座和联动式手指组件、用于驱动联动式手指组件动作的抓手 驱动装置；

如图3-6所示，所述联动式手指组件包括多个手指关节和关节连杆；所述 手指关节包括关节杆和以关节杆中点中心对称设置于关节杆两端的连接部；所 述连接部上设有主连接孔和副连接孔；所述手指关节通过主连接孔依次首尾铰 接形成链状结构；所述关节连杆铰接于相邻手指关节的副连接孔之间；如图可 知，相邻两个手指关节的连接部和铰接于两连接部之间的关节连杆可共同构成 曲柄摇杆机构，整个链状的手指结构形成联动机构，首节手指关节和关节杆的 内端均铰接于手指座；所述抓手驱动装置为一电动推杆，该推杆上外套有驱动 环，该驱动环通过一连接件铰接于首节手指关节内端的副连接孔；因此，当首 节手指关节在推杆的带动下转动一定角度的同时，第二个关节在第一个运动的基础上以同样的速度和角度伸缩，此后的关节依次叠加，即可以达到快速伸缩 的效果。

本实施例中，所述手指关节的关节杆沿其纵向设有条形减重孔；如图3所 示，末节手指关节的外端形成手爪；所述手爪上分布有倒刺；手爪可以增强抓 持可靠性。手爪上分布类似仿生倒刺结构，可增强抓持的可靠性。

本实施例中，四个所述联动式手指组件和手指座分别为两相对设置的固定 手指组件和固定手指座以及两相对设置的活动手指组件和活动手指座；所述活 动手指组件和活动手指座通过变位驱动装置带动绕推杆轴线转动；所述手指座 包括外套于所述电动推杆的座圈、固定于所述座圈的支撑臂以及设置于所述支 撑臂上用于与所述手指体铰接的手指支架，支撑臂沿径向从座圈延伸出，其外 端形成有筒体，所述筒体内设有连接柱；所述手指支架固定于连接柱的上端， 连接柱下端外卡有弹簧座圈，该弹簧座圈与筒体下端面之间设有弹簧，通过弹 簧可实现减震及自锁作用。弹簧本身具有减震作用，当爪子抓住后，无人机不 工作时会有自重而下坠，此时会压缩弹簧，使联动式手指组件进一步合拢，以 达到自锁的作用。所述变位驱动装置包括固定于抓手驱动装置侧部的电机，所 述电机通过齿轮副驱动所述活动手指座绕推杆轴线转动；固定手指座的座圈固 定于电动推杆的缸体，而活动手指座的座圈转动外套于电动推杆的缸体，确保 两个活动手指能够绕推杆轴线自由转动；所述齿轮副包括固定于所述电机输出 轴的主动齿轮以及一体成型于所述活动手指座的的半圆齿圈；主动齿轮和半圆 齿圈相互啮合，需要活动手指切换位置时，电机带动主动齿轮转动，从而带动 两个活动手指座转动使其靠近或原理固定手指座进而实现四指均布或对指分布 状态(分别如图8和9所示)。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的 技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：包括手指座、联动式手指组件和用于驱动联动式手指组件动作的抓手驱动装置；所述联动式手指组件包括多个手指关节和关节连杆；所述手指关节包括关节杆和以关节杆中点中心对称设置于关节杆两端的连接部；所述连接部上设有主连接孔和副连接孔；所述手指关节通过主连接孔依次首尾铰接形成链状结构；所述关节连杆铰接于相邻手指关节的副连接孔之间；所述联动式手指组件的首节手指关节和关节杆的内端均铰接于手指座；所述抓手驱动装置通过一推杆输出往复直线运动，所述推杆通过一连接件铰接于首节手指关节内端的副连接孔。

2.根据权利要求1所述的一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：所述联动式手指组件和手指座一一对应设置有多个，并绕抓手驱动装置的推杆轴线分布。

3.根据权利要求2所述的一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：所述手指关节的关节杆沿其纵向设有条形减重孔；末节手指关节的外端形成手爪；所述手爪上分布有倒刺。

4.根据权利要求3所述的一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：所述联动式手指组件和手指座一一对应设置有四个，其分别为两相对设置的固定手指组件和固定手指座以及两相对设置的活动手指组件和活动手指座；所述活动手指组件和活动手指座通过变位驱动装置带动绕推杆轴线转动，所述变位驱动装置包括固定于抓手驱动装置侧部的电机，所述电机通过齿轮副驱动所述活动手指座绕推杆轴线转动。

5.根据权利要求4所述的一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：所述齿轮副包括固定于所述电机输出轴的主动齿轮以及一体成型于所述活动手指座的的半圆齿圈。

6.根据权利要求5所述的一种单驱动联动式可变形机械手爪，其特征在于：所述手指座包括外套于所述推杆的座圈、固定于所述座圈的支撑臂以及弹性连接于所述支撑臂上用于与所述联动式手指组件铰接的手指支架。

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