專利名稱：欠驅(qū)動末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種末端執(zhí)行器，具體地說是涉及一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
隨著新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機(jī)器人將成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主力軍。采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類型，并且末端執(zhí)行器是果蔬采摘機(jī)器人的重要組成部分，因此，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。與工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器相比，由于其作業(yè)對象和環(huán)境的柔嫩性、不規(guī)則性和復(fù)雜多變性特征，采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器具有明顯的特殊性和更高的智能化要求。末端執(zhí)行器對農(nóng)業(yè)發(fā)展起了巨大貢獻(xiàn)，但是還存在著一些缺陷(1)驅(qū)動源過多。 目前，傳統(tǒng)的末端執(zhí)行器都采用全驅(qū)動機(jī)構(gòu)。雖然，末端執(zhí)行器的自由度就越多，取動作更為靈活，抓取效果更好，但是手指和關(guān)節(jié)數(shù)量增多意味著驅(qū)動器數(shù)目增加，不僅導(dǎo)致控制困難，帶來傳動系統(tǒng)的復(fù)雜化，系統(tǒng)制造和維護(hù)成本增加，可靠性降低，能耗上升等負(fù)面影響。(2)通用性不強(qiáng)。末端執(zhí)行器的基本結(jié)構(gòu)取決于具體工作對象特性及工作方式。在農(nóng)作物生產(chǎn)體系中，果蔬形體差異很大，即使是同一品種，其個(gè)體大小和形狀也不完全相同。 因此，采摘機(jī)器人只能對一種果實(shí)進(jìn)行收獲，并且果實(shí)應(yīng)該大小、形狀相差不大，致使采摘機(jī)器人效率難以提高的主要原因，也是制約采摘機(jī)器人未來發(fā)展與應(yīng)用推廣的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之外，本發(fā)明的目的是提供一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器，其通用性強(qiáng)的欠驅(qū)動機(jī)械手，具有負(fù)載能力強(qiáng)、驅(qū)動元件少、控制較簡單、采摘效率和成功率
高的裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明包括二只結(jié)構(gòu)相同手指、底座和手掌部分；每個(gè)手指部分的第一指節(jié)與第二指節(jié)的一端通過第一關(guān)節(jié)鉸接，第二指節(jié)的另一端與手掌上連接板通過第二關(guān)節(jié)鉸接；底座部分的電機(jī)安裝在手掌下連接板，電機(jī)軸與移動板同軸螺紋傳動連接，兩根移動推桿的一端分別固定在移動板的兩端；兩根移動推桿的另一端與各自耦合連桿的一端鉸接；手掌部分的手掌上連接板和手掌下連接板兩側(cè)分別用連接圓桿連接；每個(gè)手指的三角形驅(qū)動桿的中間孔與底座之間連接是通過各自耦合連桿的另一端鉸接；底座的電機(jī)與手掌的下連接板通過螺栓固定；每個(gè)手指與手掌是通過手指的第二關(guān)節(jié)與手掌上連接板鉸接；其特征在于第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過差分機(jī)構(gòu)驅(qū)動兩個(gè)手指的開合。所述每個(gè)手指的二指節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它均由精確捏取機(jī)構(gòu)和包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)組成。精確捏取機(jī)構(gòu)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿、一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿、第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿和第二指節(jié)構(gòu)成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間；第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的另一端與一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿的一端鉸接，一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿的另一端與第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的一端鉸接，第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的另一端與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)鉸接。包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿、一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿、三角形驅(qū)動桿和第二指節(jié)構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間，第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿的另一端與一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿的一端鉸接，一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿的另一端與三角形驅(qū)動桿的外側(cè)孔鉸接，驅(qū)動桿的內(nèi)側(cè)孔與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)鉸接。所述電機(jī)安裝在手掌下連接板，電機(jī)輸出軸直接驅(qū)動安裝在移動板上，所述兩個(gè)耦合連桿與固定在移動板上兩個(gè)移動推桿形成移動副，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)驅(qū)動二個(gè)手指的開合的差分機(jī)構(gòu)。本發(fā)明具有的有益效果是
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、驅(qū)動器數(shù)目少、成本低、控制簡單、可靠性高、體積小而且可實(shí)現(xiàn)對物體形狀的自適應(yīng)抓取等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2是本發(fā)明的底座結(jié)構(gòu)原理示意圖3是本發(fā)明的欠驅(qū)動手指結(jié)構(gòu)原理示意圖中1、第一指節(jié)，2、第一關(guān)節(jié)，3、第二指節(jié)，4、第二關(guān)節(jié)，5、連接圓桿，6、耦合連桿，7、 手掌上連接板，8、精確捏取機(jī)構(gòu)，9、包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)，10、限位板，11、移動推桿，12、電機(jī)，13、 手掌下連接板，14、移動板，15、第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿，16、一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿，17第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿，18、一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿，19、三角形驅(qū)動桿。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明包括二只結(jié)構(gòu)相同手指、手掌部分和底座；每個(gè)手指部分的第一指節(jié)1與第二指節(jié)3的一端通過第一關(guān)節(jié)2鉸接，第二指節(jié)3的另一端與手掌上連接板 7通過第二關(guān)節(jié)4鉸接；底座部分的電機(jī)12安裝在手掌下連接板13，電機(jī)軸與移動板14同軸螺紋傳動連接，兩根移動推桿11的一端分別固定在移動板的兩端；兩根移動推桿11的另一端與各自耦合連桿6的一端鉸接；手掌部分的手掌上連接板7和手掌下連接板13兩側(cè)分別用連接圓桿5連接；每個(gè)手指的三角形驅(qū)動桿19的中間孔與底座之間連接是通過各自耦合連桿6的另一端鉸接；底座的電機(jī)12與手掌的下連接板13通過螺栓固定；每個(gè)手指與手掌是通過手指的第二關(guān)節(jié)4與手掌上連接板7鉸接；第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過差分機(jī)構(gòu)驅(qū)動兩個(gè)手指的開合。如圖1、圖2、圖3所示，所述每個(gè)手指的二指節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它均由精確捏取機(jī)構(gòu)和包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)組成；
精確捏取機(jī)構(gòu)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15、一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿16、第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿17和第二指節(jié)2構(gòu)成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間；第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)2與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15的另一端與一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿16的一端鉸接，一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿16的另一端與第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿17的一端鉸接，第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿17的另一端與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)4鉸接；
包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15、一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿18、三角形驅(qū)動桿19和第二指節(jié)2構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間，第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)2與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15 的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿15的另一端與一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿18的一端鉸接，一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿18的另一端與三角形驅(qū)動桿19的外側(cè)孔鉸接，三角形驅(qū)動桿19的內(nèi)側(cè)孔與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)4鉸接。如圖2所示，所述電機(jī)12安裝在手掌下連接板13，電機(jī)輸出軸直接驅(qū)動安裝在移動板14上，所述兩個(gè)耦合連桿與固定在移動板14上兩個(gè)移動推桿11形成移動副，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)驅(qū)動二個(gè)手指的開合的差分機(jī)構(gòu)，手掌下連接板螺栓固定限位板10，以限制移動板運(yùn)動行程。本發(fā)明的工作過程為分為包絡(luò)抓取和精確捏取
包絡(luò)抓取工作過程電機(jī)12驅(qū)動絲杠正轉(zhuǎn)，絲杠帶動移動板14向上運(yùn)動，移動板帶動移動推桿11向上移動，耦合連桿6跟隨運(yùn)動，驅(qū)動手指接近抓取物，第二指節(jié)3接觸到物體并被限制運(yùn)動，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，第一指節(jié)1繼續(xù)運(yùn)動，最后第一指節(jié)1與物體接觸，完成包絡(luò)抓取過程。精確捏取工作過程電機(jī)12驅(qū)動絲杠正轉(zhuǎn)，絲杠帶動移動板向上運(yùn)動，移動板12 帶動移動推桿11向上移動，耦合連桿跟隨運(yùn)動，驅(qū)動第一指節(jié)1和第二指節(jié)3平動接近物體，電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，第一指1和第二指節(jié)3繼續(xù)運(yùn)動，最后第一指節(jié)與1物體接觸，完成精確捏取過程。
權(quán)利要求
1.一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器，包括二只結(jié)構(gòu)相同手指、底座和手掌部分；每個(gè)手指部分的第一指節(jié)(1)與第二指節(jié)(3)的一端通過第一關(guān)節(jié)(2)鉸接，第二指節(jié)(3)的另一端與手掌上連接板(7)通過第二關(guān)節(jié)(4)鉸接；底座部分的電機(jī)(12)安裝在手掌下連接板(13)，電機(jī)軸與移動板(14)同軸螺紋傳動連接，兩根移動推桿(11)的一端分別固定在移動板的兩端；兩根移動推桿(11)的另一端與各自耦合連桿(6)的一端鉸接；手掌部分的手掌上連接板(7)和手掌下連接板(13)兩側(cè)分別用連接圓桿(5)連接；每個(gè)手指的三角形驅(qū)動桿(19) 的中間孔與底座之間連接是通過各自耦合連桿(6)的另一端鉸接；底座的電機(jī)(12)與手掌的下連接板(13)通過螺栓固定；每個(gè)手指與手掌是通過手指的第二關(guān)節(jié)(4)與手掌上連接板(7)鉸接；其特征在于第一關(guān)節(jié)和第二關(guān)節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過差分機(jī)構(gòu)驅(qū)動兩個(gè)手指的開合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器，其特征在于所述每個(gè)手指的二指節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，它均由精確捏取機(jī)構(gòu)(8)和包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)(9)組成；精確捏取機(jī)構(gòu)(8)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)、一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿(16)、第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(17)和第二指節(jié)(2)構(gòu)成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間；第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)(2)與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)的另一端與一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿(16)的一端鉸接，一二指節(jié)回轉(zhuǎn)耦合桿(16)的另一端與第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(17)的一端鉸接，第二指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(17)的另一端與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)(4)鉸接；包絡(luò)抓取機(jī)構(gòu)(9)，由第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)、一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿(18)、三角形驅(qū)動桿 (19)和第二指節(jié)(2)構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)置在兩指節(jié)之間，第二指節(jié)的第一關(guān)節(jié)(2)與第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)的一端鉸接，第一指節(jié)回轉(zhuǎn)桿(15)的另一端與一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿(18) 的一端鉸接，一二指節(jié)耦合驅(qū)動桿(18)的另一端與三角形驅(qū)動桿(19)的外側(cè)孔鉸接，三角形驅(qū)動桿(19)的內(nèi)側(cè)孔與第二指節(jié)的第二關(guān)節(jié)(4)鉸接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器，其特征在于所述電機(jī)(12) 安裝在手掌下連接板(13)，電機(jī)輸出軸直接驅(qū)動安裝在移動板(14)上，所述兩個(gè)耦合連桿與固定在移動板(14)上兩個(gè)移動推桿(11)形成移動副，實(shí)現(xiàn)一個(gè)電機(jī)驅(qū)動二個(gè)手指的開合的差分機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種欠驅(qū)動末端執(zhí)行器。其每個(gè)手指部分的第一、第二指節(jié)的一端通過第一關(guān)節(jié)鉸接，第二指節(jié)的另一端與手掌上連接板通過第二關(guān)節(jié)鉸接；底座部分的電機(jī)安裝在手掌下連接板與移動板連接，兩根移動推桿的一端分別固定在移動板的兩端；其另一端與各自耦合連桿的一端鉸接；手掌上、手掌下連接板兩側(cè)分別用圓桿連接；每個(gè)手指的三角形驅(qū)動桿的中間孔與底座之間連接是通過各自耦合連桿的另一端鉸接；底座的電機(jī)與手掌的下連接板固接；每個(gè)手指與手掌是通過手指的第二關(guān)節(jié)與手掌上連接板鉸接。兩關(guān)節(jié)之間集成欠驅(qū)動機(jī)構(gòu)，電機(jī)通過差分機(jī)構(gòu)驅(qū)動兩個(gè)手指的開合。本發(fā)明驅(qū)動器數(shù)目少、控制簡單、可靠性高可實(shí)現(xiàn)對物體形狀的自適應(yīng)抓取。
文檔編號B25J9/08GK102259340SQ20111019253
公開日2011年11月30日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者武傳宇, 潘孝業(yè), 胡挺 申請人:浙江理工大學(xué)