CN102729256B - 欠驱动采摘机械手末端执行器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置。包括结构相同的三个手指，传动机构，三块接触板，三根连杆，驱动杆和转动盘；每个手指具有三个关节，手指第一关节的一端均匀安装在转动盘上，每个手指都装有接触板。具体工作原理是：驱动杆在电机的驱动下移动，通过连杆带动3个手指相向运动闭拢，当手指上的接触板接触到果蔬时，果蔬会推动接触板滑动，驱动手指第二关节内部不完全齿轮运动，与之啮合的齿轮带动手指第三关节运动，接触板表面的力传感器测试到预定的抓取力时，将信号反馈给电机，控制驱动杆停止移动，电机再驱动转动盘转动，实现果蔬采摘。本发明可用于果蔬采摘作业，配合机器人其他装置实现高效高可靠性的采摘作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种末端执行器装置，尤其是涉及一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置。
背景技术
果蔬采摘作业是果蔬生产中最耗时、最费力的一个环节。为降低成本，提高劳动效率，果蔬采摘的自动化成为亟待解决的问题。目前末端执行器都需要单独动力源，多个动力设备协调作业，不仅使得末端执行器机构臃肿、自身过重，大大降低可采摘重量，产品可靠性不好保证。目前在国内外对果蔬采摘机械手末端执行器研究重点转移到欠驱动式手指，欠驱动手指是指驱动器的数目少于关节自由度的数目，欠驱动机械手具有简化控制、减轻重量、降低能耗及降低制作成本等优点，正因为它经济而且使装置机器更加轻便，因此受到研究者的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，是一套用于果蔬采摘的欠驱动机械手爪，整个末端执行器只采用一个电动机进行驱动，且以限制采摘接触力为目标进行设计。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括结构相同的三个手指，传动机构，三块接触板，三根连杆，驱动杆和转动盘；每个手指具有三个关节，分别为手指第一关节，手指第二关节，手指第三关节；手指第一关节的一端互成120度均匀固定安装在转动盘上，第一连杆的一端与手指第二关节铰接，第一连杆的另一端与驱动杆的一端铰接，驱动杆的另一端与传动机构连接；手指第二关节外侧内壁的底座与扇形齿轮的手柄铰接，第一齿轮与扇形齿轮啮合，第一齿轮通过连接杆与手指第三关节底端连接，手指第二关节内侧外壁的底座设有滑块，滑块与接触板中心轴连接，接触板中心轴与扇形齿轮的手柄铰接，扇形齿轮的手柄与手指第二关节外侧内壁间设有弹簧，接触板朝向中心一侧设有力传感器。
所述的传动机构为双向直线步进电机，双向直线步进电机主轴与驱动杆的另一端连接。
所述的传动机构包括步进电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、第二齿轮和齿条；步进电机同轴装有主动锥齿轮和第二齿轮，第二齿轮与安装在驱动杆上的齿条啮合，从动锥齿轮与套在转动盘孔中并与转动盘底面固接。
所述的传动机构包括步进电机、第一电磁离合器片、第二电磁离合器片和电磁丝杠秆；步进电机主轴上装有第二电磁离合器片和电磁丝杠，电磁丝杠上的第一电磁离合器片与驱动杆固接，电磁丝杠与驱动杆螺纹连接。
本发明具有的有益效果是：
本发明运用一个电机驱动三个爪，三个爪的动作一致，使用盘类装置安装，电机驱动杆作移动和转动两自由度，转动移动可分开运行也可同时运行，驱动机械手爪所完成的抓取动作。本发明结构简单，操作容易，运动灵活，安全可靠且成本低廉，可用于果蔬采摘作业，配合机器人其他装置实现高效高可靠性的采摘作业。
附图说明
图1是机械手末端执行器装配图。
图2是图1中I的内部结构放大图。
图3是锥齿轮-齿条传动图。
图4 是图3的右视图。
图5是是丝杠-离合器传动图。
图中：1、手指第一关节，2、手指第二关节，3、、手指第三关节，4、双向直线步进电机，5、接触板，6、铰链，7、第一连杆，8、驱动杆，9、转动盘，10、弹簧，11、第二连杆，12、滑块，13、底座，14、扇形齿轮，15第一齿轮，16、主动锥齿轮，17、从动锥齿轮，18、齿条，19、第二齿轮，20、步进电机，21、第一电磁离合器片，22、第二电磁离合器片，23、电磁丝杠，24、力传感器，25、抓取物。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对给本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明包括结构相同的三个手指，传动机构，三块接触板5，三根连杆7，驱动杆8和转动盘9；每个手指具有三个关节，分别为手指第一关节1，手指第二关节2，手指第三关节3；手指第一关节1的一端互成120度均匀固定安装在转动盘9上，第一连杆7的一端与手指第二关节2铰接，第一连杆7的另一端与驱动杆8的一端铰接，驱动杆8的另一端与传动机构连接；手指第二关节2外侧内壁的底座与扇形齿轮14的手柄铰接，第一齿轮15与扇形齿轮14啮合，第一齿轮15通过连接杆与手指第三关节3底端连接，手指第二关节2内侧外壁的底座设有滑块12，滑块12与接触板5中心轴连接，接触板5中心轴与扇形齿轮14的手柄铰接，扇形齿轮14的手柄与手指第二关节2外侧内壁间设有弹簧10，接触板5朝向中心一侧设有传感器24。
如图1所示，其传动机构为双向直线步进电机4，双向直线步进电机4主轴与驱动杆8的另一端连接。
如图3、图4所示，其传动机构包括步进电机20、主动锥齿轮16、从动锥齿轮17、第二齿轮19和齿条18；步进电机20同轴装有主动锥齿轮16和第二齿轮19，第二齿轮19与安装在驱动杆8上的齿条18啮合，从动锥齿轮17与套在转动盘9孔中并与转动盘9底面固接。
如图5所示，其传动机构包括步进电机20、第一电磁离合器片21、第二电磁离合器片22和电磁丝杠秆23；步进电机20主轴上装有第二电磁离合器片22和电磁丝杠23，电磁丝杠23上的第一电磁离合器片21与驱动杆8固接，电磁丝杠23与驱动杆8螺纹连接。
如图1、图2所示驱动方案是：
驱动杆8在双向直线步进电机4的直线运动驱动下，作直线移动带动第一连杆7运动，第一连杆7带动手指第二关节2和手指第三关节3相向运动，使手指闭拢，做夹持果蔬的动作。当接触板5接触果蔬时果蔬对接触板5有力的作用，推动接触板5的滑块12运动。滑块12运动带动第二连杆11运动，引起安装在手指第二关节2内的扇形齿轮14转动，带动与之啮合的第一齿轮15运动，与第一齿轮15固接的三个手指第三关节3相向运动，继续夹持果蔬。在接触板5表面装有力传感器24，当力达到要求值时将信号反馈给双向直线步进电机10，双向直线步进电机10停止直线移动，使整个夹持动作停止。然后双向直线步进电机10转动带动转动盘9转动，三个手指带动被抓果蔬转动，果蔬被扭下，完成摘取动作。双向直线步进电动机10是直线运动+转动一体化的步进电机，可以实现往复直线运动和转动，可以满足要求。
如图3、图4所示的驱动方案是：
步进电机20驱动同轴的主动锥齿轮16和第二齿轮19转动，第二齿轮19与安装在驱动杆8的齿条18啮合，带动驱动杆8移动；同时主动锥齿轮16带动从动锥齿轮17转动，从动锥齿轮17与转动盘9固接，转动盘9转动，机械手爪抓紧果蔬同时转动果蔬以使果梗被扭断，实现果蔬与果树分离。
如图5所示的驱动方案是：
步进电机20带动电磁丝杠23转动，电磁丝杠23带动与第一电磁离合器片21固接的驱动杆8作直线移动。第二电磁离合器片22安装在丝杠的非螺纹端。当接触板5表面的力传感器测得的夹持力达到要求值时，将信号送给电磁离合器21、22，离合器闭合，驱动杆8停止移动，夹持动作停止，步进电机20转动只带动转动盘9转动，三个手指带动被抓果蔬转动，使果蔬被扭下完成摘取动作。
Claims (4)
1.一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：包括结构相同的三个手指，传动机构，三块接触板（5），三根连杆（7），驱动杆（8）和转动盘（9）；每个手指具有三个关节，分别为手指第一关节（1），手指第二关节（2），手指第三关节（3）；手指第一关节（1）的一端互成120度均匀固定安装在转动盘（9）上，第一连杆（7）的一端与手指第二关节（2）铰接，第一连杆（7）的另一端与驱动杆（8）的一端铰接，驱动杆（8）的另一端与传动机构连接；手指第二关节（2）外侧内壁的底座与扇形齿轮（14）的手柄铰接，第一齿轮（15）与扇形齿轮（14）啮合，第一齿轮（15）通过连接杆与手指第三关节（3）底端连接，手指第二关节（2）内侧外壁的底座设有滑块（12），滑块（12）与接触板（5）中心轴连接，接触板（5）中心轴与扇形齿轮（14）的手柄铰接，扇形齿轮（14）的手柄与手指第二关节（2）外侧内壁间设有弹簧（10），接触板（5）朝向驱动杆（8）中心一侧设有力传感器（24）。
2.根据权利要求1所述的一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：所述的传动机构为双向直线步进电机（4），双向直线步进电机（4）主轴与驱动杆（8）的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：所述的传动机构包括步进电机（20）、主动锥齿轮（16）、从动锥齿轮（17）、第二齿轮（19）和齿条（18）；步进电机（20）同轴装有主动锥齿轮（16）和第二齿轮（19），第二齿轮（19）与安装在驱动杆（8）上的齿条（18）啮合，从动锥齿轮（17）与套在转动盘（9）孔中并与转动盘（9）底面固接。
4.根据权利要求1所述的一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：所述的传动机构包括步进电机（20）、第一电磁离合器片（21）、第二电磁离合器片（22）和电磁丝杠秆（23）；步进电机（20）主轴上装有第二电磁离合器片（22）和电磁丝杠（23），电磁丝杠（23）上的第一电磁离合器片（21）与驱动杆（8）固接，电磁丝杠（23）与驱动杆（8）螺纹连接。
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