CN107309895A - 一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器 - Google Patents

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Abstract

一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，它涉及一种欠驱动执行器，以解决传统的欠驱动末端执行器在夹紧目标时，由于目标物体给执行器的作用反力，无法保证平行夹紧，造成抓取目标失败的问题，它包括基座、对接模块、驱动模块和夹持模块；夹持模块包括两个齿轮和两套欠驱动机构；驱动模块和夹持模块布置在基座上；每套欠驱动机构包括驱动杆、连杆、连接杆、夹紧指、欠驱动指根、扭簧和指根；驱动杆的一端与齿轮的齿轮轴连接，驱动杆的另一端与连接杆的一端铰接，连杆的另一端铰接在基座上，欠驱动指根的一端与夹紧指铰接，欠驱动指根的另一端与指根的一端铰接且二者之间布置有扭簧，指根的另一端铰接在基座上。本发明用于仿生机器人。

Description

一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器
技术领域
本发明涉及一种欠驱动执行器，具体涉及一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器。
背景技术
在仿生机器人领域，欠驱动末端执行器以其驱动数目少、出力大、抓取灵活大特点得到了越来越广泛的应用。传统的欠驱动末端执行器在精确夹紧目标时，由于目标物体给执行器的作用反力，导致欠驱动自由度显现，平行四边形机构被破坏，无法保证平行夹紧，抓取目标容易造成失败。
本次发明的目的是改变传统的欠驱动末端执行器的欠驱动关节的位置，从而实现在指尖夹紧目标时，欠驱动关节始终保持刚性，实现平行夹紧的功能；。本次发明的末端执行器包括用于抓取目标的欠驱动执行机构，由微型直流伺服电机、涡轮蜗杆减速器组成的驱动机构以及由弹簧触针组成的连接机构，驱动机构为二指欠驱动机构，左右对称分布，通过减速比为1:1的齿轮对连接传动，保证左右两个手指运动的对称性。微型直流伺服电机中包含有减速比为113:1的行星齿轮减速器，以保证大的输出扭矩；此外，减速比为30:1的涡轮蜗杆减速器在增大转矩的同时，也能够保证机械自锁；连接模块是为了执行器与机械臂的对接，弹簧触针用于电气连接。
发明内容
本发明是为解决传统的欠驱动末端执行器在夹紧目标时，由于目标物体给执行器的作用反力，无法保证平行夹紧，造成抓取目标失败的问题，进而提供一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器包括基座、对接模块、驱动模块和夹持模块；对接模块安装在基座上，对接模块用于连接机械臂；
夹持模块包括两个齿轮和两套欠驱动机构；驱动模块和夹持模块布置在基座上；每套欠驱动机构包括驱动杆、连杆、连接杆、夹紧指、欠驱动指根、扭簧和指根；驱动模块的输出端连接其中一套欠驱动机构的齿轮，两套欠驱动机构的两个齿轮啮合，驱动杆的一端与齿轮的齿轮轴连接，驱动杆的另一端与连接杆的一端铰接，夹紧指的一端、连接杆的另一端和连杆的一端三者铰接在一起，连杆的另一端铰接在基座上，欠驱动指根的一端与夹紧指铰接，欠驱动指根的另一端与指根的一端铰接且二者之间布置有扭簧，指根的另一端铰接在基座上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明改变传统的欠驱动末端执行器的欠驱动关节的位置，从而实现在夹紧指夹紧目标时，欠驱动关节始终保持刚性，实现平行夹紧的功能；夹持模块分为驱动杆、连接杆、连杆构成的传动四连杆机构模块，驱动杆作为主动件驱动连杆运动，经过优化后的连杆长度保证了较大的传动角，提高了传动效率；连杆、夹紧指、指根与欠驱动指根构成的刚性体的平行四连杆机构，该平行四连杆机构实现了夹紧指与地面的平行，从而保证了夹紧指始终做平移运动，为平行夹紧提供了条件；指根、欠驱动指根、扭簧构成的欠驱动机构，当夹紧指平行夹紧目标时，产生作用反力，由于指根与欠驱动指根的初始扭转角度保证了欠驱动机构的刚性，平行四边形机构不会被破坏，保证了平行夹紧。通过减速比为1:1的齿轮对连接传动，保证左右两个手指运动的对称性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为本发明的***图；
图4为本发明夹紧指受力分析简图；
图5为本发明抓取球状目标示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明。
参见图1和图3说明，一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器包括基座15、对接模块14、驱动模块13和夹持模块12；对接模块14安装在基座15上，对接模块14用于连接机械臂；
夹持模块12包括两个齿轮1和两套欠驱动机构；驱动模块13和夹持模块12布置在基座15上；每套欠驱动机构包括驱动杆8、连杆7、连接杆6、夹紧指5、欠驱动指根4、扭簧3和指根2；驱动模块13的输出端连接其中一套欠驱动机构的齿轮1，两套欠驱动机构的两个齿轮1啮合，驱动杆8的一端与齿轮1的齿轮轴连接，驱动杆8的另一端与连接杆6的一端铰接，夹紧指5的一端、连接杆6的另一端和连杆7的一端三者铰接在一起，连杆7的另一端铰接在基座15上，欠驱动指根4的一端与夹紧指5铰接，欠驱动指根4的另一端与指根2的一端铰接且二者之间布置有扭簧3，指根2的另一端铰接在基座15上。
对接模块用于与机械臂末端连接；驱动模块中，电机输出力矩经过涡轮蜗杆减速器减速后，传到夹持模块的驱动杆，为了保持两侧的对称性，夹持模块的齿轮以1:1的减速比传动；驱动杆、基座、连接杆、连杆构成四连杆机构，驱动连杆左右转动；连杆、基座以及指根、扭簧、欠驱动指根构成的刚性体的平行四连杆机构，保证指尖在连杆的驱动下做平移运动，从而为指尖始终垂直抓取目标提供保证；当指尖触及到目标产生作用反力时，由于该欠驱动机构的创新性，能够保证指根与欠驱动指根指尖永远保持刚性，平行四边形机构不会被破坏，从而保证垂直抓取目标。如图5为利用本发明抓取球状目标示意图。
参见图2和图3说明，为了以高驱动的可靠性，采用蜗轮蜗杆减速器为夹持模块12提供动力。驱动模块13包括电机11、蜗杆10和蜗轮9；蜗杆10的一端安装在电机11的输出端上，蜗杆10与蜗轮9啮合，蜗轮9的蜗轮轴上和蜗杆10上各安装有一个齿轮1和一个驱动杆8。如此设置，增大转矩的同时，也能够保证机械自锁。
参见图2说明，为了保证夹持的可靠性，所述夹紧指5为∟形夹紧指，夹紧指5的一个臂的端部、连接杆6的另一端和连杆7的一端三者铰接在一起，欠驱动指根4的一端与夹紧指5的两臂交汇点铰接。如此设置，保证夹紧指在连杆的驱动下做平移运动，从而为夹紧指始终垂直抓取目标提供保证，从而保证垂直抓取目标。
优选低，齿轮材质为40Cr。如此使用，强度极限达到700MPa；屈服强度达到500MPa，硬度241-286HBW，精度6级。
电机11采用微型直流伺服电机，所述微型直流伺服电机包含有减速比为113:1的行星齿轮减速器。保证了较大的输出扭矩；蜗轮9和蜗杆10的减速比为30:1。在增大转矩的同时，也能够保证机械自锁；连接模块是为了执行器与机械臂的对接，弹簧触针用于电气连接。基座15包括上座体15-1和下座体15-2；上座体15-1通过螺栓与下座体15-2可拆卸连接，驱动模块13布置在下座体15-2上，夹持模块12布置在上座体15-1上。如此设置，连接可靠，使用方便。
对欠驱动机构受力分析如图4所示，箭头表示部件之间相互作用力。夹紧指5向外拉欠驱动指根4，指根2与欠驱动指根4有被拉长的趋势，欠驱动指根4相对于指根2有顺势针旋转的趋势，但由于指根2和欠驱动指根4之间存在机械限位，所以指根2和欠驱动指根4仍然保持刚性，平行四边形结构不会被破坏，指尖仍然相互保持平衡。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (7)

1.一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：它包括基座(15)、对接模块(14)、驱动模块(13)和夹持模块(12)；对接模块(14)安装在基座(15)上，对接模块(14)用于连接机械臂；
夹持模块(12)包括两个齿轮(1)和两套欠驱动机构；驱动模块(13)和夹持模块(12)布置在基座(15)上；每套欠驱动机构包括驱动杆(8)、连杆(7)、连接杆(6)、夹紧指(5)、欠驱动指根(4)、扭簧(3)和指根(2)；驱动模块(13)的输出端连接其中一套欠驱动机构的齿轮(1)，两套欠驱动机构的两个齿轮(1)啮合，驱动杆(8)的一端与齿轮(1)的齿轮轴连接，驱动杆(8)的另一端与连接杆(6)的一端铰接，夹紧指(5)的一端、连接杆(6)的另一端和连杆(7)的一端三者铰接在一起，连杆(7)的另一端铰接在基座(15)上，欠驱动指根(4)的一端与夹紧指(5)铰接，欠驱动指根(4)的另一端与指根(2)的一端铰接且二者之间布置有扭簧(3)，指根(2)的另一端铰接在基座(15)上。
2.根据权利要求权1所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：驱动模块(13)包括电机(11)、蜗杆(10)和蜗轮(9)；蜗杆(10)的一端安装在电机(11)的输出端上，蜗杆(10)与蜗轮(9)啮合，蜗轮(9)的蜗轮轴上和蜗杆(10)上各安装有一个齿轮(1)和一个驱动杆(8)。
3.根据权利要求1或2所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：所述夹紧指(5)为∟形夹紧指,夹紧指(5)的一个臂的端部、连接杆(6)的另一端和连杆(7)的一端三者铰接在一起，欠驱动指根(4)的一端与夹紧指(5)的两臂交汇点铰接。
4.根据权利要求3所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：齿轮(1)的材质为40Cr。
5.根据权利要求1、2或4所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：电机(11)采用微型直流伺服电机，所述微型直流伺服电机包含有减速比为113:1的行星齿轮减速器。
6.根据权利要求5所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：蜗轮(9)和蜗杆(10)的减速比为30:1。
7.根据权利要求1、2、4或6所述一种用于包络抓取和平行夹紧的欠驱动末端执行器，其特征在于：基座(15)包括上座体(15-1)和下座体(15-2)；上座体(15-1)通过螺栓与下座体(15-2)可拆卸连接，驱动模块(13)布置在下座体(15-2)上，夹持模块(12)布置在上座体(15-1)上。
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