[发明专利]采用空间连杆机构的末端夹持器

说明书

采用空间连杆机构的末端夹持器，它涉及三分支机器人末端机构，它包括舵机、舵机机架、转动转换直线运动空间连杆机构、曲柄和铰链机构，舵机安装在舵机机架的上部；铰链机构包括主动连杆、从动连杆和卡爪；机架杆与舵机机架连接，每个机架杆上对应布置两组铰链机构，主动连杆和从动连杆的一端分别与机架杆铰接，主动连杆和从动连杆的另一端分别与卡爪铰接，主动连杆、机架杆、从动连杆和卡爪四者构成平行四杆机构；转动转换直线运动机构的转动部分安装在舵机的输出端，主动连杆与曲柄铰接，曲柄与转动转换直线运动机构的直线运动部分连接。本发明可靠性好，具有满足夹持力和夹持速度要求的且位姿容差比较大的优点。

技术领域

本发明涉及三分支机器人末端机构，具体涉及一种采用空间连杆机构的末端夹持器，属于机械电子工程领域。

背景技术

夹持器是一种安装在机器人末端，具有夹持功能的部件。随着传感技术、信息处理、电子工程、计算机工程及控制技术等多行业的不断发展，移动机器人技术不断完善，其应用范围大为扩展，在工业、农业、医疗、服务等行业得到很好的应用。例如，在工业中具有提高生产效率、改进产品质量、改善劳动条件等优势，在航天领域可以协助完成在轨装配、污染清洁、观测与检查、轨道清理与轨道转移及模块更换等工作。目前，机器人技术已经得到了国内外的普遍关注。而夹持器作为机器人执行机构的重要部分，其结构形式直接决定了机器人所能夹持物体的尺寸及形状，对机器人的功能有极为重要的作用。

末端夹持器的结构选型针对三分支机器人对末端夹持器提出的运动学、动力学及结构尺寸等要求，提出了采用涡轮蜗杆减速器的末端夹持器、采用直齿轮减速器的末端夹持器、及具有结构自适应功能的夹持器结构设计。

采用涡轮蜗杆减速器的末端夹持器结构设计为满足三分支机器人末端夹持器较大的夹持力，其工作原理为：夹持器的电机转动，与电机轴通过联轴器相连接的涡轮做主动件，蜗杆做从动件，经涡轮蜗杆减速器实现交错轴的传动。齿轮传动包括两个模数、齿数均相同的两个直齿圆柱齿轮，其中一齿轮安装在涡轮轴上，另一齿轮安装在与之平行的齿轮轴上，因为两齿轮模数齿数均相等，因此齿轮传动可实现转速相同、转向不同的平行轴间传动。齿轮轴作为平行四杆机构的主动件，与四杆机构的主动曲柄连接在一起，与主动曲柄平行的杆件末端连接在一个弹性构件上，即采用连杆与弹簧配合的欠驱动方式，实现夹持不同尺寸物体时实现不同的夹持效果在夹持直径较大的物体时可平行夹持，在夹持直径较小的物体时可包络夹持。

采用直齿轮减速器的末端夹持器结构设计为满足快速夹持的要求，采用直齿轮减速器的末端夹持器方案由舵机、舵机机架、直齿轮减速器、平行四杆机构组成，舵机安装在夹持器的一侧，由于量不同卡爪上的直齿轮模数齿数均相同，因此经过这一次传动可以实现改变齿轮转向而不改变齿轮转速的效果。与两直齿轮固定在一起的两个卡爪可以实现同样的夹持速度的夹持，且由于采用平行四杆机构，末端夹持器的卡爪的作用面始终平行。

综上所述，末端夹持器的结构采用涡轮蜗杆减速机构的的末端夹持器中，由于在曲柄上连接有一个弹性元件，夹持器可通过欠驱动实现对不同尺寸物体的不同包络效果。可满足夹持力要求。但夹持器夹持过程中夹持速度过慢，三分支机器人步态无法流畅实现。采用直齿轮减速器的末端夹持器在夹持器工作过程中，直接连接在舵机输出轴的齿轮通过齿轮传动带动四杆机构的主动曲柄转动，从而实现夹持效果。该夹持器结构简单，夹持速度快，但受结构尺寸的限制及电机布置位置的限制，电机体积和质量较小，电机的扭矩无法满足夹持力的要求。自适应末端夹持器方案的结构形式采用四杆机构的位置不确定点，可实现对不同形状物体不同的夹持效果，可满足机器人移动时夹持于桁架杆件及执行在轨操作任务时夹持复杂形状物体的功能。但夹持器夹持前需要先控制舵机精确转动到一定角度，同时由于四杆机构的转动副存在的间隙等误差都会对精度造成影响。在夹持过程中的稳定性难以保证。同时由于卡爪的夹持移动轨迹为圆弧，可夹持物体的尺寸范围较小，同时不满足较大容差的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时满足夹持力和夹持速度要求的且位姿容差比较大的采用空间连杆机构的末端夹持器。