一种五指末端执行器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种五指末端执行器，包括拇指（1）、手掌（2）、食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6），其特征在于：食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6）的结构相同，且分别具有基关节第一电机（30）、基关节第二电机（32）和差动机构（34），基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）固定在手掌（2）上，手指的近指节通过差动机构（34）与手掌（2）连接，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动差动机构（34）从而实现手指的侧摆运动和俯仰运动。本实用新型专利技术五指末端执行器可以实现对多种果实的采摘，降低采摘成本。且本实用新型专利技术运动空间大，操作灵活，维修简单。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于农业机器人装备
，具体涉及一种五指末端执行器。
技术介绍
现有的圆形水果、蔬菜采摘自动化作业中，大部分采用两指或三指末端执行器，但是对于多个果实聚集的情况下，两指或三指的末端执行器，很可能就夹不住果实，实现不了后续的采摘。另外，如果圆形果实长在枝杈附近的时候，两指或三指的末端执行器对果实进行夹持的角度比较苛刻，作业效率不高，而且后续的采摘作业也不好操作，因此，需要一种能在复杂环境中进行采摘夹持的类人手五指末端执行器。目前的圆形果蔬分级，大部分是把农产品放到一个容器中，然后左右晃动，再通过重力作用，让水果通过一个预设的圆形漏斗，掉到对应直径的水果筐内，这种分级方法，导致水果表皮破坏，不利于长久保存，可以模仿人手分类的方法，对圆形果蔬分类。在分类过程中，圆形果蔬的摆放不是很规整，如果继续采用两指或三指末端执行器加持分类，对识别、分类果蔬的传感器，要求就比较高，因此，也需要一种能完成分拣的类人手五指末端执行器。
技术实现思路
为了解决上述存在的技术问题，本技术设计了一种五指末端执行器。为了解决上述存在的技术问题，本技术采用了以下方案：一种五指末端执行器，包括拇指（1）、手掌（2）、食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6），其特征在于：食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6）的结构相同，且分别具有基关节第一电机（30）、基关节第二电机（32）和差动机构（34），基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）固定在手掌（2）上，手指的近指节通过差动机构（34）与手掌（2）连接，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动差动机构（34）从而实现手指的侧摆运动和俯仰运动。进一步，差动机构（34）包括第一锥齿轮（340）、左轴（341）、第二锥齿轮（342）、上轴（343）、第三锥齿轮（344）、第四锥齿轮（346）、右轴（347）和下轴（348）；左轴（341）和右轴（347）相对设置在手掌（2）上组成基关节俯仰转动轴，第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）相对且分别设置在左轴（341）和右轴（347）的内端，左轴（341）和右轴（347）的外端分别由基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动；上轴（343）和下轴（348）的外端分别和相对应手指的近指节连接组成基关节侧摆转动轴，第二锥齿轮（342）和第四锥齿轮（346）相对且分别设置在上轴（343）和下轴（348）的内端，第二锥齿轮（342）与第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）的上部啮合，第四锥齿轮（346）与第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）的下部啮合。进一步，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）与差动机构（34）之间分别通过皮带（33）传动，差动机构（34）左轴（341）和右轴（347）的外端分别设置有带轮（345）。进一步，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）安装于电机槽（31）中的一端并通过电机槽（31）固定在手掌（2），差动机构（34）设置在电机槽（31）的另一端。进一步，左轴（341）和右轴（347）相对且分别设置在电机槽（31）两壁上。进一步，拇指（1）包括基关节大齿轮（10）、基关节电机（11）、基关节小齿轮（12）和基关节连接轴（13）；基关节电机（11）固定在手掌（2）上，基关节大齿轮（10）设置在基关节电机（11）的输出端，拇指的近指节通过基关节连接轴（13）和手掌（2）连接，基关节大齿轮（10）和设置在基关节连接轴(13)上的基关节小齿轮(12)配合工作从而实现拇指(1)基关节的转动。进一步，拇指（1）、食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6）均包括近指节、中指节、远指节和连接轴，近指节通过近指节电机和相对应的连接轴与中指节连接，中指节通过中指节电机和相对应的连接轴与远指节连接。进一步，近指节电机嵌于近指节内部并直接驱动中指节转动；中指节电机嵌于中指节内部并直接驱动远指节转动。进一步，近指节、中指节和远指节的长度比例为4:3:2。本技术中的食指、中指、无名指、小指四个手指，中指节电机固定在远指节关节处，置于手指内部，带动远指节做俯仰运动。近指节电机固定在中指节关节处，置于手指内部，带动中指节做俯仰运动。基关节电机固定在电机座中，置于手掌底部，带动近指节做俯仰和侧摆运动。拇指，中指节电机固定在远指节关节处，置于手指内部，带动远指节做俯仰运动。近指节电机固定在中指节关节处，置于手指内部，带动中指节做俯仰运动。基关节电机固定在手掌上，置于手掌底部，带动近指节做俯仰运动。按照本技术提供的设计方案，本装置共有19个自由度，拇指各指节分别由电机直接驱动，实现拇指的弯曲。其余四指远指节和中指节由电机直接驱动，实现相应指节的弯曲，近指节由基关节电机通过带传动驱动差动机构进而驱动近指节，实现相应近指节的弯曲和侧摆。各个关节电机的协调运动实现采摘末端执行器的张合，可以实现对大多数果实进行采摘。该五指末端执行器具有以下有益效果：（1）本技术五指末端执行器可以实现对多种类圆形果实的采摘，降低采摘成本。且本专利技术运动空间大，操作灵活，维修简单。（2）本技术采用差动机构实现手指基关节的俯仰转动和侧摆转动，结构轻巧紧凑且对称，工作安全稳定。（3）本技术基关节电机和差动机构采用带传动，抗震、抗冲击能力强，工作过程中能适应各种直径大小不同差异大的被采摘果实，且不对果实造成伤害。（4）本技术中近指节、中指节和远指节的长度比例为4:3:2，优化了手指的结构，既灵活又有力。（5）本技术针对不同水果，利用差动机构实现其侧摆方向的微调，避免了对水果表皮的损伤。（6）本技术利用差动机构和带传动结合的方式，实现了力的较远距离的传输，减小了基关节的体积，同时也对电机和机械手起到了一定的保护作用。（7）本技术五指末端执行器自由度多，可以一种末端执行器实现对不同种类、不同品种的类圆形水果、蔬菜的采摘、分拣，减小了设备的投入。（8）本技术对于一些蘑菇、草莓等形状复杂以及体积较小的果实，通过各个关节的配合，也可以实现初步采摘。附图说明图1：本技术五指末端执行器的立体结构示意图；图2：本技术中食指结构的主视图；图3：本技术中差动机构的结构示意图；图4：图2中近指节关节的局部剖放大图；图5：本技术中拇指结构的剖视图。附图标记说明：1—拇指；10—基关节大齿轮；11—基关节电机；12—基关节小齿轮；13—基关节连接轴；2—手掌；3—食指； 30—基关节第一电机；31—电机槽；32—基关节第二电机；33—皮带；34—差动机构；340—第一锥齿轮；341—左轴；342—第二锥齿轮；343—上轴；344—第三锥齿轮；345—带轮；346—第四锥齿轮；347—右轴；348—下轴；35—近指节；36—近指节电机；37—中指节；38—中指节电机；39—远指节；40—连接轴；4—中指；5—无名指；6—小指。具体实施方式下面结合附图，对本技术做进一步说明：图1至图5示出了一种五指末端执行器，包括拇指1、手掌2、食指3、中指4、无名指5和小指6。拇指1、食指3、中指4、无名指5、小指6和手掌2固连。其中，食指3、中指4、无名指5和小指6结构相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五指末端执行器，包括拇指（1）、手掌（2）、食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6），其特征在于：食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6）的结构相同，且分别具有基关节第一电机（30）、基关节第二电机（32）和差动机构（34），基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）固定在手掌（2）上，手指的近指节通过差动机构（34）与手掌（2）连接，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动差动机构（34）从而实现手指的侧摆运动和俯仰运动。

【技术特征摘要】
1.一种五指末端执行器，包括拇指（1）、手掌（2）、食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6），其特征在于：食指（3）、中指（4）、无名指（5）和小指（6）的结构相同，且分别具有基关节第一电机（30）、基关节第二电机（32）和差动机构（34），基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）固定在手掌（2）上，手指的近指节通过差动机构（34）与手掌（2）连接，基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动差动机构（34）从而实现手指的侧摆运动和俯仰运动。2.根据权利要求1所述的五指末端执行器，其特征在于：差动机构（34）包括第一锥齿轮（340）、左轴（341）、第二锥齿轮（342）、上轴（343）、第三锥齿轮（344）、第四锥齿轮（346）、右轴（347）和下轴（348）；左轴（341）和右轴（347）相对设置在手掌（2）上组成基关节俯仰转动轴，第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）相对且分别设置在左轴（341）和右轴（347）的内端，左轴（341）和右轴（347）的外端分别由基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）驱动；上轴（343）和下轴（348）的外端分别和相对应手指的近指节连接组成基关节侧摆转动轴，第二锥齿轮（342）和第四锥齿轮（346）相对且分别设置在上轴（343）和下轴（348）的内端，第二锥齿轮（342）与第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）的上部啮合，第四锥齿轮（346）与第一锥齿轮（340）和第三锥齿轮（344）的下部啮合。3.根据权利要求2所述的五指末端执行器，其特征在于：基关节第一电机（30）和基关节第二电机（32）与差动机构（34）之间分别通过皮带（33）传动，差动机构（34）左轴（341）和右轴（347）的外端分别设置有带轮（345）。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘利，史颖刚，郭阳，陈军，崔永杰，赵继政，傅龙生，姜豪，李汝春，周俊童，郭娇娇，龙燕，靳红玲，卢文华，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61