Semi-Peaucellier Linkage and Differential Mechanism for Linear Pinching and Self-Adaptive Grasping

📄 arXiv: 2510.16524v1 📥 PDF

作者: Haokai Ding, Zhaohan Chen, Tao Yang, Wenzeng Zhang

分类: cs.RO

发布日期: 2025-10-18

备注: 6 pages, 9 figures, Accepted author manuscript for IEEE CASE 2025

期刊: 2025 IEEE 21st International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), Los Angeles, CA, USA, 2025, pp. 3441-3446

DOI: 10.1109/CASE58245.2025.11163785

💡 一句话要点

提出SP-Diff平行夹爪系统，通过半反演连杆和差动机构实现线性夹持和自适应抓取。

🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)

关键词: 机器人夹爪 自适应抓取 差动机构 半反演连杆 平行夹持 工业自动化 行星齿轮传动

📋 核心要点

  1. 传统末端执行器在智能工业自动化中适应性有限，难以处理不同形状和材质的工件。
  2. SP-Diff系统采用半反演连杆和差动机构，实现线性平行抓取和手指姿态的独立调整。
  3. 实验表明，该系统能够自适应抓取各种工业工件和可变形物体，并减少Z轴重新校准需求。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种SP-Diff平行夹爪系统，旨在解决智能工业自动化中传统末端执行器适应性有限的问题。该设计采用了一种创新的差动连杆机构，具有模块化的对称双指结构，以实现线性平行抓取。通过集成行星齿轮传动，该系统能够在保持结构刚性的同时实现同步线性运动和独立的手指姿态调整，与弧形轨迹夹爪相比，Z轴重新校准需求降低了30%。紧凑的掌部结构结合了经过运动学优化的平行四边形连杆机构和差动机构，展示了对各种工业工件和可变形物体（如柑橘类水果）的自适应抓取能力。嵌入了面向未来的接口，可用于潜在的力/视觉传感器集成，以促进数字孪生框架中的多模态数据采集（例如，轨迹规划和物体变形）。SP-Diff被设计为一种灵活的制造解决方案，通过其自适应架构提升了机器人末端执行器的智能，在协作机器人、物流自动化和专业操作场景中显示出广阔的应用前景。

🔬 方法详解

问题定义：传统工业机器人末端执行器在面对形状各异、材质不同的工件时，适应性不足，需要频繁更换夹爪或进行复杂的姿态调整。现有的弧形轨迹夹爪在Z轴方向上存在较大的位置变化，需要频繁进行Z轴重新校准，效率较低。

核心思路：SP-Diff系统的核心思路是利用半反演连杆机构和差动机构，实现线性平行抓取，并允许手指进行独立的姿态调整。通过这种设计，夹爪可以更好地适应不同形状的工件，并减少Z轴方向上的位置变化。

技术框架：SP-Diff系统采用模块化的对称双指结构，主要包含以下几个部分：半反演连杆机构、差动机构、行星齿轮传动系统和紧凑的掌部结构。行星齿轮传动系统用于实现同步线性运动和独立的手指姿态调整。紧凑的掌部结构集成了经过运动学优化的平行四边形连杆机构和差动机构，用于实现自适应抓取。

关键创新：该论文的关键创新在于将半反演连杆机构和差动机构相结合，实现了线性平行抓取和手指姿态的独立调整。与传统的弧形轨迹夹爪相比，该设计能够显著减少Z轴方向上的位置变化，降低重新校准的需求。此外，该系统还具有紧凑的结构和模块化的设计，易于集成和扩展。

关键设计：行星齿轮传动系统的齿轮比、连杆机构的几何参数以及差动机构的参数是关键的设计参数。这些参数的优化直接影响到夹爪的抓取范围、抓取精度和自适应能力。论文中可能包含对这些参数的优化方法，但具体细节未知。

📊 实验亮点

SP-Diff系统通过集成行星齿轮传动，实现了同步线性运动和独立的手指姿态调整，与弧形轨迹夹爪相比，Z轴重新校准需求降低了30%。该系统能够自适应抓取各种工业工件和可变形物体，例如柑橘类水果，展示了其在复杂环境下的适应性和鲁棒性。未来的接口设计也为力/视觉传感器的集成提供了便利。

🎯 应用场景

SP-Diff系统具有广泛的应用前景，包括协作机器人、物流自动化和专业操作场景。它可以用于抓取各种工业工件，例如电子元件、机械零件和食品等。此外，该系统还可以用于抓取可变形物体，例如水果和蔬菜，在农业自动化领域具有潜在的应用价值。未来，通过集成力/视觉传感器，该系统可以实现更智能的抓取和操作。

📄 摘要（原文）

This paper presents the SP-Diff parallel gripper system, addressing the limited adaptability of conventional end-effectors in intelligent industrial automation. The proposed design employs an innovative differential linkage mechanism with a modular symmetric dual-finger configuration to achieve linear-parallel grasping. By integrating a planetary gear transmission, the system enables synchronized linear motion and independent finger pose adjustment while maintaining structural rigidity, reducing Z-axis recalibration requirements by 30% compared to arc-trajectory grippers. The compact palm architecture incorporates a kinematically optimized parallelogram linkage and Differential mechanism, demonstrating adaptive grasping capabilities for diverse industrial workpieces and deformable objects such as citrus fruits. Future-ready interfaces are embedded for potential force/vision sensor integration to facilitate multimodal data acquisition (e.g., trajectory planning and object deformation) in digital twin frameworks. Designed as a flexible manufacturing solution, SP-Diff advances robotic end-effector intelligence through its adaptive architecture, showing promising applications in collaborative robotics, logistics automation, and specialized operational scenarios.