[发明专利]变位欠驱动机器人手装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人技术领域，特别涉及一种变位欠驱动机器人手装置的结构设计。

背景技术

人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实 现类人的行为作为梦寐以求的目标。与人类似，拟人机器人的多数功能要通过手部操作来实 现，因而手部结构是拟人机器人的重要组成部分，其设计是拟人机器人的关键技术之一。 近30年来，灵巧手研究取得了丰硕的成果。灵巧手具有3～5个手指，每个手指2～4个关 节自由度，绝大多数关节为电机、空气肌肉、液压等驱动的主动关节。灵巧手能做出人手的 各种动作，包括抓取和操作两种动作。例如国外研发出来的Hitachi手、Utah/MIT手、 Stanford/JPL手、Shadow公司C5手、DLR手和Robonaut手，国内哈工大研发的HIT灵巧手 和北航研发的BH灵巧手。灵巧手的主要优点是手指自由度多，可以较为灵活主动的抓取物 体，并有很好的抓取稳定性，其不足是不能实现抓取物体时对物体的形状和尺寸自动适应(自 适应抓取)，造成对传感及控制系统要求高，系统复杂、成本高、可靠性低。

欠驱动机器人手指可以克服上述灵巧手纯主动驱动多关节手指的一些不足，以此为主设 计实现高欠驱动的机器人手已经受到越来越多的重视。欠驱动机械手指的优点是能够自动适 应物体形状和尺寸，达到自适应抓取的目的，降低了对传感及控制系统的要求。

但是欠驱动机械手指的不足为：其手指初始构形是固定(伸直或呈某个弯曲角度)，这与 人手抓取方式有较大不同，不够拟人化，不便于对某些尺寸、形状的物体进行稳定抓取。人 手抓持不同尺寸物体时，手指在还未碰触物体前就需要事先弯曲到某个角度，只有这样才能 更好的抓取。例如，在人手在捏持小尺寸物体之前，四指(即食指、中指、无名指和小指) 中间关节要事先弯曲较大角度，直到四指末端与拇指末端相接近，之后再进行抓取。而且手 指所弯曲的角度对于不同尺寸的物体是需要调节的。而传统的欠驱动手指没法实现在碰触物 体之前的这种中间关节的转动，因而难以实现更加拟人化抓取动作和更加稳定地抓持物体效 果。另外，当没有所抓物体而执行单纯的握拳动作时，整个手指只能呈伸直状态绕近关节轴 转动，这与人手的可以绕中间关节弯曲的握拳动作相去甚远，影响了机器人手的拟人化动作 效果。

已有的一种带轮变抓力欠驱动模块化拟人机器人多指手装置，如中国发明专利CN101214 653A，具有5个独立控制的手指、15个关节自由度，包括6个主动关节和9个欠驱动关节； 各欠驱动关节均采用结构相同的一种模块化结构，电机、传动机构藏入手内。该装置的每个 手指均为带轮欠驱动手指。以拇指为例，由于弹簧的约束作用使中部指段和末端指段在没有 碰触物体前保持固定的伸直状态(中部指段和末端指段之间的夹角为平角)，只有当中部指段 接触物体被阻挡时，末端指段才随远关节轴转动，实现手指弯曲包络所抓取物体。该装置的 不足之处在于在接触物体前，各手指的中部指段和末端指段只能呈伸直状态，以一个整体绕 近关节轴转动，影响了抓取效果。

也有传统的具有刚性手指的机械手装置，具有固定弯曲的手指构型，它们模仿了人类抓 取物体时的最常见手指姿态，但是这类装置的手指弯曲状态是固定不可以改变弯曲角度的， 而且关节自由度数过少，不能适应不同尺寸物体的抓取需求。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种变位欠驱动机器人手装置，它可以 自由调节各手指中间关节的初始状态，同时保证抓取物体时具有自动适应物体形状、尺寸的 抓取效果。该装置利用电机对欠驱动手初始位置进行调节，提高了机械手抓取不同尺寸、形 状物体的稳定性和拟人化动作效果，实现机器人多指手在较低控制系统要求下的灵活自适应 抓取，装置外形与人的手相似，适合安装在拟人机器人上使用。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种变位欠驱动机器人手装置，包括拇指、食指、中指、无名指、小指和 手掌；其特征在于：