[发明专利]连杆耦合式灵巧机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种连杆耦合式灵巧机器人手指装置的结构设计。

背景技术

随着科学技术日新月异的发展，人们越来越渴望从单一反复的机械劳动中解脱出来，在传统劳动密集型生产工作中使用机器人或者部分使用机器人的需求也水涨船高。在拟人机器人研究领域，一个重要的研究方向是抓取物体，是目前研究的热点。人手上分布着多大20个以上的自由度，如果全部采用电机驱动的方式控制，不但成本昂贵，其实时控制的要求很高，即使抓取一个简单的物体也需要复杂的传感和控制。为了减小控制的难度，一种方法是减少同时工作的电机数量，这样抓取物体的实时性能够更容易保证，同时又带来一个问题：如何用较少的电机驱动较多的关节（即欠驱动抓取），并且动作过程拟人化效果好，抓取物体仍然稳定可靠。

通常有两种方式可以实现欠驱动抓取，一种是自适应欠驱动手指机构，经常简称为自适应手指或欠驱动手指，另一种是耦合欠驱动手指机构，经常简称为耦合手指。自适应手指虽然被动的实现了自动适应物体的形状和尺寸，但是存在一种不稳定抓取现象：靠近根部的指段会发生挤跑物体或破坏物体；还存在另一种不稳定现象：在自适应抓取达到之后，如果抓持力过大也会进一步导致物体被推开；此外，该手指的抓取过程不拟人，也无法实现自弯曲（握拳）等手势。耦合手指虽然抓取过程比较拟人化，能够自弯曲，且抓取较为稳定，但是不具有自适应性，实现捏持较好，对多数物体难以实现较好的握持效果。

已有的一种双联锥齿轮耦合欠驱动机器人手指，如中国发明专利CN101633172A，包括基座、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、电机、减速器、第一锥齿轮、双联锥齿轮、第二锥齿轮。电机通过减速器带动中部指段绕近关节轴转动，末端指段会同时转动一个角度，达到近关节轴和远关节轴同时转动的耦合转动效果。该装置的不足之处是：在抓取物体的过程中，近关节轴和远关节轴的转动是同时的，当中部指段接触物体被阻挡不能再继续转动时，末端指段即使没有接触物体也无法再进一步转动，因此抓取效果不好。较好的抓取方式应该是中部指段和末端指段都能接触到物体并施加抓持力。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种连杆耦合式灵巧机器人手指装置。该装置具有两个自由度，能实现多种抓取模式，包括：1）双关节耦合转动抓取模式；2）双关节独立转动抓取模式；3）双关节先耦合转动，之后再独立转动的抓取模式；4）双关节先独立转动，之后再耦合转动的抓取模式。

本发明采用如下技术方案：

一种连杆耦合式灵巧机器人手指装置，包括基座、中部指段、末端指段、近关节轴和远关节轴；所述的近关节轴套设在基座中，所述的远关节轴套设在中部指段中，近关节轴与远关节轴平行，所述的中部指段套固在近关节轴上，所述的末端指段套固在远关节轴上；其特征在于：该连杆耦合式灵巧机器人手指装置还包括第一电机、第一减速器、第二电机、第二减速器、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一销轴和第二销轴；所述的第一电机和第一减速器均与基座固接，第一电机的输出轴与第一减速器的输入轴相连，第一减速器的输出轴与近关节轴相连；所述的第二电机和第二减速器均与基座固接，第二电机的输出轴与第二减速器的输入轴相连，第二减速器的输出轴与第一连杆相连；所述的第一连杆套接在近关节轴上，所述的第二连杆套固在远关节轴上并与末端指段固接；所述的第三连杆的一端通过第一销轴与第一连杆铰接，第三连杆的另一端通过第二销轴与第二连杆铰接；令近关节轴的中心线与远关节轴的中心线构成的平面为平面K，第一销轴和第二销轴分别位于平面K的两侧。

本发明所述的连杆耦合式灵巧机器人手指装置，其特征在于：第一减速器的输出轴通过第一传动机构与近关节轴相连。

本发明所述的连杆耦合式灵巧机器人手指装置，其特征在于：第二减速器的输出轴通过第二传动机构与第一传动轮相连。

本发明所述的连杆耦合式灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述的第一传动机构包括第一齿轮和第二齿轮；所述的第一齿轮套固在第一减速器的输出轴上，第二齿轮套固在近关节轴上，第一齿轮与第二齿轮啮合。

本发明所述的连杆耦合式灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述的第二传动机构包括第三齿轮和第四齿轮；所述的第三齿轮套固在第二减速器的输出轴上，所述的第四齿轮套接在近关节轴上，所述的第三齿轮与第四齿轮啮合，所述的第四齿轮与第一传动轮固接。

本发明所述的连杆耦合式灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述的第二减速器的减速比至少为100。