[发明专利]连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置的机构设计。

背景技术

从达芬奇时代起，人们就开始了关于模拟人类手掌的尝试，到了今天医学、航天、制造业各个领域无不产生对机器手的需求。在人们投入极大的经历去研制新一代的机器手时，机器手的功能依据在各自领域的不同用途出现了多元化的倾向，其中的一大类是为了实现高效、稳定抓取目的的机器手。

由于目的是抓取，不需要对抓取过程精确的控制，因此这类手的手指的研制主要围绕两个模式展开，一个是“耦合”抓取模式，另一个是“欠驱动”抓取模式。所谓“耦合”抓取模式即同时弯曲各关节的动作模式，这种模式能够很好的模拟人手的运动状态，达到逼真的效果。所谓“欠驱动”的抓取模式即通过少量电机引起多个相互独立的关节运动的动作模式，这种模式可以实现对物体的包络抓取。

这两种模式各有各的不足。在“耦合”模式的抓取中，各关节均以固定比例角度的转动，虽然有很多关节的运动但实际上只有一个自由度，在抓取物体时一旦某个指段抓取物体其它指段一般无法触碰物体，很难恰好适应物体的形状尺寸，完全不具备抓取物体时对不同尺寸物体的自适应性。在“欠驱动”模式的抓取中，手指可以通过弹簧等柔性约束实现自由度的增加，进而对物体实现自适应效果的抓取。但是在这种抓取模式下，手指在触碰物体后进入欠驱动状态下会对物体施加力，增加物体射出的风险，为操作带来不便。如用在拟人机器人手领域，由于手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，不符合人手抓取特征，也不能满足拟人化的需求。

基于以上问题，有人提出一种耦合欠驱动的抓取模式，即手指可以先耦合运动，触碰物体后可以进行自适应抓取。已有一种耦合欠驱动两关节机器人手指装置（【公开号】CN101664930），包括括基座、电机、第一指段、远关节轴、第二指段、主动锥齿轮、从动锥齿轮和双联锥齿轮等。这一装置综合之前装置的优缺点较好地实现了耦合欠驱动的抓取模式，但结构复杂（四根连杆作为传动机构、两个弹簧），增加了装置的不稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置，通过键槽传动以及弹簧解耦的方式，综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果两者的有效融合。该装置仅采用两个连杆构成传动机构，结构简单，并且只用一个弹簧便实现了耦合自适应的抓取效果；手指的外形与抓取物体的动作与人手指相似，对控制系统要求低，适合作为一般的拟人机器人手的手指。

本发明的技术方案如下：

连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、第一指段、第二指段、远关节轴、近关节轴和耦合传动机构；所述的电机与基座固接，电机的输出轴与所述的减速器的输入轴相连；所述的近关节轴套设在基座中，所述的远关节轴固接在所述的第一指段中；第一指段套接在近关节轴上，所述的第二指段套接在远关节轴上；所述的近关节轴和远关节轴的轴线相互平行；

其特征在于：所述的耦合传动机构包括第一连杆、推杆、推杆螺母、第一连接轴、第二连接轴、键轴和簧件。

所述的推杆的一端设有推杆螺母，通过推杆螺母与减速器输出端螺纹连接，另一端设有键槽和第一连接轴；键槽与所述的键轴套接，键轴固设在第一连杆的一端，第一连杆的另一端套接在近关节轴上；第一连接轴固接在推杆上并与第二连杆的一端套接，第二连杆的另一端套接在第二连接轴上，第二连接轴和第二指段固接；所述的簧件的两端分别连接第一连杆和第一指段；所述的近关节轴、远关节轴、第一连接轴、键轴和第二连接轴的轴线相互平行。

本发明所述的连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置，其特征在于：所述的近关节轴、远关节轴、键轴符合如下关系：设近关节轴的轴线与远关节轴的轴线所在平面为P平面，近关节轴的轴线与键轴的轴线所在平面为M平面；则P平面与M平面的夹角大于所用材料的摩擦角。

本发明所述的连杆键槽式耦合欠驱动双关节机器人手指装置，其特征在于：所述的簧件采用拉簧、板簧或弹性绳。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

该装置利用键槽机构及簧件所具有的解耦作用综合实现了耦合与自适应欠驱动两种抓取方式简单有效地结合。本装置通过键槽传动以及弹簧解耦的方式，综合实现了耦合抓取效果与自适应欠驱动抓取效果两者的有效融合。该装置仅采用两个连杆构成传动机构，结构简单，并且只用一个弹簧便实现了耦合自适应的抓取效果；手指的外形与抓取物体的动作与人手指相似，对控制系统要求低，适合作为一般的拟人机器人手的手指。

附图说明