[发明专利]磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置

说明书

磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置，属于机器人技术领域。该装置包括柔性件、腱绳、手指、通道、线圈、磁流变液、驱动器和基座。柔性件采用布、网或膜的薄壁结构，内部密封有磁流变液；通道、线圈设置在柔性件上；腱绳一端与驱动器的输出轴固连，另一端穿过通道并与其末端固连。本发明装置利用腱绳拉动通道，使得柔性件收拢封口，实现了不同形状、不同尺寸物体的自适应抓取功能；该装置利用手指的弹性，使得柔性件保持最适宜的抓取姿态，并实现柔性件的复位；该装置还采用了磁流变液在磁场中固结的特性，辅助固定了抓取的形态，实现可靠抓持；该装置使用少量驱动器驱动多个手指，结构简洁，制造、维护成本低。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置的结构设计

背景技术

机器人手作为机器人的执行终端，需要实现抓取与释放两个动作。按使用场合的不同，主要可分为拟人机械手与通用抓持器两大类机器人手。拟人机械手与人手相似，主要作为义肢，供残疾人使用。通用抓持器在工业上有广泛应用，用于自动化生产线上机器人夹持物体。

Christian Cipriani等人在文献中介绍了一种腱绳驱动的拟人机械手SmartHand(Cipriani C,et al.Objectives,criteria and methods for the design of theSmartHandtransradial prosthesis[J].Robotica,2010,28(06):919-927.)。该拟人机械手由4个驱动器驱动，通过腱绳带动手指运动。此外，英国的Shadow公司已商业化生产腱绳驱动拟人机械手(美国发明专利US 2013313844A1)。腱绳驱动的方式能简化拟人机械手的结构，易于设计轻巧、多自由度的灵巧手。但该类装置由于驱动元件较多，自由度高，使得整体结构复杂，制造加工成本高。

John Amend等人在文献中介绍了一种基于粒状材料堵塞原理的柔性通用抓持器(Amend J R,et al.A positive pressure universal gripper based on the jammingof granular material[J].Robotics,IEEE Transactions on,2012,28(2):341-350.)。抓持器柔性时接触并挤压待抓取物体，抓持器末端橡胶球发生形变，橡胶球内存在大量咖啡颗粒，此时，对橡胶球内部抽真空，过滤膜使咖啡颗粒约束在橡胶球的密闭空间内相互楔紧，从而使变形后的橡胶球形状固定下来，实现抓取。该装置适用于各种形状物体的抓持，自适应能力较强。该装置的不足之处为：该装置采用气动的方式实现，整个系统体积庞大，能耗大，噪音大，难以小型化，造价昂贵。

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。磁流变液具有响应速度快、阻尼连续可逆变化、低电压低功耗、机构简洁、使用寿命长等特点，因此成为了一种用途广泛、性能优良的智能材料。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置，该装置能实现腱绳驱动与柔性通用抓持相结合的效果，只需一个驱动器，且具备不同物体自适应欠驱动抓取功能，并采用了磁流变液辅助抓持过程，使得抓取更可靠，其驱动方式简洁可靠，结构紧凑，制造、维护成本低。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置，其特征在于：该磁流变液辅助柔性掌面自适应欠驱动机器人手装置包括柔性件、至少一根腱绳、至少两个手指、至少一个通道、线圈、磁流变液至少一个驱动器、基座；所述的柔性件中部与基座固连，柔性件内部密封有磁流变液；所述的手指设置在柔性件上；所述的通道设置在柔性件上；所述的驱动器设置在基座中；所述的腱绳一端与驱动器的输出轴固连，另一端穿过通道并与通道的末端固连；所述的线圈设置在柔性件周围。