[发明专利]自锁流体联动自适应机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种自锁流体联动自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

人手对于人来说非常重要，与人一样，机器人手对于拟人机器人来说同样重要。机器人通过手部抓取工具开展工作，或者通过手部抓取物体进行空间位移操作。机器人手作为拟人机器人的输出终端，被越来越多的机器人研究者所重视。在机器人学领域有两大类机器人手：灵巧手和欠驱动手，它们分别基于主动控制和欠驱动两种不同的驱动方式。灵巧手外形和动作极似人手，可以在复杂控制算法和机构的综合作用下，灵活地完成人手所能完成的多数动作，但是灵巧手价格昂贵，制造控制难度大，维护难度大。欠驱动手可以自适应抓取物体，控制难度小、维护简单、装置稳定。

已有的一种气动式主动驱动的多指多关节机器人手装置(发明专利CN101402200A)，其中每个关节采用气动柔性驱动器实现手指的弯曲。该装置的不足之处为：该装置由于采用气力主动驱动各手指各关节的转动，使得该手体积大、质量大、制造成本高、控制难度大，不能自适应抓取物体，必须依赖很复杂的控制才能实现对不同尺寸形状物体的抓取。

已有一种气动式欠驱动机器人手指装置(发明专利CN101733758B)，包括第一、二指段和欠驱动关节。欠驱动关节包括主动滑块、关节轴、两个气动柔性件和簧件；主动滑块镶嵌在第一指段中；关节轴套接在第一指段中，第二指段套固在关节轴上；第一气动柔性件设置在第一指段与主动滑块之间；第二气动柔性件设置在第一与第二指段之间；第一、第二气动柔性件通过第一指段通孔相通。

该装置能够在物体挤压主动滑块的过程中，利用物体挤压力通过气动方式驱动第二指段绕关节轴转动，但是，该装置在物体不挤压主动滑块时，第二指段将回复伸直的初始状态。由于该手指在抓取物体时需要支承面(如桌面)、其他手指、手掌或其他手配合才能实现手指弯曲，因此该装置无法实施在抓取过程中反作用面撤销的物体抓取，例如，该装置不能实施对放在支承面上的物体的抓取：一个物体放置在桌面上，当安装在机械臂上的手指靠向物体，物体会挤压主动滑块导致手指弯曲，但是当机械臂离开桌面时，手指的弯曲不能保持，于是物体脱落，抓取失败。

已有一种弯曲自锁气动欠驱动机器人手指装置(发明专利CN103659825A)，该装置采用气动方式实现自适应欠驱动效果；采用棘轮棘爪实现单向弯曲，防止在反作用面撤离或振动干扰时物体松脱；采用电机解除棘爪对棘轮的约束，释放物体。该装置的不足之处在于，棘轮棘爪的锁定是一种量化的锁定，不能做到无级锁定，锁定的角度有限，为了降低最小的锁定角度，需要制作模数很小的棘轮，棘轮的制造成本高，锁定效果不理想。

上述两种装置仅实现了自适应抓取，没有耦合抓取效果，即：当串联两个关节做成双关节的手指时，缺少耦合联动的过程，导致抓取物体的动作拟人性不高。手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，动作和外观与人手有较大差别，拟人化不够，因为耦合抓取效果在人手的多数抓取过程中是很常见的；此外，这两种装置的抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端捏持抓取效果；不能做到没有物体抓取时，类似人手的握拳动作；也难以做到末端指段捏持物体时各关节呈自然弯曲状态。

上述三种装置都是采用气体作为传动介质，存在不足：气体容易被压缩，动作迟滞现象显著，对关节的力锁紧得不够，手指在抓取、移动物体时可能会出现因振动干扰而导致抓取失稳现象。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种自锁流体联动自适应机器人手指装置。该装置实现先耦合转动而后再自适应弯曲的功能，即能末端捏持也能自适应包络握持，并具有保持抓持力的功能，可以安装到机械臂上，配合机械臂的主动运动实施反作用面撤离的物体抓取，也可防止在抓取过程中因为振动干扰导致失稳现象。

本发明采用如下技术方案：