[发明专利]双绞线同步锁定自适应机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种双绞线同步锁定自适应机器人手指 装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人最重要的组件之一，机器人手的结构设计和功能改进等关键技 术对机器人来说至关重要。现有的机器人手主要可分为拟人手和非拟人手，两者都拥有非 常广泛的应用。由于人的手非常灵活，功能强大，在仿生学上有很大的研究学习价值，拟人 机器人手的开发有很大的前景。目前的拟人机器人手主要分为工业夹持器、灵巧手和欠驱 动手。

一方面，机器人手需要实现抓取、搬运和操作不同形状和大小的复杂物体，这对于 机器人手的控制精度等方面要求较高；另一方面，拟人机器人手要求大小合适、重量小等特 点。现有的工业夹持器功能简单，适用范围较小。现有的灵巧手有足够的关节和驱动器来完 成各种精准动作，但是非常复杂和昂贵。而欠驱动手由于自身的自适应性等特点在一定程 度上解决了这一矛盾。

带有自适应等特点的欠驱动手体积小、重量轻，在抓取物体的过程中可以改变抓 取角度以此自动适应物体的形状，控制简单、准确、稳定。

已有的一种自适应抓取物体的机械手装置(发明专利US2006129248A1)，手指部分 主要包括基座、四个指段、三个关节簧件和一个纵向腱绳。抓取物体时，先拉动纵向腱绳使 得手指伸直，然后放松纵向腱绳，依靠关节簧件自身弹性使手指弯曲包络抓取物体。由于每 个关节都具有关节簧件，手指在抓取物体的过程中可以配合物体形状按照相应角度弯曲， 具有良好的自适应性。

该装置不足之处在于：

1)该装置的关节簧件抓取力尽量大与伸直手指所用纵向腱绳的拉力尽量小之间 存在较大矛盾。为了保证抓取力较大，需要的关节簧件劲度系数较大，导致拉动纵向腱绳伸 直手指所需的拉力较大；若要纵向腱绳伸直手指所需的拉力较小，采用较弱的关节簧件，则 抓取力过小。

2)该装置难以提供更大范围的抓取力。该装置采用固定的关节簧件，提供的抓取 力局限在固定的较小范围内；该装置在抓取物体过程中主要依靠关节簧件提供的抓取力， 如果关节簧件比较弱，就无法利用与之相连的手臂的力量，在提取重物时会发生抓取失效， 比如提取很沉重的行李箱时，一般采用臂部力量提取，但是手指要有足够的力量确保弯曲 的构型。

3)过大劲度系数的关节簧件可能导致抓取物体时发生手指快速冲撞物体，从而导 致挤跑物体的失稳现象。

4)该装置在振动环境下使用会有抓取失效的可能。

已有的一种自锁气动欠驱动机器人手指装置(发明专利CN103659825A)，该装置具 有自适应抓取功能，采用棘轮棘爪实现抓取过程中的自锁，并采用电机拉动棘爪实现解锁。

该装置的不足之处在于：

1)该装置需要有推动力才能实现自适应弯曲。此推动力来自手指与物体的相对运 动：由物体挤压手指上的滑块，利用气力传动来推动下一指段弯曲。

2)该装置可锁定的关节角度是不连续的。由于棘轮的轮齿有一定的齿距，锁定不 连续；如果齿距设计得较大会降低锁定精度，如果齿距设计得较小，则会降低齿高，影响锁 定效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种双绞线同步锁定自适应 机器人手指装置，该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸；抓取物体后可以 采取锁定关节方式；抓取后锁定关节，可以提供较大的抓取力，防止手指回弹失稳,具有自 锁效果；能够同步锁定多个关节；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，重量轻，控 制容易。

本发明采用如下技术方案：