[发明专利]复合柔性传动平夹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，特别涉及一种复合柔性传动平夹自适应机器人手 指装置的结构设计。

背景技术

自适应欠驱动机器人手采用少量电机驱动多个自由度关节，由于电机数量少，藏 入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境 敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时电子传感和闭环反馈 控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。

在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是捏持，一种是握持。捏持是用末端手指 的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具 有对立面的较大物体；握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到 更稳定的形状包络抓取。工业夹持器一般采用捏持方式，难以具有稳定握持功能，不能适应 多种形状物体的稳定包络抓取；自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持， 但是无法实施捏持抓取；耦合的多关节手可以实现多关节同时转动，能够实现捏持，不能实 现针对多种形状物体的稳定的多点包络握持。上述三种手均有很大的提升空间。现实中很 需要一种既具有捏持功能，又能够实现稳定自适应包络抓持的机器人手。

已有的一种具有双自由度欠驱动手指的五连杆夹持装置，如美国专利 US8973958B2，包括五个连杆、弹簧、机械约束。该装置在工作时，开始阶段保持末端指段的 姿态进行近关节弯曲动作，之后根据物体的位置可以实现平行捏持或自适应包络握持的功 能。其不足之处在于，该装置采用非常复杂的多连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围 较小，机构体积大，缺乏柔顺性，制造成本过高。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种复合柔性传动平夹自适 应机器人手指装置。该装置具有多种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后转动 第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控 制系统。

本发明的技术方案如下：

本发明设计的一种复合柔性传动平夹自适应机器人手指装置，包括基座、第一指 段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；所述近关节轴的中心 线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该复合柔性传动平夹自适应机器人手指装置还 包括传动机构、第一传动轮、第二传动轮、第一柔性传动件、第三传动轮、第四传动轮、第二 柔性传动件、凸块拨盘、第一簧件、第二簧件和限位凸块；所述近关节轴活动套设在基座中； 所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述第二指段套 接在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端 相连，所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；所述第一传动轮活动套接在近关节轴上， 所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接；所述第一柔性传动件采 用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、 绳轮或链轮，所述第一柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述第一柔性传动件、第 一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系； 所述第一柔性传动件形成“O”字形；所述第三传动轮活动套接在近关节轴上；所述第四传动 轮套接在远关节轴上，第四传动轮与第二指段固接；定义抓取物体的一侧为该复合柔性传 动平夹自适应机器人手指装置的前方，相对的另一侧即远离抓取物体的那一侧为该装置的 后方；所述第二柔性传动件依次从前方或后方缠绕经过第三传动轮，穿过第一指段，从前方 或后方缠绕经过第四传动轮；所述第二柔性件分别在第三传动轮、第四传动轮上的同一侧 缠绕；所述第二柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第三传动轮采用带轮、绳轮或链 轮，所述第四传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二柔性传动件、第三传动轮和第四传动 轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系；所述凸块拨盘活动套 接在近关节轴上，所述凸块拨盘与第三传动轮固接；所述限位凸块与基座固接；所述凸块拨 盘与限位凸块相接触或离开一段距离；设第一指段靠向物体的转动方向为近关节正方向， 第一指段远离物体的转动方向为近关节反方向；在该复合柔性传动平夹自适应机器人手指 装置处于初始状态时，凸块拨盘与限位凸块接触，设此时凸块拨盘相对基座的旋转角度为0 度，从该位置开始，凸块拨盘朝近关节正方向旋转时的转动角度为正，凸块拨盘朝近关节反 方向旋转时的转动角度为负；所述限位凸块限制凸块拨盘的转动角度只能为正；所述第一 簧件的两端分别连接第二柔性传动件的一端和基座，第一簧件拉紧第二柔性传动件，所述 第二柔性传动件的另一端与第二指段固接；所述第二簧件的两端分别连接第二指段和第一 指段；第二簧件使第二指段靠向拉紧第二柔性传动件的方向；第一传动轮的传动半径大于 第二传动轮的传动半径；第三传动轮的传动半径与第四传动轮的传动半径相等。