[发明专利]基于变胞原理的欠驱动机械手

说明书

本发明涉及一种基于变胞原理的欠驱动机械手，包括至少两个机械手指和驱动部分，机械手指包括四个部分，分别为指尖部分、小指部分、中指部分和指根部分，四部分中相邻部分之间相互铰接，驱动部分包括手掌机架、直线轨道、移动件和动力源，直线轨道垂直固定在手掌机架上，动力源驱动移动件沿直线轨道往复移动，移动件和手掌机架均与每个机械手指的指根部分连接，移动件沿直线轨道的往复移动能够驱动固定于手掌机架的每个机械手指中的四个部分进行多自由度运动。本发明的机械手采用了单驱动结构，而且在抓取过程中不需要依靠其它物体的支撑即可实现物体的抓取，驱动元件少、易控制、灵活性高，且结构简单、易制造、成本低。

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种用于机械臂执行末端上基于变胞原理的欠驱动机械手。

背景技术

随着社会发展和科技进步，当今世界机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国的重视，在工业生产、太空和海洋探索、国防建设以及人民生活等许多领域得到了巨大的发展和越来越广泛的应用。机器人作业环境和执行任务的精细及复杂化程度也变得越来越高，普通机器人以及与其配置的末端夹持装置己远远不能满足航天作业、深海作业、核工业技术以及其它柔性生产线上各种灵巧和精细操作任务的要求，人们期待着能够将一种通用的、智能化的、能适应各种复杂工作需要的末端操作装置与机器人组装起来，协调完成各种复杂和精巧的工作任务。在这种背景下，机器人多指灵巧手的研究己成为机器人研究领域的热门研究方向之一。

传统的专用夹持器虽具有制造简单，控制方便、负载能力强、可靠性高等特点，但是仅对少量特定形状的物体适用，缺乏通用性，不能满足多任务、高适应性的要求。在这种情况下，出于拟人化的想象，多关节多手指的灵巧手成为机器人末端执行器的发展趋势，这种多关节多指手具有形状适应能力强的优点，能适应多种不同任务的需要。

而变胞机构是一类具有多功能阶段变化、多拓扑结构变化、多自由度变化等特征的机构。可根据功能需求或环境等的变化，进行自我重组和重构，在运动中改变构态，使变胞机构适应不同的任务需求，应用于不同的场合，将变胞机构理论应用于机械手设计，可使机械手适应不同的任务需求更大地发挥其功能。

欠驱动系统是指系统的独立控制变量个数小于系统自由度个数的一类非线性系统，在节约能量、降低造价、减轻重量、增强系统灵活度等方面都较完全驱动系统优越。将欠驱动系统理论应用到机械手的设计中可以简化其结构，降低重量和成本。

但是，为了增强仿人机械手的拟人化，要为机械手设计较多的关节自由度，而为了减轻对机械手的控制难度，以及减小机械手的体积、重量，需要减少驱动器数目，这两者有一定的矛盾。在多指机械手的研究和应用中，一般都采用串联若干关节的办法来构造机械手的手指，并为每个自由度都设置一个驱动和传感器，导致驱动元件过多，控制复杂，降低了机械手的灵活性和可控性，同时还增加了机械手的幵发成本。

而目前被研制出的一些欠驱动机械手的手指部分为刚性结构，既不能适应被抓物体的表面形状、尺寸不一致，又不能满足接触力不损坏且可靠抓持复杂物体的特殊性要求，同时还会对被抓持物体产生较大冲击。

因此，如何解决机械手自由度数、驱动方式、重量、灵活性、抓取能力、可靠性之间的矛盾问题，成为了新型机械手研制与开发中的关键问题。针对此问题，基于变胞原理的欠驱动机构作为设计机械手的新思路，并受到了热切关注。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种基于变胞原理的欠驱动机械手，解决了现有技术驱动元件过多、控制复杂、灵活性低、结构复杂、不易制造以及成本高的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：