[发明专利]滑动基座补偿式直线平夹自适应机器人手指装置

说明书

滑动基座补偿式直线平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括底座、滑动基座、电机、传动机构、高度补偿组件和至少一个手指组件；所述手指组件包括两个指段、两个关节轴、三个转轴、多个连杆、簧件和限位块。所述高度补偿组件包括杠杆、一个转轴、滑槽件、滚轮、齿轮和齿条。该装置实现了双关节机器人手指直线平行夹持及自适应多种抓取模式。该装置既能直线轨迹平动夹持或外张撑取物体，尤其适合抓取平面工作台上的各种物体，也能自适应抓取不同形状、尺寸物体；利用杠杆滑槽实现滑动基座的整体抬升或下降；采用欠驱动的方式，无需复杂的传感和控制系统，成本低，适用于多种不同的机器人。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种滑动基座补偿式直线平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手作为机器人的重要部件，是机器人研究的热点和难点。目前拟人机械手的研究成果主要集中在灵巧机械手和欠驱动机械手，同时还包括工业夹持器和特种手等。灵巧手通常指具有多手指、多指节、多自由度、多驱动；至少有3个手指，9个电机主动驱动。一般每个手指具有3个主动自由度；手指每个主动关节都采用驱动器驱动，可以实现类似人手的多数动作。虽然灵巧手具有很高的抓取及操作能力，但是由于灵巧手具有多指、多主动自由度的特征，迫使其需要控制多个驱动电机，结构复杂且实时驱动、传感与控制困难。各关节独立驱动控制，手指关节难以协调，抓取操作力量也小，成本昂贵，难以广泛使用。复杂的驱动系统和控制系统又使得灵巧手容易损坏，维护成本高。

欠驱动手为多指机器人手，每个手指具有2个或以上的关节自由度，每个手指只安装少量驱动器，就可以实现对物体的自适应抓取功能，结构简化，驱动控制容易。欠驱动手指设计的关键在于手指机构设计。欠驱动手指具有多个关节自由度。由于手指机构中的可变约束使得手指在工作时只能释放出单个自由度，每个欠驱动手指采用单个驱动器就可以实现对物体的自适应抓取。由于驱动器的大量减少，欠驱动手的驱动、传感与控制系统得到简化，因此欠驱动手机构简单紧凑，体积小，成本低，抓取可靠。

人手的另一个重要特征是实现混合抓取模式，既可以实现握持也可以实现捏持。大多数欠驱动的手采用自适应包络物体的方式，能够实现对一个物体的包络式抓握。然而，这样的手不能捏持，即利用末端手指的指尖部分去夹取物体。如采用两个点或两个指段软面去接触物体，这种捏持方式主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体。

已有的一种具有直线轨迹平动夹持功能的机器人手指装置(世界专利

WO2016063314A1)，包括电机、传动机构、8连杆机构和8个转轴。该装置采用全转动关节实现了末端指段的直线平动，能够以直线轨迹平行夹持物体。其不足之处在于：该装置无法实现自适应抓取功能，无法用多个接触点包络抓取不同形状、尺寸的物体，而且连杆和转轴数量多，机构比较复杂。

已有的一种平夹与自适应复合抓取的欠驱动机器人手指装置(美国专利US5762390)，包括基座、两个指段、两个关节轴、多个转轴、电机、传动机构、多个连杆、簧件和限位块等。此装置实现了末端指段平行夹持，第一指段接触被夹持物后第二指段转动自适应包络物体的功能，既具有平动捏持功能，又能够实现自适应包络抓取。其不足之处在于：该装置仅能实现圆弧平行夹持功能，无法实现直线平行夹持功能，在工作台上夹持不同尺寸的薄板物体时需要机器人臂部运动才能配合实现抓取。

已有的一种齿条余弦伸缩直线平夹自适应手指装置(中国专利CNCN108189055A)。该装置能够实现直线轨迹平行夹持与自适应复合抓取功能，既能直线轨迹平动第二指段夹持物体，也能先转动第一指段碰触物体后再转动第二指段包络握持物体，达到自适应抓取效果。其不足之处在于：1)为了补偿第一指段转动中产生的第二指段高度差，增加了第二指段表面罩，让第二指段表面罩在第二指段上滑动，在抓取物体时末端指段接触物体的面积减小许多，只有第二指段表面罩能够接触物体，影响了抓取物体的末端指段大小；2)在第一指段、第二指段中采用连杆机构、齿轮齿条机构来实现直线轨迹平动第二指段表面罩的效果，机构复杂；3)达到直线轨迹平动末端指段所增加的机构，占用了手指用于存放传感器、电路模块的有限空间。