[发明专利]齿轮传动平夹耦合自适应复合抓取机器人手指装置

说明书

齿轮传动平夹耦合自适应复合抓取机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、三个指段、三个关节轴、电机、多路传动机构、三个簧件、腱绳、绕线筒等。该装置实现了双关节机器人手指平夹、耦合、自适应复合抓取功能。该装置具有末端指段平夹抓取、中部关节耦合抓取、末端指段自适应抓取、末端指段平夹自适应抓取4种抓取模式，仅用一个电机驱动，抓取物体快速，抓取范围大，能够适应不同形状、尺寸物体的抓取；该装置体积小，结构紧凑，控制容易，适合应用在各种需要抓取物体的机器人上。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种齿轮传动平夹耦合自适应复合抓取机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手部的设计在机器人的制造中占据重要地位，其优劣将直接决定机器人的实用性能。然而，目前应用较广泛的仿生灵巧手有着成本高，操作复杂，维修困难等问题，使机器人手难以规模化生产。机器人手负责完成抓取和操作物体。抓取物体的方式多种多样，根据不同的物体需要不同的抓取模式。多指机器人手的抓取模式一般有平行夹持抓取、耦合多关节联动抓取、自适应抓取等。具有多个抓取模式的机器人手已经成为当前研究的热点。

目前具有两种以上抓取模式的机器人手已经被开发出来，典型的多指机器人手有三种大的类别：

1)工业夹持器。工业夹持器在工业流水线抓取物体时经常使用，手指具有平行夹持的功能，这一平行夹持(简称平夹)是在许多场合非常有效的抓取方式，也是在桌面上抓取物体甚至是唯一的抓取方式，对中抓取，抓取位置准确，工业上得到了大量应用。工业夹持器结构简单、制造容易、工作可靠，但是，工业夹持器手指中部没有转动关节，难以抓取不同形状、尺寸物体，因此适用范围窄，不利于应用于服务机器人上；

2)灵巧手。灵巧手具有较多的关节，每个关节一般均配备一台电机主动驱动，利用较多电机驱动关节；控制复杂、成本昂贵、出力小，这种灵巧手给手势的实现带来了便利，但是成本高和控制难度大影响了应用推广；

3)欠驱动手。欠驱动手具有上述两种机器人手的优点，既有带多关节的多个手指，抓取模式得到了扩展，手势较多，同时使用了较少的电机或气缸等驱动器，抓取控制比较简单，制造成本低且出力大，应用范围比较广，得到了近十余年的热点研究，正在飞速发展。

具有平夹自适应抓取的机器人手和具有耦合自适应抓取的欠驱动手被开发出来：

1)耦合自适应抓取机器人手能够将耦合与自适应抓取融合起来，先采用耦合抓取模式，当近指段接触物体后再采用自适应抓取模式，实现了又一种较好的复合抓取；

已有的一种耦合欠驱动一体化双关节机器人手指装置(中国专利CN101664930B)，包括基座、电机、两个指段、两个关节轴、电机、四个连杆和两个簧件等。该装置实现了两关节手指耦合抓取过程与欠驱动自适应抓取过程融合于一体的效果，该装置在碰触物体前采用耦合方式转动，且可实现捏持方式抓取物体，在碰触物体后，又可以采用欠驱动自适应方式转动抓取物体，自动适应所抓物体的大小和形状，实现握持方式抓取。该装置的不足之处在于：该装置仅具有耦合自适应抓取模式，无法实现平夹自适应抓取。

2)平夹自适应抓取机器人手能够将平行夹持与自适应抓取融合起来，先采用平行夹持抓取模式，当近指段接触物体后再采用自适应抓取模式，实现了较好的复合抓取；

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，该装置仅具有平夹自适应抓取模式，无法实现耦合自适应抓取。

此外，具有耦合自适应与平夹自适应的多抓取模式切换手指已经被设计出来。