[实用新型]分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置

说明书

本实用新型有关于分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置，属于机器人手技术领域，包括电机、多个连杆、凸轮、推板、两个齿条、两个齿轮、四个锥齿轮、套筒、两个簧件和限位块等。该装置实现了双关节机器人手指直线平夹自适应复合抓取的功能。根据目标物体形状和位置的不同，该装置既能直线平动第二指段捏持物体或外张撑取物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应抓取不同形状、大小物体；电机安装在不动的基座下部，减轻了可动的基座上部的重量，便于实现远程驱动；该装置在平夹抓取阶段其末端沿直线轨迹运动，降低了抓取桌面上薄板物体时的控制难度，提高抓取效率，抓取稳定，结构紧凑、成本低；适用于需要抓取工件的各种机器人上。

技术领域

本实用新型属于机器人手技术领域，特别涉及一种分离驱动凸轮式高度自调节平夹自适应手指装置的结构设计。

背景技术

机器人是上个世纪最伟大的发明之一，直接将计算机的决策应用于物理系统的动作，从而带来了无限的可能，比起过去仅利用人力或者纯机械工具来说，大大提高了机器的智能性和作用范围，给人类生活带来无限希望。

经过数十年发展，工业机器人逐渐在闭环反馈控制思想的统领下走到了人工智能初步蓬勃发展的今天。机器人的核心原理是利用传感器感知环境并时刻调整自身的各种关节与参数，来达到最优的服务或动作功能。机器人要帮助人类在深海、航空航天、医疗、石油化工、家庭社区服务等等领域完成各种任务，就需要有一双类似于人手的部件——机器人手。机器人手为了模仿人手需要提供较多的关节自由度和驱动动力源，但是数量较多的驱动器与狭窄的手部空间体积呈现出较大的矛盾，因此如何提高机器人手的功能模式，降低机器人手对体积重量的需求，改善机器人手对环境的适应能力成为机器人手走向实用化的关键。近十余年来，机器人手研究呈现出蓬勃发展的态势，有较多的多关节机器人手被研究和开发，其中，最具有代表性的是灵巧手，但是由于出力小、控制难度大和比较昂贵等各种原因，暂时仍然在实验室研究阶段。简单实用的工业二指夹持器能够满足多数的简单抓取任务，得到工业上的大量应用，带来了机器人手各种版本的蓬勃发展。在灵巧手与工业夹持器之间又诞生了一种少量驱动器获得多数关节转动效果的欠驱动手。

欠驱动手是指具有欠驱动手指或者欠驱动关节的机器人手，其核心是如果利用一个电机(或气缸、液压缸等驱动器)来实现两个以上关节自由度的驱动，并且巧妙设置弹性元件来进行储能与释放，释放时刻随环境与机器人手之间的相互关节而临时自主确定，从而达到了等同于存在一种闭环反馈控制的效果，这样的机械装置称为智能机械。智能机械在机器人手上的发展为欠驱动手指机构设计带来了新的思路。已经有形形色色的各种欠驱动机器人手指被开发出来。其中最为重要的是具有自适应抓取效果的欠驱动手指。

自适应欠驱动机器人手指成本相对较低，结构紧凑，无需复杂的控制系统，这些突出优点使得欠驱动手指成为研究热点。自适应抓取物体是一种利用多个接触点接触物体，从而达到稳定抓取的目的，这些接触点的安排不是预先确定的，只有抓取的时候才由机构临时互动形成，达到了不论物体形状尺寸均具有较好效果的抓取。

已有的一种欠驱动机器人手指装置(中国发明专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平行带轮式传动机构等。该装置实现了手指弯曲抓取物体的效果，具有自适应性。该装置的不足之处在于：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难以实现较好的末端平行夹持抓取效果。

具有平行夹持和自适应抓取功能的机器人手非常必要，扩大了机器人手的抓取对象的范围，对工业生产和日常生活有较大的益处。

具有直线平动夹持的机器人手已经被发明出来(专利WO2016063314A1)，包括若干连杆，一个夹持指段，电机组成。该装置能够实现夹持指段的直线平动，利用夹持指段的平行移动对不同大小的物体实现平行夹持的功能。其不足之处在于：该装置只能实现直线平行夹持功能，无法实现自适应包络抓取物体的功能。