[发明专利]多传感器反馈控制直线平夹自适应机器人手指装置

说明书

多传感器反馈控制直线平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域。该装置包括两个指段、两个关节轴、三个电机、三个传动机构、控制模块、三个电机驱动模块和五个传感器，其中控制模块执行控制程序。该装置为机器人手指，可以实现直线平夹抓取与自适应抓取两种抓取模式的综合。在物体位于末端时可以采用直线平夹方式，手指末端始终保持在同一高度，更好地抓取桌面上的薄板类零件；在物体位于第一指段附近时能够实现先直线平夹运动两个关节，再实现自适应包络抓取的效果，针对不同形状、大小的物体具有自适应特性，抓取稳定，使用方便，抓取范围大，适用在需要抓取多种物体的机器人中。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种多传感器反馈控制直线平夹自适应机器人手指装置的设计。

背景技术

拟人机器人是机器人研究的尖端领域，其许多功能都需要机器人手的抓取和操作来实现。因此，机器人手的设计是拟人机器人设计的关键技术。

自适应抓取具有自动适应物体形状、大小的特点，降低了控制难度和成本，已经成为机器人手设计中的一个重要分支技术。

此外，具有平行夹持功能的机器人手适合抓取工业上的许多物品，在很多机器人手中应用。不过末端圆弧轨迹的特点使得平行夹持手在抓取桌面物品时还需要机械臂的协调配合，导致这个功能的使用成本较高，编程不便，带来诸多不足。

一种具有末端始终沿着直线轨迹的平行夹持手可以大大降低对于机械臂配合协调的需求，控制难度降低很多，因此，目前具有直线平夹功能的机器人手被提出来，并已经有了一些设计作品出现，不过将直线平夹与自适应结合起来的直线平夹自适应手还处于比较初级的阶段——核心是采用机械装置，多数利用了各种弹簧、限位块等元件，在弹簧的设计中存在着许多变数，弹簧长时间使用存在不可靠易损坏等安全隐患，同时弹簧的选型与测试也带来研发的成本升高。

因此利用电子式来取代机械式实现直线平行夹持与自适应抓取功能就具有了突出的优点——一方面，减少了机械零部件数量，制造成本低，同时模块化设计多个关节也大大降低了设计成本与安装成本，在维修方面也具有诸多优势，另一方面，电子式功能仅需要编程完成一次，既可以将程序多次复用，利用程序的便利修改特点，还可以轻松升级，在线更新，于是功能更加多样化，这样成为目前技术发展的一种潮流和趋势。

现有的具有自适应抓取特性的机器人手大多数为机械式自适应手。机械式自适应手指传动链长，会产生空程、间隙和丢步等问题，使手指抓取性能降低。机械式自适应手的触发阈值过大，需要在手指根部的第一指段上施加较大的抓取力才能触发自适应，当施加于手指根部的第一指段上的抓取力较小时，机械式自适应手无法完成自适应，当第一指段抓取力较大时，机械式自适应手可以完成自适应，但会导致第二指段抓取力与第一指段抓取力相比非常小，为了使两个指段都有较大的抓取力，需要第一指段施加更大的抓取力，但是过大的第一指段抓取力会损坏物体，因此，对许多物体的抓取来说，机械式自适应手指抓取方式很不理想。

现有的一种多传感器反馈自适应机器人手指装置(专利CN102303316B)，包括两个指段、关节轴、电机、三个传感器、控制模块和电机驱动模块。该装置利用多传感器反馈信号、电机驱动与控制模块和自适应抓取控制算法实现了参数可调、程序控制的机器人手指装置，可以实现不同形状、大小物体的自适应抓取，达到了触发自适应抓取的单电机单关节动作效果，其不足之处在于：1)该装置仅能实现单个关节的自适应弯曲，没有多个关节，无法实施包络抓取；2)该装置不具有平行夹持的功能，该装置弯曲过程中，末端指段并不保持原有姿态；3)该装置难以简单串联实现多关节的平行夹持与自适应抓取。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足，提供一种多传感器反馈控制直线平夹自适应机器人手指装置，该装置实现末端指段直线平夹和自适应抓取，同时多个指段对物体的抓取力相互独立易于调节控制，控制准确、抓取自由、适应性高、适应范围广和操作简单。

本发明的技术方案如下：