[发明专利]一种欠驱动自适应两指夹爪

说明书

本发明公开了一种欠驱动自适应的两指夹爪，属于机器人末端执行器领域。该两指夹爪包括手指、基座和法兰。两指夹爪的两个手指由4个指节组成，共有2个自由度，由1个微型电机驱动。每个指节之间通过轴、孔配合扭转连接，手指能够实现张开、闭合动作。两指夹爪可以通过法兰与机械臂连接。本发明灵活度高，结构简单、紧凑，能够有效实现不同大小、形状物体的自适应抓取。

技术领域

本发明属于机器人末端执行器领域，是一种欠驱动自适应两指夹爪。

背景技术

目前，机器人末端执行器大多分为三大类。一类是为完成单一任务而设计的低自由度夹具，一类是具有多自由度的多指灵巧手，还有一类是欠驱动夹持器。其中低自由度夹具简单、性能稳定、成本低廉。但是，带来的问题就是动作单一，灵活性差，仅能完成特定的动作。它们大多仅有一个自由度，仅能完成一个简单的动作。多自由度灵巧手十分灵活，大多仿造人手设计，能够抓取不规则形状物体，可以完成复杂动作。但是，由于自由度的增加，机械结构必将复杂，传动不够稳定，鲁棒性能差。而且，要想完成复杂的抓取动作，必将配置多个传感器作为反馈，这就增加了控制系统集成性难度，也使成本大大提高。为了优化这两种夹持器的缺点，欠驱动夹持器由此诞生。欠驱动夹持器是一种末端执行器，其执行机构少于自由度，既增加了自由度，使其适应性更强，又不会使结构过于复杂。目前，对于末端夹具手的研究取得一定成果的有清华大学的TH-1手、加州理工学院的Harada手、哈尔滨工业大学的HIT/DLR手等。

一种末端执行器多指灵巧手，如发明专利CN102085662A，由一个电动拇指、四个电动手指和机械手掌组成。除拇指有4个主自由度外，其余手指结构都相同，均有三个主自由度和一个从动自由度。手指通过连杆机构耦合齿轮进行传动，每个手指均由电机驱动。其不足之处为，除拇指外其余手指关节处齿轮传动比确定，只能按确定的速率进行弯曲，抓取物体的适应性差，而且结构相对复杂，手掌体积较大。另一种欠驱动执行器，如发明专利CN109732639A，是一种液体等压欠驱动仿生机器人手爪，由底座、驱动机构和手指组成，通过液压驱动，以管路液压贯通方式实现等压驱动。其采用液压驱动方式，解决了传动机构复杂的问题，但是对管路密闭性要求严格。

目前，末端执行器的研究难点和关键技术在于结构设计和驱动方式的研究上。如果为了实现多自由度抓取功能，结构设计和传动系统必将十分复杂；如果简化机械结构，手指的多自由度和高适应性又不能保证。所以，如何能满足高适应性抓取功能条件下简化机械传动结构成为了现今的研究热点。

发明内容

本发明目的在于提供一种欠驱动自适应两指夹爪，该欠驱动自适应两指夹爪具有2自由度，结构简单、可靠、适应性强，可以实现包络抓取和两指夹取。该夹具可用于多种自动化场景中，例如自动化装配线、结构化或非结构化环境中的移动操作、遥控操作、无夹具机器人焊接、机器管理、零件分拣和料仓拣选等。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种欠驱动自适应两指夹爪，包含一个法兰、一个基座和两个手指，每个手指为连杆机构。法兰一端与基座通过垂直于基座底面用螺钉与其相连，另一端用于夹爪与类似机械臂等装置相连；基座为扣合式壳体机构，基座内部安装有电机、驱动控制器、传动机构，内部构件都与基座平行安装；手指部分是一个五连杆机构，两指在闭合状态下与基座垂直安装，其中基座近端有两个连杆，将与传动部分连接的杆件命名为驱动指节，另一基座近端连杆命名为转动指节，与驱动杆相连命名为限位指节，与限位指节和转动连杆相连的为夹取指节，其中夹取指节设有粗糙接触面；手指通过驱动指节与基座底面平行的轴连接，将其命名为驱动轴；其余指节与指节的连接轴，按距离基座由近到远分别命名为手指轴一、手指轴二、手指轴三、手指轴四，手指轴一连接转动指节和基座，手指轴二连接驱动指节和限位指节，手指轴三连接限位指节和夹取指节，手指轴四连接夹取指节和转动指节；其中手指轴一上装有与其轴线重合的扭簧，扭簧设置在基座内部；轴与指节通过无油衬套连接，无油衬套端面与手指侧面接触。