[发明专利]柔性驱动刚度可变差动耦合机器人手指装置

说明书

本发明公开了一种柔性驱动刚度可变差动耦合机器人手指装置，所述机器人手指装置包括基座、第一指节、第二指节、第一关节轴、第二关节轴、第一带有自锁的柔性驱动器、第二带有自锁的柔性驱动器、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一传动件、第二传动件、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、输出锥齿轮和传动机构。本发明的机器人手指装置利用两个指节、两个关节轴、两个驱动器、多个弹簧、三套传动机构、两套谐波组件、两个刚轮转动臂、多个齿轮和两个滑块等综合实现了两自由度机器人手指关节差动耦合运动，关节的柔顺性提升了机器人在交互过程中的安全性，同时具有吸收传动环节的冲击能量以保护自身结构的功能。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种机器人灵巧手，具体涉及一种柔性驱动刚度可变差动耦合机器人手指装置。

背景技术

随着智能技术的发展，机器人技术成为当今的研究热点，机器人手作为机器人的一种末端执行器，也引起越来越多研究人员的关注。为了协助机器人在特殊情况下完成更多的任务，人们开发了多种多样的机器人手，例如灵巧手、欠驱动手、夹持器等。研制能具有高度灵活性、多种感知能力、结构紧凑、抓持力大，能够抓取多种形状性质各异的物体，完成各种操作任务的机器人手一直是机器人手研究的共同目标。现有的机器人灵巧手控制复杂，且抓持力较小，成本昂贵，同时由于灵巧手在抓取物体的过程中，驱动电机堵转引起电机发热，而在灵巧手中有较多的驱动电机，这些电机产生的热能给灵巧手机械系统和电气系统都带来恶劣的影响，同时加速了能耗。以上种种因素制约了灵巧手的应用。

面向机器人交互任务，机器人很有可能与外部环境发生碰撞，机器人灵巧手在执行操作的任务中发生碰撞、受迫振动的可能性会更高。这些碰撞会损坏机器人灵巧手的结构，降低使用寿命。为了保证交互的可靠性和安全性，机器人灵巧手需要具有柔顺性。虽然已经有控制算法能够实现机器人灵巧手在发生碰撞时具有主动的柔顺性，但这个过程会产生较多的能量损耗，且在高频冲击下可靠性较差。

因此，设计大抓取力、高适应性、高可靠性、质量轻的机器人灵巧手成为机器人灵巧手研究的重点之一。

发明内容

为了克服已有技术的不足之处，本发明提供了一种柔性驱动刚度可变差动耦合机器人手指装置。该装置实现了两自由度机器人手指关节差动耦合运动；关节的柔顺性提升了机器人在交互过程中的安全性；同时具有吸收传动环节的冲击能量以保护自身结构的功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种柔性驱动刚度可变差动耦合机器人手指装置，包括基座、第一指节、第二指节、第一关节轴、第二关节轴、第一带有自锁的柔性驱动器、第二带有自锁的柔性驱动器、第一传动轮、第二传动轮、第三传动轮、第四传动轮、第一传动件、第二传动件、第一输入锥齿轮、第二输入锥齿轮、输出锥齿轮和传动机构，其中：

所述第二关节轴固定连接在基座中；

所述第二指节转动连接在第二关节轴上；

所述第一关节轴转动连接在第二指节中；

所述第一指节固定连接在第一关节轴上；

所述第一带有自锁的柔性驱动器的结构与第二带有自锁的柔性驱动器的结构相同，均包括输出轴、驱动电机、波发生器、刚轮、柔轮、刚轮转动臂、滑块、第一弹性件、第二弹性件、制动盘、制动杆、电磁铁和调节螺母；

所述驱动电机的定子与基座固定连接，驱动电机的转子与波发生器连接；

所述刚轮转动臂与基座转动连接，刚轮转动臂与刚轮固定连接，刚轮转动臂上设置滑槽；

所述柔轮与输出轴固定连接，柔轮与刚轮啮合，柔轮、刚轮和波发生器三者构成谐波传动关系；

所述第一弹性件的一端与基座固定连接，另一端与滑块固定连接；