[发明专利]齿轮竞速平行夹持与自适应复合抓取机器人手指装置

说明书

齿轮竞速平行夹持与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、两个指段、两个关节轴、过渡轴、电机、传动机构、多个齿轮、多个传动齿轮、多个中间齿轮、多个中间轴、两个簧件和两个拨块等。本发明实现了平行夹持及自适应复合抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；该装置抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种齿轮竞速平行夹持与自适应复合抓取机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人实施抓取的重要装置，一般采用多个手指以模仿人手的结构设计。机器人手指是机器人手的重要部件，一般具有一个以上的关节，在抓取物体时，手指弯曲使得手指上的多个指段接触物体。现有在工业流水线上使用的大量机器人手采用单个关节的手指，不能对物体的外形适应，在抓取物体时主要靠形状封闭的方式来实施抓取，抓取方式拟人性不高，不能抓取多种不同形状、尺寸的物体。已有不少具有自适应特点的机器人手被设计出来，通过控制机器人手指上的两个关节从根部到末端的顺序转动，达到包络抓取物体的目的，这种抓取能够在事先未知物体形状、尺寸的前提下进行较好的包络自适应抓取。该类机器人手指抓取模式比较单一，缺少了工业流水线手爪的平行夹持功能，影响了其在工业领域的使用。

加拿大开发了一种具有平行夹持与自适应两种抓取模式的复合抓取机器人手(US5762390)，早期样机已成功应用于国际空间站上，其主要原理是利用多路连杆传动机构进行并联设置，利用单个电机驱动，当主动杆运动时，整个手指的中部可以实现类似自适应抓取的效果，同时末端的手指指段在最初的阶段始终保持平动的特点，该平动是相对于机器人手的基座而言，当近处的指段接触了物体，则会触发下一个关节的转动，最终实现所有指段包络抓取物体。其不足之处在于：该机器人手指的机构比较复杂，连杆运动存在较大的死区，在抓取的不同情况中，失稳区域较大，稳定性抓取的空间较小；此外该手指抓取物体时无法灵活调节抓取力量，在抓取不同物体时可能发生挤跑物体的现象。

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，该装置采用非常复杂的纯连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围较小，机构体积大，缺乏柔顺性，制造成本过高。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种齿轮竞速平行夹持与自适应复合抓取机器人手指装置。该装置具有平行夹持与自适应抓取两种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后合上第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：