[发明专利]抓拿接触点可控的工业机器人终端手

说明书

本发明涉及工业机器人的终端手。

用于抓拿物体的工业机器人终端（end    effector）主要分两大类：第一类称为夹持器（gripper）;第二类称为多指手（multifingered    hand），也称为关节型手（articulated    hand）。

夹持器一般由两个或多个可相对运动的手指组成。手指可以是刚性的，也可以是柔性的，以适应抓拿不同形状的物体。但是各手指都不具有独立可控的运动自由度。因此，抓住一个物体后，并不能驱动物体在空间运动。

多指手有两个或两个以上的手指，多个手指上都具有一个或更多的可控关节。所以在抓拿物体时，运动各关节，即可选择各手指在被抓拿物上的接触点，从而取得有利的抓拿姿态;抓住物体后，运动各手指关节，还可以改变被抓拿物的空间位置或姿态。因此，从功能上讲，多指手具有比夹特器更广泛的应用范围。

目前，多指手各手指一般采用连杆-转动关节的结构形式，抓拿物体时通过指端与物体接触。这种多指手结构在控制计算中存在以下两点不足：

1.由于指端具有一定的外形体积，当指端上不同的点与被抓拿物接触时，会形成不同的结构参数，即手指的末端连杆的长度是一个变量。因此，当多指手驱动被抓拿物运动时，如果指端相对于被抓拿物的角度改变，即相当于指端在被抓拿物表面滚动，这种滚动必然导至接触点在指端和被抓拿物表面上位置的改变，从而产生上述结构参数变化的问题。这种接触点的变化不但会影响多指手对被抓拿物运动的控制精度，还会改变各手指对被抓拿物的施力效果，从而有可能导致抓拿不稳定。

2.多指手抓拿物体稳定后，各指端在物体表面的位置也随之确定，除上述第一点中所说的滚动外，无法控制指端在被抓拿物表面上的移动。即多指手从抓起一物体直至完成指定操作后放开物体这一全过程内，抓拿的姿态，即指端在被抓拿物表面上的位置，都是不可改变的。

上述两点限制了多指手在工业实际中的应用。

本发明的目的是：研制一种接触点可控的终端手，这种终端手在驱动被抓拿物运动时，即使指端相对于被抓拿物的姿态改变，也可控制接触点在被抓拿物表面的位置不变;还可以在保持指端对被抓拿物表面法向压力不变的前提下，控制接触点在被抓拿物表面平滑移动。

本发明的终端手由基座，电机及减速机构，传感器，手指连杆，指端所组成，指端表面采用可控的移动式结构。

为便于叙述说明附图如下：

图1为终端手总成图。

1为基座    2为电机及减速机构    3为手指连杆    4为电机及减速机构

5为手指连杆    6为电机及减速机构    7为指端

图2为指端结构图。

5为手指连杆    6为电机及减速机构    8为电机支架    9为输出轴

10为齿带轮    11为齿带    12为指端支承骨架    13为导向轴

14为联轴节    15为传感器    16为传感器支承架    17为指端挡板

18为减速机构

图3为除去传感器，传感器支承架及指端挡板后的指端结构图。

5为手指连杆    6为电机及减速机构    8为电机支架    9为输出轴

10为齿带轮    11为齿带    12为指端支承骨架    13为导向轴

19为指端挡板固定螺钉孔    20为指端支承骨架固定螺孔

结合实施例说明本发明的工作情况如下：

工作时终端手由电机及减速机构（2，4）（图1）带动手指连杆（3，5）运动，使指端（7）接触物体（即完成抓拿动作），指端（7）是通过齿带（11）的无齿背面与物体接触。

目前国内外的终端手抓拿住物体后，当要改变物体的空间位置或姿态时，都是由各手指上的关节电机（如图1的2，4）转动来实现的，但这样会使指端与被抓拿物体之间的相对角度改变，假设其相对角度变量为△（二维平面上的转角，单位为弧度）则抓拿接触点在物体表面及指端表面的移动量为△·r_t（在接触点不产生滑移的前提下）。r_t为指端弧形半径。此△·r_t即为控制误差，它使终端手失去了对被抓拿物空间位置与姿态的精确控制，同时也改变了指端对被抓拿物的施力效果。