[发明专利]随形自适应欠驱动机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于拟人机器人手技术领域，特别涉及一种随形自适应欠驱动机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手作为拟人机器人的输出终端，被越来越多的机器人研究者所重视。在机器人学领域有两大类机器人手：灵巧手和欠驱动手，它们分别基于主动控制和欠驱动两种不同的驱动方式。灵巧手外形和动作很像人手，可以在复杂控制算法、控制系统、传感系统和执行系统的综合作用下，灵活地完成人手所能完成的多数动作，但是灵巧手价格昂贵，制造控制难度大，维护难度大，至今也未能广泛实际应用。欠驱动手能够更好地实现较多关节自由度、较少驱动器数目、抓取不同形状和尺寸物体时具有很强自适应能力这三个目标，同时有着装置成本低、控制难度小、维护简单等优点。

已有的一种气动式主动驱动的多指多关节机器人手装置，如中国发明专利CN101402200A，其中每个关节采用气动柔性驱动器实现手指的弯曲。该装置的不足之处为：该装置由于采用气力主动驱动各手指各关节的转动，使得该手体积大、质量大、制造成本高、控制难度大，不能自适应抓取物体，必须依赖很复杂的控制才能实现对不同尺寸形状物体的抓取。

已有的一种气动式欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利CN 101733758B，包括第一、二指段和欠驱动关节，欠驱动关节包括主动滑块、关节轴、两个气动柔性件和簧件。外力驱动主动滑块在第一指段上滑动，主动滑块推压第一气动柔性件，进而推压气体，实现第二气动柔性件的轴向伸长和弯曲，进而实现第二指段转动并扣紧物体。该装置的不足之处为：欠驱动的运动转化形式为“从平动到转动”，即被抓取物体挤压主动滑块所引起的主动滑块沿第一指段内滑槽的平动，通过欠驱动关节转化为第二指段的转动。该装置存在如下严重不足：该装置要求物体对主动滑块的挤压力与滑槽方向的夹角（即主动滑块运动的压力角）必须很小（例如小于30度），否则主动滑块将很难被推动；此外，在施力源头上一些不沿着主动滑块导槽方向的力被损失；由于存在摩擦，阻力较大，同样造成力的损失。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种随形自适应欠驱动机器人手指装置。该装置可以安装到机械手上，配合其他主动驱动的手指或手指上的其他主动驱动关节实现抓取物体，并具有对所抓物体的形状大小的自适应功能，该装置的自适应功能不要求物体对手指挤压的方向。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种随形自适应欠驱动机器人手指装置，包括第一指段、第二指段和设置在两者之间的欠驱动关节；所述的欠驱动关节包括关节轴和气动柔性件；所述的关节轴套设在第一指段中，第二指段套固在关节轴上；所述的气动柔性件包括第一端盖、第二端盖和伸缩件；所述的伸缩件两端分别与第一端盖、第二端盖密封连接；所述的伸缩件采用可轴向伸缩和轴向弯曲且中空的筒状材料制成；所述的气动柔性件通过第一端盖与第一指段固定连接，气动柔性件通过第二端盖与第二指段固定连接；所述的簧件的两端分别连接第一指段和第二指段，所述的簧件采用拉簧、压簧、扭簧、发条、片簧或弹性绳；其特征在于：所述的欠驱动关节还包括气囊；所述的气囊的一部分镶嵌在第一指段中，气囊的另一部分露在第一指段外与所抓物体接触；所述的气囊和气动柔性件通过第一指段中的通孔相连通。

所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置安装于机械手上，该机械手还具有由驱动器主动驱动的其他手指或关节，该其他手指或关节作为驱动源。

本发明所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置的一种优选方案，其特征在于：所述的气动柔性件的伸缩件采用嵌簧丝橡胶管，该嵌簧丝橡胶管包括橡胶管和弹簧丝，所述的橡胶管管壁中嵌套有弹簧丝，所述的弹簧丝是沿着橡胶管的径向螺旋密绕在橡胶管的内壁中。

本发明所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置的又一种优选方案，其特征在于：所述的气动柔性件的伸缩件采用套簧丝橡胶管，该套簧丝橡胶管包括橡胶管和弹簧丝，所述的橡胶管管壁外侧套有弹簧丝，所述的弹簧丝是沿着橡胶管的径向螺旋密绕在橡胶管的外壁上，所述的弹簧丝的两端分别连接第一端盖和第二端盖。

本发明所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置的又一种优选方案，其特征在于：所述的气动柔性件的伸缩件采用风箱式伸缩件，所述的风箱式伸缩件为轴向伸缩和轴向弯曲的手风琴风箱结构。

本发明所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置的一种优选方案，其特征在于：在第一指段和第二指段间加装簧件，所述的簧件采用拉簧、压簧、扭簧或片簧。

本发明所述的随形自适应欠驱动机器人手指装置的一种优选方案，其特征在于：所述的伸缩件上设有气门嘴。