[发明专利]机器人抓握器、联动装置及用于机器人抓握的方法

说明书

一种顺应性自适应机器人抓握器，包括多杆指形部联动装置，该联动装置包括指尖连杆、至少一个基座连杆、以及经由第一组接头与该基座连杆结合并经由第二组接头与指尖连杆结合的前连杆和后连杆。该基座连杆包括安装结构，从而允许该基座连杆安装在用于旋转致动的安装块上。这些接头之间的线性连接形成了基本上是平行四边形形式的形状，从而在基本上不改变该指尖连杆的取向的情况下在该前连杆和后连杆围绕该基座连杆进行枢转时使跨过该前连杆和后连杆的该线性连接保持基本上彼此平行，直到或除非该多杆指形部联动装置接触外部物体。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年3月5日提交的美国临时专利申请号62/128,775的优先权和权益，该临时专利申请由此通过引用以其全文结合于此。

政府支持

本发明是在由国家科学基金会(National Science Foundation)授予的批准号为IIP-1445364的政府支持下完成的。美国政府在本发明中享有某些权利。

背景技术

机械抓握在许多应用中是有利的，包括机器人学和修复学。在工业和物流机器人学方面，抓握器作为制造和包装过程的一部分来获取和移动物体，诸如装载和卸载机器以及将零件放入托盘和船运集装箱中。在典型的当前实践中，针对被处理的每个特定零件设计抓持器指形部，并且用于执行抓握和放置过程的编程专用于特定任务。这种定制化提高了可靠性，并减少了损坏物体的可能性。为每个任务和项目创建专门的硬件和软件需要熟练工人，从而增加了成本并降低了灵活性。

在家用和辅助机器人功能所在的非结构化环境中，可能需要可靠地和安全地抓握和放置各种各样的物品。当前的抓持器的能力受到限制，双指平口抓持器是最常用的(例如，PR2抓持器)。这些装置不能处理宽泛范围的物体尺寸和形状，并且确保可靠性通常需要在非结构化设置中昂贵且难以实现的大范围的感测和控制。

更精细的多指机器人手(例如，马萨诸塞州牛顿市的Barrett Technology公司的BarrettHand)具有机械灵活性来抓握范围更广泛的物体，但它们趋于昂贵。为了利用这些装置的适应多种多样的项目和设置的潜力，使用感测来检测物体特性，然后利用控制器用于必须编程的许多自由度。已经证明这种方法具有挑战性。

类似地，就可以被容纳的物体的范围而言，使用被动机构和/或顺应性来适应物体几何形状的当前的欠致动手是受限制的。现有的欠致动手还趋于制造昂贵，并且许多方法对于在非结构化环境中可能发生的冲突或者在工业应用中的编程和系统调试期间是不稳固的。

发明内容

本文中描述了一种顺应性自适应机器人抓握器(术语“抓握器”和“抓持器”在本文中可互换地用于指代相同的或相似的装置)以及使用和制作该抓握器的方法，其中设备和方法的各种实施例可以包括以下描述的部分或全部元件、特征和步骤。

一种顺应性自适应机器人抓握器包括多杆指形部联动装置，该联动装置包括：指尖连杆；至少一个基座连杆，该基座连杆位于该联动装置的与该指尖连杆的相反端处，其中，该基座连杆包括安装结构；以及前连杆和后连杆，该前连杆和后连杆在各自的第一组接头处与该指尖连杆结合、并且在各自的第二组接头处与该基座连杆结合，其中，这些接头之间的线性连接形成了基本上是平行四边形形式的形状，允许在该前连杆和后连杆围绕该基座连杆进行枢转时跨过该前连杆和后连杆的这些线性连接保持基本上彼此平行，而基本上不改变该指尖连杆的取向，直到或除非该指形部联动装置与外部物体接触。此外，致动器与该基座连杆联接以使该多杆指形部联动装置围绕该基座连杆旋转。