[发明专利]适合桌面物抓取的机器人手指装置

说明书

一种适合桌面物抓取的机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、传动机构、多个连杆、两个弹簧、两个滑块和第二指段表面罩等。该装置实现了直线平夹与自适应抓取的功能：既能平动第二指段夹持物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持在近似直线的轨迹运动，适合在桌面上抓取薄板物体，减少对机械臂协同控制编程的需求；该装置抓取范围大，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；该装置结构简单、体积小、重量轻，加工、装配和维修成本低，适用于机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种适合桌面物抓取的机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手作为机器人的重要部件，是机器人研究的热点和难点。已开发出来的机器人手(工业夹持器、欠驱动手、灵巧手和特种手等)配合机器人传感与控制系统，能在许多特殊的环境中完成特定任务。

灵巧手具有较多的关节自由度和较高的拟人灵巧性，能够完成多数人手抓取、操作和感知功能，但是实时传感与控制需求较高，系统比较复杂，成本比较昂贵，不利于推广应用。特种手主要是针对特定物体开发的各种无手指机器人手的统称，例如吸盘、磁铁、静电以及主动吸气式装置，在抓取物体方面，不如具有多个手指的机器人手更适合在人居环境中使用。

工业夹持器一般采用平行夹持的方式，但是为了保持夹持的稳定性，需要施加较大的夹紧力，利用物体与机器人手间的摩擦力来保证稳定的抓取物体，然而较大的夹紧力会使物体表面产生大的应变，甚至使物体产生塑性变形或破坏物体。具有直线平动夹持的机器人手已经被设计出来，例如专利WO2016063314A1，包括基座、驱动器、若干连杆、一个夹持指段等。该装置能够实现夹持指段的直线平动，利用夹持指段的平行移动对不同大小的物体实现平行夹持的功能。其不足之处在于：该装置无法实现自适应包络抓取物体的功能。

欠驱动机器人手是一类利用较少电机驱动较多关节自由度来达到较好抓取物体目的的多指机器人手。欠驱动手目前已经开发出具有耦合抓取、平夹抓取和复合抓取模式的几类机器人手，其中平夹与自适应复合抓取欠驱动机器人手具有广泛的应用前景，得到了较多的研究。为了保持常用的平夹抓取，同时增加对物体包络抓取效果以提高抓取范围和抓取稳定性，具有平行夹持和自适应包络两种抓取模式的平夹自适应欠驱动机器人手被开发出来。已有的一种欠驱动机器人手指装置，如加拿大Laval大学的专利US5762390A，包括基座、驱动器、传动机构、六个连杆、三个指段、限位机构和多个弹簧等。该装置实现了平夹及自适应包络物体的效果：最初阶段该装置转动整体绕根部近关节转动，同时末端指段相对于基座保持竖直的初始姿态不变，直到近指段接触物体，中部关节转动，中部指段接触物体，末端关节转动，末端指段才最终转动扣向物体，最后达到多个指段均包络抓取物体的特效。该装置的不足之处在于：该装置在平夹抓取的最初阶段中，手指末端呈圆弧运动——末端圆弧平动，无法实现末端指段直线平动的效果，在抓取桌面物体时，需要机械臂的良好配合，因而增大了对机械臂协同控制编程的依赖。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种适合桌面物抓取的机器人手指装置。该装置能够实现直线平夹与自适应复合抓取模式：既能平动第二指段夹持物体，也能依次转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；在平动第二指段夹持物体阶段，第二指段末端始终保持在近似直线的轨迹运动，适合在桌面上抓取薄板物体，减少对机械臂协同控制编程的需求；该装置抓取范围大，抓取稳定可靠；仅利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：