[发明专利]欠驱动机器人手指多关节任意角度即时同步锁定装置

说明书

欠驱动机器人手指多关节任意角度即时同步锁定装置，属于机器人手技术领域，包括基座、N个指段、N个关节轴、电机、传动机构、滑动架、主动轴、主动轮、Q个从动轮、Q级连杆组件。该装置实现了对机械手指多个关节任意角度位置即时同步锁定的功能，一方面防止手指回弹失稳，使得抓取物体时不会出现冲撞物体、挤跑物体；另一方面可以提供较大的抓取力，实施对重物的提取；可以先锁定后抓取，用于抓取脆弱物体，降低对物体的损害；在锁定各关节后再打开第一关节，提高再次抓取同类物体的效率；锁定机构独立于自适应欠驱动手指，可以简单移植使用在各类自适应欠驱动手指中，可以保留原手指的优点，结构简单、体积小、易于控制。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种欠驱动机器人手指多关节任意角度即时同步锁定装置的结构设计。

背景技术

在工业生产中，机器人已经成为了不可或缺的中坚力量。随着工业的发展，对于机器人的要求逐渐提高，机器人手作为机器人末端的功能性单元，简单的开合抓取已经难以满足任务需求。现有的机器人手主要分为两大类，拟人手和非拟人手，二者都有非常广泛的用途。由于人的手非常灵活,功能强大,在仿生学上有很大的研究学习价值,拟人机器人手的开发有很大的前景。目前的拟人机器人手主要分为工业夹持器、灵巧手和欠驱动手。

目前，对于拟人机器人手的工作要求复杂，需要能够按照需求完成抓取、搬运、推拉不同形状和大小的物体。仅能完成单一任务的简单夹持型机器人手(也称为工业夹持器)难以满足日渐复杂的工业生产需求。现有的工业夹持器能够很好地完成单一任务，但适用范围过小。

具有较多主动关节自由度的高仿真拟人灵巧机器人手(简称灵巧手)有足够的关节数量和大量的电机，能够完成各类精准的手部动作和手内操作，但是不仅因为所用电机和传感器等过多，而且传感与控制系统相当复杂，在小体积的手部空间难以安装较大力矩的电机，因此抓握力量一般都非常小，性价比在较长时间内还难以达到普遍推广应用，而且其设计、生产制造、装配与之后的维护等工作均比较繁杂和成本昂贵。

自适应欠驱动机器人手能够较好的完成对不同形状、尺寸物体的抓取任务，并且控制十分简单，无需电子传感器与实时控制，成本低。目前来说，具有少自由度的一定关节数量的多指仿人手的欠驱动机器人手是折中方案，将在很大范围内得到推广应用，已经有了较好的基础研究和一定量成功的应用案例。由于欠驱动手具有非常强大的自适应抓取性能，已经在近十余年成为世界上研究机器人手的一个重要领域和研究方向，在这方面已经有较多的欠驱动机器人手被开发出来。

但是现有的自适应欠驱动机器人手为提高对抓取物体的适应性而牺牲了部分关节的力量与稳定性，并且强调抓取能力而牺牲了完成如推拉提等任务的能力，因此还有很大的提升空间。

已有的一种同步锁定自适应机器人手指装置(发明专利CN105583848A)，包括由电机、指段、关节轴、关节簧件、腱绳、拉绳件、关节滑轮、拨盘和柔性件传动机构组成的自适应欠驱动机器人手指。还包括腱绳、拉绳件、摩擦块组成的锁定机构。完成对被抓取物体的包络后，腱绳拉动摩擦块对关节处通过摩擦力进行锁定。该装置不足之处在于：1)该装置仅能在抓取完成后来启动锁定，不能达到任意角度位置的即时锁定。该装置仅能在手指完成自适应抓取后对指关节进行锁定。这种抓取模式难以应用于脆弱或软性被抓取物。2)该装置锁定是针对全部关节，无法仅针对除了根部第一关节之外的各关节进行锁定，这样使得该装置无法进行固定中部关节打开根部第一关节的快速抓取，这种抓取方式在抓取同类形状尺寸物体时有很大的作用，可以提高抓取的效率。3)锁定机构与自适应欠驱动手指并不独立，无法分离，也难以简单移植和通用地被使用在各种类型的自适应欠驱动手指中。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种欠驱动机器人手指多关节任意角度即时同步锁定装置。该装置具有多个关节的手指，可以即时同步锁定手指的多个关节，抓取物体之中随时锁定关节，防止抓取中指段回弹，提高抓取稳定性，提供较大的抓取力，提高抓取物体范围，还能够在锁定了多个中部关节后仅打开手指的根部第一关节，提高重复抓取同样形状尺寸物体的效率。