[发明专利]杆轮式捏握复合抓取机器人手指装置

说明书

杆轮式捏握复合抓取机器人手指装置，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、多个连杆、两个传动机构、簧件和两个限位凸块。该装置实现了双关节机器人手指捏持及握持抓取物体的功能，根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体或外张撑取物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络握持不同形状、大小的物体，且第二指段在自适应过程中转动的角度范围较大；该装置抓取范围大；采用欠驱动的方式，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，制造和维护成本低，适用于机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种杆轮式捏握复合抓取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，为了保持夹持的稳定性，需要施加一定的夹紧力。

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。自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施末端平行夹持抓取，例如，已有的一种欠驱动两关节机器人手指装置(中国发明专利CN101234489A)，包括基座、电机、中部指段、末端指段和平带轮式传动机构等。该装置实现了双关节欠驱动手指弯曲抓取物体的特殊效果，具有自适应性。该欠驱动机械手指装置的不足之处为：手指在未碰触物体前始终呈现伸直状态，抓取方式主要为握持方式，难实现较好的末端平行夹持抓取效果。

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(专利WO2013075245A1)，包括基座、电机、两个连杆、两个指段、限位块和簧件等。该装置实现了平夹自适应复合抓取物体的功能：最初阶段近指段绕近关节轴转动，同时远指段相对于基座保持初始姿态不变，达到平夹抓取的效果；当近指段接触物体被物体阻挡不能再继续转动之后，电机驱动主动杆转动，使得限位块分离，主动杆的转动通过连杆推动远指段绕远关节轴转动，直到接触物体为止，达到自适应包络不同抓取。其不足在于：该装置的抓取范围有限。由于平夹阶段，远指段反转了一个角度α(与近指段相同的角度)，所以在自适应包络握持物体时需要远指段绕远关节轴转动一个较大的角度β，当该角度等于近指段角度时，仅仅能达到让手指伸直——即远指段恢复到相对于近指段的初始状态，这样β＝α的转动还不足以称为远关节弯曲，也难以包络物体，所以为了达到包络握持且抓取范围大，需要β比α大很多才行；而该装置由于连杆机构的限制，无法做到这样的抓取范围。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种杆轮式捏握复合抓取机器人手指装置。该装置结构简单，具有多种抓取模式，既能平动第二指段夹持物体，也能先后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；该装置抓取范围大，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：