[发明专利]变几何结构直线平夹自适应机器人手指装置

说明书

变几何结构直线平夹自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、驱动器、传动机构、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴、多个连杆、多个轴和变长度弹性组件。该装置具有直线平行夹持和自适应抓取的复合抓取功能；能够直线平动第二指段进行夹持物体，适用于工作台面薄板状物体抓取，还能在第一指段接触物体之后，第二指段自动转动接触物体，能够自动适应不同形状、大小物体的包络抓取；抓取范围大，稳定可靠；利用一个驱动器驱动两个指段，无需复杂传感，易于控制；结构紧凑、体积小，制造和维护成本低。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种变几何结构直线平夹自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人系统实现抓取功能的重要装置。抓取物体的方法是从相对的两个方向限制住物体在该方向上的运动可能性。物体在空间中的运动存在多个方向，为了限制所抓物体的各种运动可能性，需要机器人手针对不同的抓取对象展现不同的抓取模式，从而限制物体各个方向的运动。平行夹持抓取(简称平夹抓取)是一种常见的抓取方式，末端指段在运动过程中始终保持相对手掌基座相对固定的姿态，在抓取过程中，相对的两个手指或者多个手指在物体的两个或多个侧面接触物体并施加抓持力，并且通过手指表面的弹性变形材料来获得软指面从来改善抓取的稳定性，这种平行夹持的机器人手装置已经被广泛应用，称之为工业夹持器。工业夹持器是指具有两个或多个手指，手指上没有关节或多个耦合运动的关节的装置，在抓取物体时使用平行夹持的方式，或末端对物体进行捏持，这种抓取方式针对日常物品是有效的，能够达到最多种类的物体抓取。

具有直线平动夹持功能的机器人手已经被发明出来，如专利WO2016063314A1，包括基座、电机、过渡传动机构、第一指段、第二指段、八个连杆、多个转轴等。该装置能够实现第二指段的直线平动，利用第二指段的直线平行移动对物体实现直线平行夹持的功能。其不足之处在于：该装置仅能实现直线平行夹持功能，无法实现自适应包络抓取的功能。

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应用的前景，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已被开发出来。

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，需要机械臂的精准直线平动控制配合，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，提出变几何结构直线平夹自适应机器人手指装置。该装置夹持物体时，第二指段始终保持直线运动轨迹，能够直线平动第二指段捏持物体，适用于工作台面抓取薄板物体；该装置自适应抓取物体时，在第一指段接触物体停止运动后，第二指段在第一连杆继续推动下实现自适应包络抓取不同形状和大小的物体；该装置结构简单，易于控制。

本发明的技术方案如下：