[发明专利]刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手

说明书

本发明涉及拟人机器人技术领域，提供了一种刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手，主要包括手指支撑架、第一指节、第二指节和第三指节依次可转动连接，第二指节与第三指节构成四连杆机构；第一拉簧分别与手指支撑架和第一指节相连；第二拉簧分别与第一指节和第二指节相连，第二拉簧的弹性系数大于第一拉簧；柔性带的第一端与第二指节相连，柔性带的第二端与牵拉机构相连。本发明通过柔性带的牵拉运动实现手指的弯曲与伸展，并且柔性带直接与物体进行接触抓取，由于柔性带本身的柔顺特性，可以保证柔性带与物体能够形成较大的接触面积，提高了抓取不同形状、软硬及大小物体的自适应能力。

技术领域

本发明涉及拟人机器人技术领域，尤其涉及一种刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手。

背景技术

末端执行器一直是制约着机器人与环境交互作用的关键因素，多指机器人手作为新一代执行器经过数十年的发展已初具规模，但其发展仍面临诸多问题。为了达到人手的高自由度以及抓取灵活性，机器人手需要设置较多的驱动器，但也不可避免地带来了系统结构复杂、环境顺从性差、成本昂贵等问题。而为了简化机械结构，减小机器人手的体积重量，又需要设置较少的驱动器，但也牺牲了机器人手灵巧操作的性能，这两者之间存在一定的矛盾。

目前大部分机器人手通过链条或钢丝绳等连接件驱动机器人手指的关节进行弯曲，通过手指的多个指节直接与物体接触抓取，该抓取方式为刚性接触，且在进行抓握动作时，指节和物体的接触点数目或接触面积较小，接触力分布不均匀，进而限制了自适应抓取能力，导致抓取稳定性差。因此，目前的机器人手只能满足基本的抓取功能，抓取不同形状、软硬及大小物体的自适应调节能力差。

发明内容

本发明提供一种刚柔耦合欠驱动手指及三指欠驱动机器人手，通过柔性带的牵拉运动实现手指的弯曲与伸展，并且柔性带直接与物体进行接触抓取，由于柔性带本身的柔顺特性，可以保证柔性带与物体能够形成较大的接触面积，提高了抓取不同形状、软硬及大小物体的自适应能力。

本发明提供一种刚柔耦合欠驱动手指，包括：手指支撑架，所述手指支撑架上设有可转动的第一指节，所述第一指节可转动连接有第二指节，所述第二指节可转动连接有第三指节，所述第二指节与所述第三指节构成四连杆机构；第一拉簧，分别与所述手指支撑架和所述第一指节相连；第二拉簧，分别与所述第一指节和所述第二指节相连，且所述第二拉簧的弹性系数大于所述第一拉簧的弹性系数；柔性带导路组件，包括第一柔性带导路和柔性带，所述手指支撑架的主体内设有所述第一柔性带导路，所述柔性带与所述第一指节相对设置，且所述柔性带的第一端与所述第二指节相连，所述柔性带的第二端经所述第一柔性带导路延伸至所述手指支撑架的外部与牵拉机构相连。

根据本发明提供的一种刚柔耦合欠驱动手指，所述第二指节包括辅助连杆和两个对称设置的主连杆，所述柔性带的第一端与所述主连杆相连，所述辅助连杆和所述主连杆的两端分别与所述第一指节和所述第三指节铰接，所述辅助连杆与所述主连杆交叉设置，构成所述四连杆机构。

根据本发明提供的一种刚柔耦合欠驱动手指，所述第一指节与所述第二指节相连的关节处设有限位挡板，所述限位挡板固定于所述第一指节上，且所述限位挡板的部分主体向上延伸至所述辅助连杆的侧面，所述第二拉簧分别与所述第一指节和所述辅助连杆相连。

根据本发明提供的一种刚柔耦合欠驱动手指，所述主连杆上设有多个呈上下分布的柔性带安装孔，用于与所述柔性带的第一端相连。

根据本发明提供的一种刚柔耦合欠驱动手指，所述柔性带导路组件还包括第一柔性带滚轴，所述第一柔性带滚轴设置于所述第一柔性带导路中，所述柔性带搭设于所述第一柔性带滚轴上。

根据本发明提供的一种刚柔耦合欠驱动手指，所述牵拉机构包括丝杠传动副、固定器和第一驱动装置，所述丝杠传动副包括丝杠和螺母，所述丝杠竖直设置于所述手指支撑架的下方，所述螺母套设于所述丝杠上，所述固定器的第一端与所述螺母固定相连，所述固定器的第二端设有柔性带卡槽，用于与所述柔性带的第二端相连，所述第一驱动装置与所述丝杠相连。