[发明专利]柔性件传动变位自适应机器人手指装置

说明书

柔性件传动变位自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、两个电机、两套传动机构、两个柔性件、三个簧件等。该装置实现了双关节手指可变初始构型的自适应抓取功能。对于不同形状、尺寸的物体，该装置可以自动适应抓取；该装置具有灵活调节远关节角度，达到预弯曲抓取效果；自适应抓取具有快速响应的特点，抓取时间短，通过滑块加速末端指段转动，同时双电机抓取物体力量更大，叠加抓取效果好；由于采用了两个柔性件为主要传动件，该装置具有向抓取方向防碰撞功能；该装置的手指构型多变，更灵活。该装置结构紧凑、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，特别涉及一种柔性件传动变位自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

随着科技的发展，机器人的应用范围不断扩大，作业水平不断提高。机器人手是机器人的末端执行器，它可以代替人在未知或危险的环境中进行操作。机器人手分为非仿人的特种机器人手和仿人的多指机器人手。

特种机器人手是指没有明显手指的机器人手，例如，利用负压吸盘、伯努利原理、磁铁、磁流变液、软体材料、流体传动、静电吸附、阵列滑杆等各种方式实现抓取功能。工业上大量采用的吸盘抓持器就属于这一类机器人手。德国费斯托(FESTO)公司研发的柔性形状抓持器，利用盛水的气球来适应物体，利用与气球下方连接的活塞拉动，让气球将物体卷入或吞入抓持器中部，达到抓取物体的目的。

多指机器人手一般由一个手掌和多个手指组成。根据驱动器与关节自由度的数量不同，可以将机器人手指分为全驱动式和欠驱动式。几种主要的多指机器人手介绍如下：

(1)工业夹持器

工业夹持器一般为一种单驱动器的机器人手。传统的机器人的末端执行器是工业夹持器，这种夹持器采用一个驱动源控制两个以上的手指开合来达到物体的抓取目的，手指的中部没有可活动的关节。工业夹持器相对比较成熟，已经大量在工业流水线上应用。这种夹持器是根据特定的工作任务设计的，自由度少，只能对特定的某些物体进行抓取，通用性较差，极大限制了其应用范围。

(2)灵巧机器人手

灵巧机器人手，简称灵巧手，一般为全驱动、多关节自由度的机器人手。

将机器人手设计为人手的构造，包括多个手指，每个手指多个关节，并且将每个关节设置为电机主动驱动，这样一来，机器人手可能具有十多个关节，因此需要对应数量的电机(或者气缸、液压缸等驱动源)进行驱动。

若要给手指的每个关节配置一个电机驱动，并进行单独的控制，这会导致控制系统的复杂性上升；大量的控制器件也使得机械手的重量、体积增大，制造成本的大幅增加。在目前的技术水平下，该机器人手将非常复杂、昂贵，实时传感、控制的需求过于巨大，实时控制带来了诸多的学术和应用问题，成为一个重要的机器人手研究领域——灵巧机器人手。

灵巧机器人手已经被不断设计出来，包括美国UTAH/MIT灵巧手、Salisbury灵巧手、Robonaut-2机器人手、英国Shadow灵巧手、日本Gifu-III机器人手、东京大学高速三指灵巧手、中国哈尔滨工业大学与德国宇航中心联合开发的HIT/DRL-II手、北京航空航天大学BH系列灵巧手等。

这些灵巧手给未来的机器人研究带来了非常多的变化可能，结合机器人的感知技术、传动技术、控制技术与智能决策等，会有很多需要深入研究的问题，问题的复杂度高，适合深入研究和应用挖潜。但是目前，灵巧手难以商用化，不适合直接采用到工业生产或各种服务机器人中。

(3)自适应机器人手

越来越多的应用场景要求机器人手具有简单的结构、机构，并且具有较好的应用功能，成本也在一定的范围内，同时外观具有拟人的多指多关节特点，在抓取物体方面能够实现比工业夹持器更加复杂和智能的抓取与操作，这个需求对机器人手的设计以及在有限条件下的灵活性提出了高要求。