[发明专利]并联连杆模式切换平夹耦合自适应机器人手指装置

说明书

并联连杆模式切换平夹耦合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、六个连杆、簧件和限位块等。该装置可进行模式切换，可以完成平行夹持、耦合抓取、自适应抓取三种抓取模式。通过设立两个旋转中心，该装置的驱动和切换互不影响，在进行切换时过程简洁，不会出现冗余的动作。在驱动状态下，在两个指段未被阻挡时，该装置处于平夹或耦合的第一阶段，第二指段将随模式的选择而表现出特定的运动轨迹；当第一指段被阻挡时，该装置进入自适应抓取状态，第二指段绕着远关节轴转动，直到接触物体。该装置适应性良好，抓取稳定，控制简单，制造和维护成本低，适用范围广。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种并联连杆模式切换平夹耦合自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人领域中重要的末端执行机构。为了能更大程度地复现人手的灵巧性、适应性，很多学者开始研究具有更多驱动自由度的灵巧手，如日本岐阜大学研制的Gifu II手和美国宇航局研制的Robonaut手等。灵巧手的每一个关节都由一个电机一对一地单独控制，因而具有很高的精度。但灵巧手往往结构复杂，难以控制，并且成本高昂，在现阶段难以广泛使用。

而欠驱动机器人手则通过巧妙的机构设计，使得少量电机可以控制多个关节的自由度，并且使抓取方式具有自适应性，让手指能够适应不同形状、尺寸的物体，扩大了抓取范围。与此同时，更少的电机数量也大幅简化了控制方案，有效降低了制造和维护的成本，受到了外界的广泛关注，成为了近年来的研究热点。加拿大Robotiq公司生产的平行夹持自适应手(美国专利US8973958B2)就是欠驱动机器人手。

欠驱动机器人手包含平夹、耦合、自适应等几种基本类型，以及它们相互结合的复合类型。其中，平夹手指在抓取过程中始终维持远指段姿态不变；耦合手指在抓取过程中使多个关节进行联动，加快指尖闭合的速度，起到笼式包络抓取的效果；自适应手指则是从根部关节到末端关节依次转动，当前一个指段接触物体后，下一个指段才会开始运动，最终达到适应不同形状、尺寸物体的效果。

平夹自适应手指是将平行夹持与自适应抓取功能在一前一后两个时间阶段进行结合产生的复合抓取类型手指。例如加拿大Robotiq手指就是典型的平行夹持与自适应复合模式手指；而耦合自适应手指则是将耦合夹持与自适应抓取功能在前后两个时间阶段进行结合产生的复合抓取类型手指。

然而目前平夹自适应手指、耦合自适应手指的自适应性仅在手指的末端指段展现。但在运动的前期阶段，手指的运动轨迹是唯一确定、较为单一的。因而即使在手指的末端添加了自适应功能，其自适应性和自适应范围仍将在极大程度上受限于运动前期唯一确定的运动模式。于是，为了突破该局限性，多模式可切换手指成为一个有潜力的研究方向。

已有的一种多模式抓取并联连杆复合自适应机器人手指装置(专利CN109129530A)，包括基座、两个指段、两个关节轴、两个驱动器，采用了多个连杆、齿轮、拨块、簧件和限位凸块等。该装置利用驱动器、连杆传动机构、齿轮传动机构、簧件、凸块拨盘和限位凸块等综合实现了多模式复合自适应抓取。其不足之处在于：该手指通过翻转底部连杆实现模式切换，但在翻转的过程中，该连杆会同时带动其所在的连杆机构同时运动，造成末端指段的冗余动作；同时，在切换过程中，随着底部连杆的翻动，在某一特定时刻，底部连杆所在的连杆机构会出现多根连杆共线(称为奇异位置)的情况，导致下一运动步骤出现多解，运动方式不唯一，使得设计时需要添加额外的机构，以防止切换过程出现异常。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种并联连杆模式切换平夹耦合自适应机器人手指装置。该装置具有平夹、耦合、平夹自适应和耦合自适应抓取等多种抓取模式。该装置的适应性体现在两方面，首先可根据待抓取物体的情况来驱动第二电机，切换到适合的模式，随后进行沿特定轨迹、且具有末端自适应性的抓取。比起单一的平夹自适应、耦合自适应手指，该装置提供了更多的轨迹选择，强化了欠驱动手指在前期轨迹上的适应性；同时，切换时不会造成冗余的运动，避免切换过程中的多解问题。