[發(fā)明專利]預(yù)彎曲耦合欠驅(qū)動三關(guān)節(jié)機器人手指裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910000949.0
• 申請日: 2009-01-23
• 公開（公告）號: CN101474795A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文增;侯宇;孫樂;陳強;都東
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J19/00;F16H25/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于擬人機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)彎曲耦合欠驅(qū)動三關(guān)節(jié)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

擬人機器人一直以來都是機器人研究的尖端領(lǐng)域，通過模仿實現(xiàn)人類動作來實現(xiàn)智能化一直是該領(lǐng)域的重要研究方向。而同人類本身一樣，擬人機器人的大部分功能也是通過手來實現(xiàn)的。因此，機器人手的研究成為機器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。

實現(xiàn)人手抓取功能的機器人手主要有靈巧手和欠驅(qū)動手兩大類，靈巧手一般具有3～5個手指，每個手指2～4個關(guān)節(jié)自由度，絕大多數(shù)關(guān)節(jié)為電機、空氣肌肉、液壓等驅(qū)動的主動關(guān)節(jié)。靈巧手能做出人手的各種動作，包括抓取和操作兩種動作。靈巧手的主要優(yōu)點是可以靈活主動的抓取物體，并有很好的抓取穩(wěn)定性，其不足是不能實現(xiàn)抓取物體時對物體的形狀和尺寸自動適應(yīng)(自適應(yīng)抓取)，造成對傳感及控制系統(tǒng)要求高，系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、可靠性低。

欠驅(qū)動機械手指可以克服靈巧手的純主動驅(qū)動多關(guān)節(jié)手指的一些不足，以此為主設(shè)計實現(xiàn)高欠驅(qū)動的機器人手在近十年來得到越來越多的重視。例如，以具有一個電機、兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動手指為例，該手指裝置包括基座、近關(guān)節(jié)、中間指段、遠關(guān)節(jié)、末端指段，初始時刻，手指為伸直狀態(tài)，此時電機轉(zhuǎn)動，整個手指繞其近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，當中間指段碰觸到物體被阻擋不動后，電機繼續(xù)驅(qū)動遠關(guān)節(jié)和末端指段轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)一個電機依次驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的欠驅(qū)動目的。欠驅(qū)動機械手指的優(yōu)點是能夠自動適應(yīng)物體形狀和尺寸，達到自適應(yīng)抓取的目的，降低了對傳感及控制系統(tǒng)的要求。但是欠驅(qū)動機械手指的不足為：其手指初始構(gòu)形是固定(伸直或呈某個彎曲角度)，這與人手抓取方式有較大不同，不夠擬人化，不便于對某些尺寸、形狀的物體進行穩(wěn)定抓取。人手抓持不同尺寸物體時，手指在還未碰觸物體前就需要事先彎曲到某個角度，只有這樣才能更好的抓取。例如，在人手在捏持小尺寸物體之前，四指(即食指、中指、無名指和小指)中間關(guān)節(jié)要事先彎曲較大角度，直到四指末端與拇指末端相接近，之后再進行抓取。而且手指所彎曲的角度對于不同尺寸的物體是需要調(diào)節(jié)的。而傳統(tǒng)的欠驅(qū)動手指沒法實現(xiàn)在碰觸物體之前的這種中間關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，因而難以實現(xiàn)更加擬人化抓取動作和更加穩(wěn)定地抓持物體效果。另外，當沒有所抓物體而執(zhí)行單純的握拳動作時，整個手指只能呈伸直狀態(tài)繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，這與人手的可以繞中間關(guān)節(jié)彎曲的握拳動作相去甚遠，影響了機器人手的擬人化動作效果。

已有的一種帶輪式欠驅(qū)動機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101234489A)，包括基座、電機、減速器、近關(guān)節(jié)軸、齒輪傳動機構(gòu)、帶輪傳動機構(gòu)、中部指段、遠關(guān)節(jié)軸、末端指段和簧件。電機通過減速器、齒輪和帶輪傳動機構(gòu)使末端指段隨之轉(zhuǎn)動。由于彈簧的約束作用使中部指段和末端指段在沒有碰觸物體前保持固定的伸直狀態(tài)(中部指段和末端指段之間的夾角為平角)，只有當中部指段接觸物體被阻擋時，末端指段才隨遠關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手指彎曲包絡(luò)所抓取物體。該裝置的不足之處在于在接觸物體前，中部指段和末端指段只能呈伸直狀態(tài)，作為一個整體繞近關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動，影響了抓取效果。還有一種帶輪多關(guān)節(jié)高欠驅(qū)動機器人手指裝置(中國發(fā)明專利CN101214649A)為一個多關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動手指裝置，也存在上述同樣的不足之處。同時，考慮到人手指的實際情況，末端關(guān)節(jié)通常與中部關(guān)節(jié)同步轉(zhuǎn)動，二者轉(zhuǎn)動角度有一定協(xié)同效果，兩種裝置都無法滿足這種效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)的不足之處，提供一種預(yù)彎曲耦合欠驅(qū)動三關(guān)節(jié)機器人手指裝置，它可以自由調(diào)節(jié)第二關(guān)節(jié)的初始角度狀態(tài)，同時實現(xiàn)第二關(guān)節(jié)與第三關(guān)節(jié)的耦合，同時保證抓取物體時具有自動適應(yīng)物體形狀、尺寸的抓取效果，外形、動作與人的手指相似，可以作為擬人機器人手的手指使用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：