[發(fā)明專利]變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910089998.6
• 申請(qǐng)日: 2009-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101628416A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙得洋;張文增
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J15/00
• 分類號(hào): B25J15/00;B25J17/00;B25J15/10
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)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(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。?

背景技術(shù)

欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于機(jī)器人手，具有自適應(yīng)抓取的突出優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)帶來(lái)了控制更加簡(jiǎn)單的好處。另外，安裝在手指基座或手掌中的電機(jī)可以更大從而使手指出力變大，從而使欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指在這些方面優(yōu)于傳統(tǒng)無(wú)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人手指。?

當(dāng)前欠驅(qū)動(dòng)手指已經(jīng)有若干實(shí)例被成功設(shè)計(jì)出來(lái)，這些裝置從其電機(jī)是否直接與多個(gè)關(guān)節(jié)相連接來(lái)看，可以分為兩大類。一類是間接連接方式，可稱為間接欠驅(qū)動(dòng)手指，另一類為直接連接方式，可稱為直接欠驅(qū)動(dòng)手指。?

現(xiàn)有的技術(shù)中，機(jī)械手抓取物體有多種方式：(1)采用幾何包絡(luò)式抓取方式。一般適合較小物體抓取，無(wú)法適應(yīng)較大的物體，適應(yīng)抓取物體尺寸范圍小。另外，該方法無(wú)法準(zhǔn)確控制物體在手中的位置。(2)采用持續(xù)工作的電機(jī)等。抓取范圍好于前一種，但是電機(jī)必須是可以長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)使用的特殊電機(jī)，成本昂貴。(3)采用具有力保持特點(diǎn)的特殊機(jī)構(gòu)，這種方式由于不用電機(jī)持續(xù)工作而且對(duì)物體的抓取力可以精確控制，因而近年來(lái)得到重點(diǎn)關(guān)注和研究，稱為變抓力手指機(jī)構(gòu)。帶有變抓力機(jī)構(gòu)的手抓取物體范圍大大擴(kuò)展，同時(shí)機(jī)構(gòu)復(fù)雜度增加不大，成本較低，也很容易維修維護(hù)。?

一種欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指裝置如美國(guó)發(fā)明專利US5762390A，該裝置屬于直接欠驅(qū)動(dòng)手指，由于采用多套四連桿機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)源的動(dòng)力傳遞到多個(gè)關(guān)節(jié)處，為了達(dá)到末端手指轉(zhuǎn)動(dòng)較大角度，必須設(shè)置體積相當(dāng)龐大的手指機(jī)構(gòu)，手指外觀不夠擬人化；另外，該機(jī)械手采用持續(xù)保持抓取力的驅(qū)動(dòng)源——液壓缸，導(dǎo)致存在油壓密封問(wèn)題和整個(gè)手掌體積過(guò)于龐大，而且成本昂貴、制造維修不便。?

一種如中國(guó)發(fā)明專利CN1215925C所述的手指裝置雖然具有變抓取力機(jī)構(gòu)的手指但不具有欠驅(qū)動(dòng)多關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)和自適應(yīng)抓取效果。另外，一種如美國(guó)發(fā)明專利US4946380所述的裝置使用鋼絲繩驅(qū)動(dòng)，使用了變抓力機(jī)構(gòu)。但是鋼絲繩承受力較小導(dǎo)致手指出力小。另外多套鋼絲繩和繩輪機(jī)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，而且鋼絲繩如果拉得不緊起不到較精確的控制驅(qū)動(dòng)要求，如果鋼絲繩拉得過(guò)緊又壽命不長(zhǎng)，鋼絲繩較為容易崩斷，維修費(fèi)時(shí)費(fèi)力。若采用高性能鋼絲繩或特殊材料腱繩則又成本非常昂貴。而且該手的變抓力機(jī)構(gòu)難以直接應(yīng)用到其他傳動(dòng)方式中。?

綜上所述，如果將特別設(shè)計(jì)的變抓取力機(jī)構(gòu)與欠驅(qū)動(dòng)技術(shù)融合到同一款機(jī)械手中，可以得到功能強(qiáng)大、抓取范圍廣、抓取穩(wěn)定性好、成本較低、出力大的實(shí)用型機(jī)器人手，尤其適合成為擬人機(jī)器人手。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，提出一種變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，既具有變抓取力抓取功能，從而抓取穩(wěn)定且抓取范圍廣，又有欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)抓取效果，同時(shí)外觀擬人化、出力大。?

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：?

一種變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)；所述的電機(jī)與基座固接，電機(jī)的輸出軸通過(guò)所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述的近關(guān)節(jié)軸相連，近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在基座中，所述的遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所述的第一指段中；第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述的第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述的近關(guān)節(jié)軸和遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行；?

其特征在于：?

該變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置還包括第一連桿、第一軸、第二連桿、第二軸、第一滑塊、第二滑塊、第三軸、第三連桿、第四軸、第一簧件和第二簧件；?

所述的第一連桿的一端套固在近關(guān)節(jié)軸上；所述的第二連桿一端通過(guò)所述的第一軸與第一連桿的另一端鉸接，第二連桿的另一端通過(guò)所述的第二軸與所述的第一滑塊鉸接；所述的第三連桿一端通過(guò)所述的第三軸與所述的第二滑塊鉸接，第二指段通過(guò)所述的第四軸與第三連桿的另一端鉸接；第一滑塊和第二滑塊鑲嵌在第一指段中，第一滑塊與第二滑塊的滑動(dòng)方向相同；所述的第一簧件的兩端分別連接第一滑塊和第一指段，所述的第二簧件的兩端分別連接第一滑塊和第二滑塊；所述的第一軸、第二軸、第三軸、第四軸和近關(guān)節(jié)軸的軸線相互平行；?

所述的近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、第一軸、第二軸、第三軸、第一滑塊和第二滑塊符合如下關(guān)系：設(shè)近關(guān)節(jié)軸的軸線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的軸線所在平面為P平面，則第一軸的軸線、第二軸的軸線和第三軸的軸線在P平面的同側(cè)；所述的第一滑塊和第二滑塊的滑動(dòng)方向均平行于所述的P平面。?

本發(fā)明所述的變抓力的雙關(guān)節(jié)滑塊式直接欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述的第一簧件和第二簧件采用扭簧、拉簧、壓簧、片簧、板簧、發(fā)條或彈性繩。?