[發明專利]雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置

無效

• 申請號: 201210125051.8
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102642210A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 周海鵬;張文增;孫振國;都東;陳強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J17/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

手是人最重要的器官之一，在擬人機器人領域，機器人手同樣是至關重要的環節，其結構設計與功能改進是機器人領域的關鍵技術之一。一方面，機器人手需要完成抓取、搬運等復雜動作，因此需要較為精確的控制機制；另一方面，機器人手的擬人要求決定了其體積小、重量輕等特點。現有的靈巧手有足夠的關節數及驅動數以完成精確動作，但非常復雜、昂貴。目前在機器人手領域還存在許多技術難題。欠驅動手在一定程度上解決了這一矛盾。

耦合型欠驅動手指采用多關節同時彎曲的耦合抓取模式，由一個驅動器驅動多個關節按一定比例同時轉動。這一模式與人手抓取物體動作類似，擬人性較好，抓取過程較穩定。耦合型手指的不足之處在于：動作模式較為固定，無法適應不同形狀的物體，一股以捏持方式抓取物體，對于大尺寸物體很難實現握持抓取方式，抓取效果不好。

自適應欠驅動手指采用自適應抓取的動作模式，由一個驅動器驅動一個關節，其余關節在手指與物體接觸后才開始轉動。這種手指可以根據物體的不同形狀改變抓取角度，從而達到握持抓取方式，結構簡單且控制穩定。自適應欠驅動手指的不足之處在于：未接觸物體時手指呈固定形態，擬人效果較差；需要在接觸物體的過程中產生對遠端指節的驅動力，可能導致近端指節受力過大，不利于抓取；對于小尺寸物體無法實現捏持抓取方式，抓取效果受到限制。

針對耦合型手指與自適應欠驅動手指各自的不足之處，一種將兩者結合起來的新型復合型欠驅動抓取模式被提出來，該抓取模式為：手指碰到物體之前先按照耦合模式運動，接觸物體之后近端指節的運動被物體限制，此時遠端指節繼續以自適應模式抓取物體，直至各指節完全接觸物體。

已有的一種雙關節并聯欠驅動機器人手指裝置，如中國發明專利CN101633171A，主要由基座、電機、減速器、近關節軸、中部指段、遠關節軸，末端指段、耦合傳動機構、欠驅動傳動機構和多個簧件構成。該裝置可以實現復合欠驅動抓取過程，其不足之處在于：耦合傳動機構與欠驅動傳動機構之間有運動干涉，使用了多個簧件解除約束，造成耦合運動過程中產生很多不必要的能量消耗；耦合機構與自適應機構并聯，結構復雜；電機只能放置在基座(手掌)中，手掌空間無法充分利用，沒有充分利用指段空間。

已有的一種錐齒輪柔性件復合抓取機器人手指裝置，如中國發明專利CN102166753A，主要由基座、電機、減速器、近關節軸、中部指段、遠關節軸、末端指段、三個錐齒輪、主動輪、從動輪、兩個傳動件和簧件構成。該裝置可以實現復合欠驅動抓取過程，其不足之處在于：采用三個相嚙合的錐齒輪，由錐齒輪機構達到驅動器分兩路輸出的目的，要求兩側的錐齒輪完全對稱，成本高；錐齒輪傳動要求裝配精度高，在制造和裝配精度低時的傳動損耗大；電機只能放置在基座(手掌)中，手掌空間無法充分利用，沒有充分利用指段空間。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，該裝置將電機放置在指段中，解放手掌空間；該裝置可實現耦合抓取與自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式，且結構簡單，成本低；僅用一個驅動器驅動兩個關節，傳動能量損耗小。

本發明的技術方案如下：

本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，包括基座、電機、減速器、中部指段、末端指段、近關節軸和遠關節軸；所述的近關節軸活動套接于基座中，所述的遠關節軸活動套接于中部指段中，所述的末端指段套固在遠關節軸上；遠關節軸和近關節軸平行；電機的輸出軸與減速器的輸入軸相連，其特征在于：所述的電機和減速器設置在中部指段中，并與中部指段固接；所述的減速器的輸出軸與近關節軸相連；所述的中部指段活動套接在近關節軸上；該裝置還包括第一傳動機構和簧件；所述的第一傳動機構包括主動輪和從動輪，所述的主動輪與從動輪直接相連或通過傳動件相連，主動輪轉動方向與從動輪轉動方向相反；所述的主動輪套固在近關節軸上，所述的從動輪套固在遠關節軸上；所述的簧件的兩端分別連接基座和近關節軸。

本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于：所述的主動輪和從動輪均采用齒輪，所述的主動輪與從動輪相嚙合。

本發明所述的雙關節電機倒置復合欠驅動抓取機器人手指裝置，其特征在于：所述的傳動件采用傳動帶或腱繩，所述的主動輪采用帶輪或繩輪，所述的從動輪采用帶輪或繩輪；所述的傳動件、主動輪和從動輪三者能夠配合形成傳動關系；所述的傳動件纏繞在主動輪和從動輪上并形成“8”字形。