[發明專利]錐齒輪系雙電機協同復合抓取機器人手指裝置

無效

• 申請號: 201210307029.5
• 申請日: 2012-08-24
• 公開（公告）號: CN102814820A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 黎琦;張文增
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08
• 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，特別涉及一種錐齒輪系雙電機協同復合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，但其不足之處為：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，一般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。已有的一種錐齒輪柔性件復合抓取機器人手指裝置，如中國發明專利CN106166753A，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：1）只采用一個電機，目前同體積下電機的功率有限，因而限制了手指的抓取力；2）由于電機僅放置在基座（手掌）中，并沒有充分利用中部指段較空曠的空間，空間利用率低。

在抓取力方面，手指對物體一般需要有較大的抓持力。人的手指所提供的力量非常大，例如人手能夠將易拉罐握扁，目前尺寸與人手指相接近的機器人手指難以有較大的出力，原因是尺寸能夠藏入手中的電機往往功率不夠大，電機的體積和功率之間的這個矛盾一直存在，影響了機器人手的發展。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術的不足之處，提供一種錐齒輪系雙電機協同復合抓取機器人手指裝置，該裝置可實現先耦合抓取與后自適應抓取相結合的復合欠驅動抓取模式；充分利用手掌空間和中部指段空間；末端指段能夠提供較大范圍的抓持力；該裝置結構簡單，成本低能量損耗小，控制容易。

本發明的技術方案如下：

本發明所述的錐齒輪系雙電機協同復合抓取機器人手指裝置，包括基座、中部指段、末端指段、近關節軸和遠關節軸；所述近關節軸活動套接于基座中，所述中部指段活動套接在近關節軸上，所述遠關節軸活動套接于中部指段中；所述末端指段活動套接在遠關節軸上；所述近關節軸和遠關節軸平行；其特征在于：該錐齒輪系雙電機協同復合抓取機器人手指裝置還包括第一電機、第一減速器、第二電機、第二減速器、第一錐齒輪、第二錐齒輪、第三錐齒輪、主動輪、從動輪、傳動件、第一單向傳動機構、第二單向傳動機構和簧件；所述第一電機和第一減速器均固接在中部指段中，所述第二電機和第二減速器均固接在基座上，第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸相連；第二電機的輸出軸與第二減速器的輸入軸相連；所述第一錐齒輪固定套接在第一減速器的輸出軸上，所述第二錐齒輪固定套接在近關節軸上，第一錐齒輪與第二錐齒輪相嚙合；所述第三錐齒輪固定套接在第二減速器的輸出軸上，第二錐齒輪與第三錐齒輪相嚙合；所述第一單向傳動機構設置在第一減速器輸出軸、第二錐齒輪和近關節軸三者的傳動鏈上；所述第二單向傳動機構設置在第二減速器輸出軸、第二錐齒輪和近關節軸三者的傳動鏈上；所述第一減速器的輸出軸通過第一錐齒輪與近關節軸相連；所述第二減速器的輸出軸通過第三錐齒輪與近關節軸相連；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；所述的主動輪固定套接在近關節軸上，所述的從動輪固定套接在遠關節軸上；所述的簧件的兩端分別連接基座和近關節軸；所述的簧件采用拉簧、壓簧或扭簧。