[發(fā)明專利]腱繩式側(cè)向鎖定聯(lián)動自適應(yīng)機器人手指裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510868252.0
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105619426B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李科;張毅博;森萬·德尚-伯杰;張文增;徐向榮
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

腱繩式側(cè)向鎖定聯(lián)動自適應(yīng)機器人手指裝置，屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括電機、減速器、傳動機構(gòu)、主腱繩、N個指段、N?1個關(guān)節(jié)軸、N?1個關(guān)節(jié)簧件、N?1個關(guān)節(jié)輪、第一拉繩件、N?1個關(guān)節(jié)滑塊、N?1個摩擦塊、N?1個鎖定腱繩、N?1個鎖定簧件和第二拉繩件，其中，N為大于1的自然數(shù)。該裝置用于抓取物體，實現(xiàn)了自適應(yīng)抓取和連續(xù)同步鎖定多個關(guān)節(jié)的功能；抓取過程快速穩(wěn)定，抓取后鎖定關(guān)節(jié)，防止手指回彈失穩(wěn)，可以提供較大的抓取力；能夠同步鎖定多個關(guān)節(jié)；可鎖定的關(guān)節(jié)角度是連續(xù)的；該裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，控制容易，設(shè)計、制造、裝配和維護成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種腱繩式側(cè)向鎖定聯(lián)動自適應(yīng)機器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

機器人手是機器人最重要的組件之一，機器人手的結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能改進等關(guān)鍵技術(shù)對機器人來說至關(guān)重要。現(xiàn)有的機器人手主要可分為擬人手和非擬人手，兩者都擁有非常廣泛的應(yīng)用。由于人的手非常靈活，功能強大，在仿生學上有很大的研究學習價值，擬人機器人手的開發(fā)有很大的前景。目前的擬人機器人手主要分為工業(yè)夾持器、靈巧手和欠驅(qū)動手。

一方面，機器人手需要實現(xiàn)抓取、搬運和操作不同形狀和大小的復(fù)雜物體，這對于機器人手的控制精度等方面要求較高；另一方面，擬人機器人手要求大小合適、重量小等特點?，F(xiàn)有的工業(yè)夾持器功能簡單，適用范圍較小?，F(xiàn)有的靈巧手有足夠的關(guān)節(jié)和驅(qū)動器來完成各種精準動作，但是非常復(fù)雜和昂貴。而欠驅(qū)動手由于自身的自適應(yīng)性等特點在一定程度上解決了這一矛盾。

帶有自適應(yīng)等特點的欠驅(qū)動手體積小、重量輕，在抓取物體的過程中可以改變抓取角度以此自動適應(yīng)物體的形狀，控制簡單、準確、穩(wěn)定。

已有的一種自適應(yīng)抓取物體的機械手裝置(發(fā)明專利US2006129248A1)，手指部分主要包括基座、四個指段、三個簧件和一個腱繩。抓取物體時，先拉動腱繩使得手指伸直，然后放松腱繩，依靠簧件自身彈性使手指彎曲包絡(luò)抓取物體。由于每個關(guān)節(jié)都具有簧件，手指在抓取物體的過程中可以配合物體形狀按照相應(yīng)角度彎曲，具有良好的自適應(yīng)性。

該裝置不足之處在于：

1)該裝置的簧件抓取力盡量大與伸直手指所用腱繩的拉力盡量小之間存在較大矛盾。為了保證抓取力較大，需要的簧件勁度系數(shù)較大，導(dǎo)致拉動腱繩伸直手指所需的拉力較大；若要腱繩伸直手指所需的拉力較小，采用較弱的簧件，則抓取力過小。

2)該裝置難以提供更大范圍的抓取力。該裝置采用固定的簧件，提供的抓取力局限在固定的較小范圍內(nèi)；該裝置在抓取物體過程中主要依靠簧件提供的抓取力，如果簧件比較弱，就無法利用與之相連的手臂的力量，在提取重物時會發(fā)生抓取失效，比如提取很沉重的行李箱時，一般采用臂部力量提取，但是手指要有足夠的力量確保彎曲的構(gòu)型。

3)過大勁度系數(shù)的簧件可能導(dǎo)致抓取物體時發(fā)生手指快速沖撞物體，從而導(dǎo)致擠跑物體的失穩(wěn)現(xiàn)象。

4)該裝置在振動環(huán)境下使用會有抓取失效的可能。

已有的一種自鎖氣動欠驅(qū)動機器人手指裝置(發(fā)明專利CN103659825A)，該裝置具有自適應(yīng)抓取功能，采用棘輪棘爪實現(xiàn)抓取過程中的自鎖，并采用電機拉動棘爪實現(xiàn)解鎖。

該裝置的不足之處在于：

1)該裝置需要有推動力才能實現(xiàn)自適應(yīng)彎曲。此推動力來自手指與物體的相對運動：由物體擠壓手指上的滑塊，利用氣力傳動來推動下一指段彎曲。

2)該裝置可鎖定的關(guān)節(jié)角度是不連續(xù)的。由于棘輪的輪齒有一定的齒距，鎖定不連續(xù)；如果齒距設(shè)計得較大會降低鎖定精度，如果齒距設(shè)計得較小，則會降低齒高，影響鎖定效果。

發(fā)明內(nèi)容