[發明專利]雙絞線同步鎖定自適應機器人手指裝置

在審

• 申請號: 201610153469.8
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105583848A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 宋九亞;張文增;孫振國;都東;陳強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種雙絞線同步鎖定自適應機器人手指 裝置的結構設計。

背景技術

機器人手是機器人最重要的組件之一，機器人手的結構設計和功能改進等關鍵技 術對機器人來說至關重要。現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 機器人手的開發有很大的前景。目前的擬人機器人手主要分為工業夾持器、靈巧手和欠驅 動手。

一方面，機器人手需要實現抓取、搬運和操作不同形狀和大小的復雜物體，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有的工業夾持器功能簡單，適用范圍較小?，F有的靈巧手有足夠的關節和驅動器來完 成各種精準動作，但是非常復雜和昂貴。而欠驅動手由于自身的自適應性等特點在一定程 度上解決了這一矛盾。

帶有自適應等特點的欠驅動手體積小、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物體的形狀，控制簡單、準確、穩定。

已有的一種自適應抓取物體的機械手裝置(發明專利US2006129248A1)，手指部分 主要包括基座、四個指段、三個關節簧件和一個縱向腱繩。抓取物體時，先拉動縱向腱繩使 得手指伸直，然后放松縱向腱繩，依靠關節簧件自身彈性使手指彎曲包絡抓取物體。由于每 個關節都具有關節簧件，手指在抓取物體的過程中可以配合物體形狀按照相應角度彎曲， 具有良好的自適應性。

該裝置不足之處在于：

1)該裝置的關節簧件抓取力盡量大與伸直手指所用縱向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，需要的關節簧件勁度系數較大，導致拉動縱向腱繩伸 直手指所需的拉力較大；若要縱向腱繩伸直手指所需的拉力較小，采用較弱的關節簧件，則 抓取力過小。

2)該裝置難以提供更大范圍的抓取力。該裝置采用固定的關節簧件，提供的抓取 力局限在固定的較小范圍內；該裝置在抓取物體過程中主要依靠關節簧件提供的抓取力， 如果關節簧件比較弱，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 的構型。

3)過大勁度系數的關節簧件可能導致抓取物體時發生手指快速沖撞物體，從而導 致擠跑物體的失穩現象。

4)該裝置在振動環境下使用會有抓取失效的可能。

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

該裝置的不足之處在于：

1)該裝置需要有推動力才能實現自適應彎曲。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)該裝置可鎖定的關節角度是不連續的。由于棘輪的輪齒有一定的齒距，鎖定不 連續；如果齒距設計得較大會降低鎖定精度，如果齒距設計得較小，則會降低齒高，影響鎖 定效果。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出一種雙絞線同步鎖定自適應 機器人手指裝置，該裝置用于抓取物體，可以自動適應物體的形狀、尺寸；抓取物體后可以 采取鎖定關節方式；抓取后鎖定關節，可以提供較大的抓取力，防止手指回彈失穩,具有自 鎖效果；能夠同步鎖定多個關節；可鎖定的關節角度是連續的；該裝置結構簡單，重量輕，控 制容易。

本發明采用如下技術方案：