[發明專利]齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置

有效

• 申請號: 201610154064.6
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105773608B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 張文增
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J15/00;B25J15/08;B25J17/02
• 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，特別涉及一種齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

自適應欠驅動機器人手采用少量電機驅動多個自由度關節，由于電機數量少，藏入手掌的電機可以選擇更大的功率和體積，出力大，同時純機械式的反饋系統無需對環境敏感也可以實現穩定抓取，自動適應不同形狀尺寸的物體，沒有實時電子傳感和閉環反饋控制的需求，控制簡單方便，降低了制造成本。

在抓取物體時主要有兩種抓取方法，一種是捏持，一種是握持。捏持是用末端手指的指尖部分去夾取物體，采用兩個點或兩個軟指面去接觸物體，主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體；握持是用手指的多個指段包絡環繞物體來實現多個點的接觸，達到更穩定的形狀包絡抓取。工業夾持器一般采用捏持方式，難以具有穩定握持功能，不能適應多種形狀物體的穩定包絡抓取；自適應欠驅動手指可以采用自適應包絡物體的方式握持，但是無法實施捏持抓取；耦合的多關節手可以實現多關節同時轉動，能夠實現捏持，不能實現針對多種形狀物體的穩定的多點包絡握持。上述三種手均有很大的提升空間。現實中很需要一種既具有捏持功能，又能夠實現穩定自適應包絡抓持的機器人手。

已有的一種具有雙自由度欠驅動手指的五連桿夾持裝置，如美國專利US8973958B2，包括五個連桿、彈簧、機械約束。該裝置在工作時，開始階段保持末端指段的姿態進行近關節彎曲動作，之后根據物體的位置可以實現平行捏持或自適應包絡握持的功能。其不足之處在于，該裝置采用非常復雜的多連桿機構，運動存在較大的死區，抓取范圍較小，機構體積大，缺乏柔順性，制造成本過高。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置。該裝置具有多種抓取模式，既能平動第二指段夾持物體，也能先后轉動第一指段和第二指段自適應包絡不同形狀、大小的物體；抓取范圍大；無需復雜的傳感和控制系統。

本發明的技術方案如下：

本發明設計的一種齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關節軸、遠關節軸和驅動器；所述驅動器與基座固接；所述近關節軸的中心線與遠關節軸的中心線平行；其特征在于：該齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置還包括傳動機構、第一主齒輪、第二主齒輪、齒輪組、第一柔性管、第二柔性管、流體、凸塊撥盤、簧件和限位凸塊；所述近關節軸活動套設在基座中；所述遠關節軸活動套設在第一指段中；所述第一指段套接在近關節軸上；所述第二指段套接在遠關節軸上；所述傳動機構設置在基座中；所述驅動器的輸出軸與傳動機構的輸入端相連，所述傳動機構的輸出端與第一主齒輪相連；所述第一主齒輪活動套接在近關節軸上，所述第二主齒輪套接在遠關節軸上，第二主齒輪與第二指段固接；所述齒輪組安裝在第一指段中，所述齒輪組包括至少一個齒輪或相嚙合的多個齒輪，所述齒輪組的輸入齒輪與第一主齒輪嚙合，所述齒輪組的輸出齒輪與第二主齒輪相嚙合；所述第一柔性管和第二柔性管均分別包括第一端蓋、第二端蓋和具有伸縮和彎曲柔性的伸縮管，所述伸縮管為空心結構，伸縮管的兩端分別固接第一端蓋和第二端蓋，所述第一端蓋上設有通孔；所述第一指段上設有通孔；所述第一柔性管的第二端蓋與凸塊撥盤固接，第一柔性管的第一端蓋與第一指段固接，第一柔性管的第一端蓋上的通孔與第一指段的通孔相連通；所述第二柔性管的第二端蓋與第二指段固接，第二柔性管的第一端蓋與第一指段固接，第二柔性管的第一端蓋上的通孔與第一指段的通孔相連通；所述流體密封在第一柔性管、第一指段的通孔和第二柔性管中；所述第一柔性管和第二柔性管同時位于該裝置抓取物體的一側或者同時位于該裝置遠離抓取物體的一側；設所述第一柔性管的伸縮管的中心線與近關節軸的中心線的距離為a，第二柔性管的伸縮管的中心線與遠關節軸的中心線的距離為b，a與b相等；所述第一柔性管的伸縮管的內徑與第二柔性管的伸縮管的內徑相等；所述凸塊撥盤活動套接在近關節軸上；所述限位凸塊與基座固接；所述凸塊撥盤與限位凸塊相接觸或離開一段距離；設第一指段靠向物體的轉動方向為近關節正方向，第一指段遠離物體的轉動方向為近關節反方向；在該齒輪流體平夾自適應機器人手指裝置處于初始狀態時，凸塊撥盤與限位凸塊接觸，設此時凸塊撥盤相對基座的旋轉角度為0度，從該位置開始，凸塊撥盤朝近關節正方向旋轉時的轉動角度為正，凸塊撥盤朝近關節反方向旋轉時的轉動角度為負；所述限位凸塊限制凸塊撥盤的轉動角度只能為正；所述簧件的兩端分別連接凸塊撥盤和基座；通過齒輪組的傳動，從第一主齒輪到第二主齒輪的傳動是同向傳動且傳動比小于1。