[發明專利]肘節滑桿自適應機器人手指裝置

有效

• 申請號: 201610792530.3
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106272501B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 胡漢東;張文增;徐向榮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/02
• 分類號: B25J15/02
• 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

肘節滑桿自適應機器人手指裝置，屬于機器人手技術領域，包括基座、兩個指段、兩個關節軸、導桿、多個連桿、簧件和多個軸等。該裝置實現了機器人手指直線平行夾持與自適應抓取的功能；采用滿足一定條件的連桿機構實現了遠關節軸的直線運動，采用簧件配合曲柄滑塊機構實現第二指段在第一抓取階段保持相對基座固定的姿態；采用曲柄滑塊機構實現當物體接觸第一指段時，第二指段繞遠關節軸的自適應轉動；該裝置可以適應不同形狀、大小物體的抓取；抓取范圍大，抓取穩定可靠，結構簡單，成本低。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種肘節滑桿自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

隨著自動化技術的發展，機器人技術迎來了新的高峰，機器人手作為機器人的一種末端執行器，也引起更多的關注，在機器人手方面的研究也越來越多。為了協助機器人在特殊情況下完成更多的任務，人們開發了多種多樣的機器人手，例如靈巧手、特種手、鉗狀手(工業夾持器)等。空間中的物體具有六個自由度，機器人手在抓住物體的同時需要限制物體的六個自由度才能穩定的抓住物體，鉗狀手一般采用平行夾持的方式，僅能限制不超過四個自由度，為了保持夾持的穩定性，需要施加較大的夾緊力，利用物體與機器人手間的摩擦力來保證穩定的抓取物體，然而巨大的夾緊力會使物體表面產生較大的應變，甚至使物體產生塑性變形或物體破壞，特別對于薄壁物體和硬度較低的物體，鉗狀手不能直接夾取。

具有直線平動夾持的機器人手已經被發明出來，例如專利WO2016063314A1，包括若干連桿，一個夾持指段，驅動器組成。該裝置能夠實現夾持指段的直線平動，利用夾持指段的平行移動對不同大小的物體實現平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置只能實現直線平行夾持功能，無法實現自適應包絡抓取物體的功能。

自適應包絡物體抓取是利用微分的思想，讓機器人手抓取物體時能夠自適應物體的表面，讓更多的表面與物體接觸，在抓取物體時能夠限制物體更多的自由度，從而達到不需要太大的夾持力就能穩定的抓取物體，這樣能較大的減少抓取物體時機器人手對物體的損壞，對于形狀不規則的物體的抓取，自適應機器人手具有明顯的優勢。靈巧手也可實現適應物體表面的抓取，但由于靈巧手需要多個驅動器分別控制，其控制系統復雜、精度要求高、維護成本高，使得靈巧手的成本較高，不利于普遍的生產使用。于是自適應欠驅動手被研發出來，自適應欠驅動機器人手只需較少的驅動器就能夠驅動比驅動器數目更多的關節，來實現機器人手自適應包絡的抓取物體。欠驅動機器人手的成本相對于靈巧手的成本大大降低，結構緊湊，無需復雜的控制系統。例如，已有的一種欠驅動兩關節機器人手指裝置(中國發明專利CN101234489A)，包括基座、電機、中部指段、末端指段和平行帶輪式傳動機構等。該裝置實現了雙關節欠驅動手指彎曲抓取物體的特殊效果，具有自適應性。該欠驅動機械手指裝置的不足之處在于：手指在未碰觸物體前始終呈現伸直狀態，抓取方式主要為握持方式，難以實現較好的末端平行夾持抓取效果。但對于體積小的物體，由于物體表面小，而欠驅動機器人手指的每個指段的長度相對于物體表面來說又過長，難以自適應物體的表面，此時平行夾持就取得了明顯的優勢。因此具有平行夾持和自適應抓取功能的機器人手非常必要，擴大了機器人手的抓取對象的范圍，對工業生產和日常生活有較大的益處。

具有兩種抓取模式的傳統欠驅動手已經被開發出來，已有的一種欠驅動手指，如美國專利US8973958B2，包括五個連桿、彈簧、機械約束和驅動器等。該裝置實現了圓弧平行夾持與自適應抓取模式。在工作時，開始階段相對于基座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夾持或自適應包絡握持的功能。其不足之處在于，(1)該裝置僅能實現圓弧平行夾持功能，無法實現直線平行夾持功能，在工作臺上夾持不同尺寸的薄板物體時需要機器人臂部運動才能配合實現抓取，因此抓取存在嚴重不足；(2)該裝置采用多連桿機構，運動存在較大的死區，抓取范圍小。

發明內容