[發(fā)明專利]齒輪傳動雙向平夾感知自適應(yīng)機器人手指裝置及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611151215.9
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106737776A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏海超;白國振;王瀟榕;王永鋒;殷小明
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/16;B25J17/02
• 代理公司: 上海德昭知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種靈巧機器人手指裝置及其控制方法的設(shè)計。

背景技術(shù)

機器人已經(jīng)可以實現(xiàn)較多的操作功能，其大部分功能需要機器人手的操作來實現(xiàn)，因此手部結(jié)構(gòu)的設(shè)計是機器人設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。目前機器人手指分為靈巧手和欠驅(qū)動手兩類，它們各自有自身的優(yōu)點，同時也有自身的不足之處。

現(xiàn)有靈巧手指的缺點是對所抓物體的形狀、大小沒有自動適應(yīng)性，無法完成雙向抓取，故抓取范圍窄、抓取動作單一，需要經(jīng)過大量的運動學(xué)和動力學(xué)的復(fù)雜計算，難以滿足非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的可靠的魯棒抓取，并且還有成本昂貴、對操作人員要求高等不足，長期以來難以廣泛實用化。現(xiàn)有靈巧手的優(yōu)點是抓取過程穩(wěn)定，抓取力可控，傳動鏈短，靈活性高，穩(wěn)定性高，可靠性高。

現(xiàn)有欠驅(qū)動手指的缺點是傳動鏈長，在傳動過程中會產(chǎn)生空程、間隙和丟步等問題，使手指抓取性能降低，使得當手指根部的第一指段施加于物體上的抓取力較小時，欠驅(qū)動手指不能工作，當?shù)谝恢付巫ト×^大時，欠驅(qū)動手指雖然能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)抓取動作，但是會導(dǎo)致第二指段抓取力與第一指段抓取力相比非常小，且兩者呈某種比例，為了提高第二指段抓取力，不得不增加第一指段抓取力，但是過大的第一指段抓取力會擠壞物體，因此，對許多物體的抓取來說，欠驅(qū)動手指抓取方式很不理想，如利用齒輪傳動實現(xiàn)的欠驅(qū)動手指(CN1289269C)、利用連桿傳動實現(xiàn)的欠驅(qū)動手指(US5762390)這些技術(shù)方案都在不同程度上有上述的缺點和不足。現(xiàn)有欠驅(qū)動手指的優(yōu)點是驅(qū)動器少，結(jié)構(gòu)簡單，不需要進行大量運動學(xué)和動力學(xué)的復(fù)雜計算，不需要進行復(fù)雜編程，具有自動適應(yīng)物體形狀、大小的特點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種閉環(huán)柔性件雙向感知自適應(yīng)機器人手指裝置及控制方法。該裝置綜合利用了靈巧手和欠驅(qū)動手的結(jié)構(gòu)特點，獨創(chuàng)性地實現(xiàn)了雙向抓取功能，可以更好地實現(xiàn)平行夾持及自適應(yīng)抓取的功能，能根據(jù)目標物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第二指段和第一指段自適應(yīng)不同形狀、大小的物體。同時，該裝置抓取范圍大，抓取過程穩(wěn)定，抓取力可控，傳動鏈短，對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。

一種齒輪傳動雙向平夾感知自適應(yīng)機器人手指裝置，用于抓握物體，其特征在于：包括基座、設(shè)置在該基座的上部的第一指段和第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠關(guān)節(jié)軸、設(shè)置在基座的下部的第一電機和第二電機、第一停抓傳感器、第二停抓傳感器、第一接觸傳感器、第二接觸傳感器、第一停放傳感器、第二停放傳感器、初位傳感器、控制模塊、驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動模塊以及第一傳動機構(gòu)、第二傳動機構(gòu)、第一齒輪、第二齒輪、齒輪組，第一電機與基座的下部固定連接，第二電機與基座的下部固定連接且與第一電機并排設(shè)置，近關(guān)節(jié)軸的軸線與遠關(guān)節(jié)軸的軸線平行，控制模塊包括第一停放輸入端、第二停放輸入端、第一停抓輸入端、第二停抓輸入端、第一接觸輸入端、第二接觸輸入端、初位輸入端、電機驅(qū)動輸出端和復(fù)位端，近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中，遠關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中，第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上，第二指段套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第一傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中，第一電機的輸出軸與第一傳動機構(gòu)的輸入端相連，第一傳動機構(gòu)的輸出端套接在近關(guān)節(jié)軸的一端上，第二傳動機構(gòu)設(shè)置在基座中且與第一傳動機構(gòu)并排設(shè)置，第二電機的輸出軸與第二傳動機構(gòu)的輸入端相連，第二傳動機構(gòu)的輸出端活動套設(shè)在近關(guān)節(jié)軸上，第二傳動機構(gòu)的輸出端與第一齒輪相連，第一齒輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，第二齒輪套接在遠關(guān)節(jié)軸上，第二齒輪與第二指段固定連接，齒輪組安裝在第一指段中，包括至少一個齒輪或相嚙合的多個齒輪，齒輪組的輸入齒輪與第一齒輪嚙合，齒輪組的輸出齒輪與第二齒輪相嚙合，第一齒輪的傳動半徑與第二齒輪的傳動半徑相等。