[發明專利]閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201611151281.6
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106695851A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 夏海超;白國振;郭凱;張楠;趙善政
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J13/08
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種靈巧機器人手指裝置及其控制方法的設計。

背景技術

機器人已經可以實現較多的操作功能，其大部分功能需要機器人手的操作來實現，因此手部結構的設計是機器人設計的關鍵技術。目前機器人手指分為靈巧手和欠驅動手兩類，它們各自有自身的優點，同時也有自身的不足之處。

現有靈巧手指的缺點是對所抓物體的形狀、大小沒有自動適應性，無法完成雙向抓取，故抓取范圍窄、抓取動作單一，需要經過大量的運動學和動力學的復雜計算，難以滿足非結構化環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?，F有靈巧手的優點是抓取過程穩定，抓取力可控，傳動鏈短，靈活性高，穩定性高，可靠性高。

現有欠驅動手指的缺點是傳動鏈長，在傳動過程中會產生空程、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，欠驅動手指不能工作，當第一指段抓取力較大時，欠驅動手指雖然能夠實現自適應抓取動作，但是會導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，欠驅動手指抓取方式很不理想，如利用齒輪傳動實現的欠驅動手指(CN1289269C)、利用連桿傳動實現的欠驅動手指(US5762390)這些技術方案都在不同程度上有上述的缺點和不足?，F有欠驅動手指的優點是驅動器少，結構簡單，不需要進行大量運動學和動力學的復雜計算，不需要進行復雜編程，具有自動適應物體形狀、大小的特點。

發明內容

本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種閉環柔性件雙向感知自適應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動手的結構特點，獨創性地實現了雙向抓取功能，可以更好地實現平行夾持及自適應抓取的功能，能根據目標物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉動第二指段和第一指段自適應不同形狀、大小的物體。同時，該裝置抓取范圍大，抓取過程穩定，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。

一種閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置，用于抓握物體，其特征在于：包括基座、設置在該基座的上部的第一指段和第二指段、近關節軸、遠關節軸、設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、驅動電機運轉的電機驅動模塊以及第一傳動機構、第二傳動機構、第一傳動輪、第二傳動輪、柔性傳動件，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置，近關節軸的軸線與遠關節軸的軸線平行，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、電機驅動輸出端和復位端，其中，近關節軸活動套設在基座中，遠關節軸活動套設在第一指段中，第一指段套接在近關節軸上，第二指段套接在遠關節軸上，第一傳動機構設置在基座中，第一電機的輸出軸與第一傳動機構的輸入端相連，第一傳動機構的輸出端套接在近關節軸的一端上，第二傳動機構設置在基座中且與第一傳動機構并排設置，第二電機的輸出軸與第二傳動機構的輸入端相連，第二傳動機構的輸出端活動套設在近關節軸的另一端上，第一傳動輪活動套設在近關節軸上，第二傳動輪套接在遠關節軸上，柔性傳動件、第一傳動輪和第二傳動輪三者之間配合進行傳動，第一傳動輪的傳動半徑與第二傳動輪的傳動半徑相等。

本發明提供的閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特征，其特征在于：柔性傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，對應的第一傳動輪、第二傳動輪為帶輪、繩輪以及鏈輪中的任意一種。