[發(fā)明專利]適合桌面物抓取的機(jī)器人手指裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710685900.8
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107433607B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王香香;張文增;徐向榮
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

一種適合桌面物抓取的機(jī)器人手指裝置，屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、兩個(gè)指段、兩個(gè)關(guān)節(jié)軸、電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)、多個(gè)連桿、兩個(gè)彈簧、兩個(gè)滑塊和第二指段表面罩等。該裝置實(shí)現(xiàn)了直線平夾與自適應(yīng)抓取的功能：既能平動第二指段夾持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小的物體；在平動第二指段夾持物體階段，第二指段末端始終保持在近似直線的軌跡運(yùn)動，適合在桌面上抓取薄板物體，減少對機(jī)械臂協(xié)同控制編程的需求；該裝置抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；僅利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，加工、裝配和維修成本低，適用于機(jī)器人手。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適合桌面物抓取的機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

機(jī)器人手作為機(jī)器人的重要部件，是機(jī)器人研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。已開發(fā)出來的機(jī)器人手(工業(yè)夾持器、欠驅(qū)動手、靈巧手和特種手等)配合機(jī)器人傳感與控制系統(tǒng)，能在許多特殊的環(huán)境中完成特定任務(wù)。

靈巧手具有較多的關(guān)節(jié)自由度和較高的擬人靈巧性，能夠完成多數(shù)人手抓取、操作和感知功能，但是實(shí)時(shí)傳感與控制需求較高，系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本比較昂貴，不利于推廣應(yīng)用。特種手主要是針對特定物體開發(fā)的各種無手指機(jī)器人手的統(tǒng)稱，例如吸盤、磁鐵、靜電以及主動吸氣式裝置，在抓取物體方面，不如具有多個(gè)手指的機(jī)器人手更適合在人居環(huán)境中使用。

工業(yè)夾持器一般采用平行夾持的方式，但是為了保持夾持的穩(wěn)定性，需要施加較大的夾緊力，利用物體與機(jī)器人手間的摩擦力來保證穩(wěn)定的抓取物體，然而較大的夾緊力會使物體表面產(chǎn)生大的應(yīng)變，甚至使物體產(chǎn)生塑性變形或破壞物體。具有直線平動夾持的機(jī)器人手已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來，例如專利WO2016063314A1，包括基座、驅(qū)動器、若干連桿、一個(gè)夾持指段等。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)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(shí)現(xiàn)平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置無法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的功能。

欠驅(qū)動機(jī)器人手是一類利用較少電機(jī)驅(qū)動較多關(guān)節(jié)自由度來達(dá)到較好抓取物體目的的多指機(jī)器人手。欠驅(qū)動手目前已經(jīng)開發(fā)出具有耦合抓取、平夾抓取和復(fù)合抓取模式的幾類機(jī)器人手，其中平夾與自適應(yīng)復(fù)合抓取欠驅(qū)動機(jī)器人手具有廣泛的應(yīng)用前景，得到了較多的研究。為了保持常用的平夾抓取，同時(shí)增加對物體包絡(luò)抓取效果以提高抓取范圍和抓取穩(wěn)定性，具有平行夾持和自適應(yīng)包絡(luò)兩種抓取模式的平夾自適應(yīng)欠驅(qū)動機(jī)器人手被開發(fā)出來。已有的一種欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，如加拿大Laval大學(xué)的專利US5762390A，包括基座、驅(qū)動器、傳動機(jī)構(gòu)、六個(gè)連桿、三個(gè)指段、限位機(jī)構(gòu)和多個(gè)彈簧等。該裝置實(shí)現(xiàn)了平夾及自適應(yīng)包絡(luò)物體的效果：最初階段該裝置轉(zhuǎn)動整體繞根部近關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，同時(shí)末端指段相對于基座保持豎直的初始姿態(tài)不變，直到近指段接觸物體，中部關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，中部指段接觸物體，末端關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，末端指段才最終轉(zhuǎn)動扣向物體，最后達(dá)到多個(gè)指段均包絡(luò)抓取物體的特效。該裝置的不足之處在于：該裝置在平夾抓取的最初階段中，手指末端呈圓弧運(yùn)動——末端圓弧平動，無法實(shí)現(xiàn)末端指段直線平動的效果，在抓取桌面物體時(shí)，需要機(jī)械臂的良好配合，因而增大了對機(jī)械臂協(xié)同控制編程的依賴。

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，提供一種適合桌面物抓取的機(jī)器人手指裝置。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)直線平夾與自適應(yīng)復(fù)合抓取模式：既能平動第二指段夾持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小的物體；在平動第二指段夾持物體階段，第二指段末端始終保持在近似直線的軌跡運(yùn)動，適合在桌面上抓取薄板物體，減少對機(jī)械臂協(xié)同控制編程的需求；該裝置抓取范圍大，抓取穩(wěn)定可靠；僅利用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動兩個(gè)關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：