[發明專利]一種多指靈巧手的手指位置布置方法

有效

• 申請號: 201711401955.8
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108108560B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 杜宇;李泳耀
• 申請（專利權）人: 大連大華中天科技有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F111/06
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 楊植

一種多指靈巧手的手指位置布置方法屬于仿人多指靈巧手的結構參數優化技術領域，涉及的手指具有三個自由度，且每個手指的結構完全相同，步驟為：首先，建立具有相對運動的兩手指“恰好”完全包絡抓取圓柱物體的平面簡圖，兩手指于手掌平面上的垂直距離為L，圓柱物體的直徑為D；其次，分析平面簡圖中各參數間存在的幾何關系，建立關于L和D的隱函數關系f(L，D)＝0，求解隱函數f(L，D)＝0的極值，選取各極值點中存在的最大值D，最大值D所對應的L即為兩手指間相對布置的最優距離；最后，確定其他手指相對于第一步中手指的最優位置。本發明在手指具有相同結構尺寸的條件下，使得靈巧手能獲得最大的包絡抓取物體尺寸，提高靈巧手的應用范圍。

技術領域

本發明屬于仿人多指靈巧手的結構參數優化技術領域，提供一種多指靈巧手的手指位置布置方法。

背景技術

隨著德國“工業4.0”、我國“智能制造2025”等國家政策的提出，機器人技術在世界范圍內獲得廣泛的關注和飛速的發展，應用領域日益擴大。末端執行器是機器人在工作過程中與周圍環境交互的執行部件，傳統的機器人末端執行器是基于特定的任務而設計的，一般只有1～2個自由度，因而基本不具備通用性。隨著機器人智能化水平的不斷提高，需要作業的形式和內容呈多樣化發展，如對不同形狀物體的抓取、柔軟物體的捏等，傳統的末端執行器已經不能滿足機器人的這類作業需求，因而具有多自由度、多關節的仿人多指靈巧手成為機器人末端執行器的發展方向。

仿人多指靈巧手具有廣泛的應用領域：在家庭服務領域，可以作為老年人、殘疾人等的輔助器具，為其日常生活提供方便；在工業生產領域，可用于柔性生產線上的復雜零件裝配及通用性夾具等；在外太空及人類所不能直接接觸的領域，可以作為人手的延伸，用于未知環境下的抓取作業；等等。因此，仿人多指靈巧手具有重要的研究意義，受到各國研究學者的重視，一大批各式各樣的多指靈巧手被研制出來，二指手如KINOVA的KG2、ROBOTIQ的兩指自適應夾爪，三指手如Barrett、iHY、ReFlex，四指手如DLR/HITⅠ、Utah/MIT hand，五指手如DLR/HITⅡ、GifuⅢ、Shadow。這些靈巧手的手指、手掌尺寸不盡相同，有的和人手相當，有的稍大于人手，手指結構基本有兩指節和三指節兩種形式。

在現有的靈巧手設計過程中，其手指位置的布置方式一般是基于仿人手指布置的思想，但仿人手指的布置方式與靈巧手抓取物體的尺寸范圍并沒有直接的關系，因此，設計出來的這類靈巧手在抓取物體的尺寸范圍方面往往沒有特別明顯的優勢。實際上，在手指結構和尺寸都確定的情況下，仿人多指靈巧手抓取物體的尺寸范圍與手指的各指節長度，以及各手指在手掌上的位置布置方式密切相關，存在一個最優的各手指位置布置尺寸，使得靈巧手包絡抓取物體的尺寸最大。除DLR/HITⅡ在設計過程中直接限定了拇指和中指合攏時抓取圓柱物體最大半徑70mm外，其他靈巧手在設計過程中鮮有提及手指位置布置的問題。因此，針對提出的該問題，為獲得最優的手指位置布置方式及最大的抓取物體范圍，提出一種多指靈巧手的手指位置布置方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種多指靈巧手的手指位置布置方法，在仿人多指靈巧手的設計過程中，在手指的結構及尺寸等確定的情況下，本發明能夠獲得最優的手指位置布置方式及最大的抓取物體范圍。

人類的每個手指(不包括拇指)具有三個指節，以及左右擺動和張開閉合兩種運動方式，“左右擺動”具有一個自由度，“張開閉合”具有三個自由度。本發明的技術實施過程僅涉及到靈巧手指“張開閉合”的運動方式，且每個手指的結構完全相同。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種多指靈巧手的手指位置布置方法，該手指位置布置方法中僅涉及手指的“張開閉合”的運動方式，具有三個自由度，且每個手指的結構完全相同；具體步驟如下：

第一步：確定具有相對運動的兩手指的最優位置。