[發明專利]盤齒切換多模式融合自適應機器人手指裝置

在審

• 申請號: 201810532903.2
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108481354A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 宋為;張文增
• 申請（專利權）人: 宋為
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J17/00
• 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

盤齒切換多模式融合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、兩個電機、兩個主動壓盤、兩個從動壓盤、滑動壓塊、多套傳動機構、限位塊和簧件等。該裝置實現了雙關節機器人手指耦合自適應、平夾自適應與鎖定增強功能相融合的多抓取模式。根據待抓物體的形狀、尺寸和位置的不同，該裝置具有耦合抓取、平夾抓取、自適應抓取三種基本抓取模式和耦合自適應抓取、平夾自適應抓取、鎖定增強抓取三種復合抓取模式；抓取模式之間可自由電動切換；切換時無空程狀態，可以保持在切換過程中的手指姿態；該裝置抓取效率高、范圍大，結構緊湊、控制容易，適用于各種需要抓取物體的機器人上。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種盤齒切換多模式融合自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

機器人手是機器人與外部世界的聯系終端，負責完成抓取和操作物體。抓取物體的方式多種多樣，根據不同的物體需要不同的抓取模式。多指機器人手的抓取模式一般有平行夾持、耦合抓取、自適應抓取等。在抓取不同物體時，經常需要切換不同的手爪給機器人的應用帶來了不便。如果一個機器人手具有多種抓取模式并能夠在模式之間自由切換，將獲得較大的抓取范圍和較強的適應能力，不僅在控制方面降低了難度，而且在制造和使用成本方面有很大的優勢。

典型的多指機器人手有三種大的類別：

1)靈巧手

靈巧手具有較多的關節，每個關節一般均配備一臺電機主動驅動，少數關節采用耦合方式聯動，這種靈巧手給手勢的實現帶來了便利，但是出力小、成本高和控制難度大影響了應用推廣；

2)工業夾持器

工業夾持器一般具有較好的抓取專用工件的能力，采用平行夾持抓取模式，僅利用一個驅動器實現多個手指相對平行的運動，達到對具有平行抓取面的各種尺寸物體的有效抓取，得到了廣泛推廣應用，但是其適應能力弱，在不同形狀物體的抓取上存在很大缺陷，因此適用范圍窄，適應能力差，不利于應用于服務機器人上；

3)欠驅動手

欠驅動手具有上述兩種機器人手的優點，既有帶多關節的多個手指，抓取模式得到了擴展，手勢較多，同時使用了較少的電機或氣缸等驅動器，抓取控制比較簡單，制造成本低且出力大，應用范圍比較廣，得到了近十余年的熱點研究。

目前，具有平夾自適應抓取的機器人手和具有耦合自適應抓取的欠驅動手被開發出來：

1)耦合自適應抓取機器人手能夠將耦合與自適應抓取融合起來，先采用耦合抓取模式，當近指段接觸物體后再采用自適應抓取模式，實現了一種較好的復合抓取。

已有的一種耦合欠驅動一體化雙關節機器人手指裝置(中國專利CN101664930B)，包括基座、電機、兩個指段、兩個關節軸、四個連桿和兩個簧件等。該裝置實現了兩關節手指耦合抓取過程與欠驅動自適應抓取過程融合于一體的效果。該裝置在碰觸物體前采用耦合方式轉動，且可實現捏持方式抓取物體，在碰觸物體后，又可以采用欠驅動自適應方式轉動抓取物體，自動適應所抓物體的大小和形狀，實現握持方式抓取。該裝置的不足之處在于：該裝置僅具有耦合自適應抓取模式，無法實現平夾自適應抓取。

2)平夾自適應抓取機器人手能夠將平行夾持與自適應抓取融合起來，先采用平行夾持抓取模式，當近指段接觸物體后再采用自適應抓取模式，實現了又一種較好的復合抓取；

已有的一種具有雙自由度欠驅動的多連桿夾持裝置，如美國專利US8973958B2，包括驅動器、多個連桿、彈簧、限位塊。該裝置在工作時，開始階段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捏持或自適應包絡握持的功能。其不足之處在于，該裝置僅具有平夾自適應抓取模式，無法實現耦合自適應抓取。

在很多場合抓取不同的物體時，有的需要耦合自適應抓取，有的則需要平夾自適應抓取，而現有的欠驅動機器人手不能兼顧，影響了其抓取范圍和抓取能力。