[發明專利]一種用于多足機器人的機械足爪

有效

• 申請號: 201810585128.7
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108789461B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 徐坤;李斌;丁希侖
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02;B25J15/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明公開一種用于多足機器人的機械足爪，物理機械結構分為兩部分：其一為機械足結構，其足底為半球體形式，其中間為3根起支撐作用的支撐桿，上方有放置電機的筒狀體、可與腿部結構相連；其二為三指欠驅動連桿型機械手爪，其第一、二指節與第二、三指節之間均有扭簧。機械足與機械爪通過滑塊與桿件的移動副約束構成一個整體，通過足爪結構切換實現抓取與支撐的功能切換。在物理機械結構的基礎上搭建機械手爪的驅動系統，驅動系統為一個自帶梯形絲桿的直線步進電機，電機由配套驅動器進行控制，電機驅動器接入220V轉12V的變壓器。

技術領域

本發明屬于機器人學與機構學等領域，涉及一種用于多足機器人的兼具機械手抓取與機械足支撐功能的機械足爪。

背景技術

地面移動機器人是一個高度綜合的智能化機器系統，根據運動機構模式的不同，其大體可以分為輪式機器人、足式機器人、履帶式機器人及其他仿生移動方式機器人等幾類。其中，足式機器人由于自身較好的機動性、對地形優越的適應能力得到各國學者和工業界越來越多的重視。目前研制的多足機器人廣泛應用于重物運輸、火山與海底等地形復雜的地區探測以及教育娛樂等領域，但現有的多足步行機器人通常僅僅作為一種移動平臺。

機械腿具有支撐行走的功能，機械臂具有抓取、搬運物件和操作工具的功能，功能雖不同但是結構上存在共同點，其均為關節型結構。自然界中，腿臂融合、手足復用的機制在靈長類動物中普遍存在。大部分靈長類動物仍保留四肢行走方式，其前肢發育成手臂，行走時當作腿支撐本體重量，抓取時當作臂操作，實現腿臂融合功能，拇指可與其它四指對握，實現手足復用功能。世界范圍內的許多科研人員對多足機器人的移動操作開展研究，但許多具備移動操作功能的多足機器人僅僅通過配置特定的機械臂來完成作業。通過額外的機械臂來實現抓取物體的功能，這不僅增加了機器人的重量，還會因為機械足和機械臂的相互影響而減小機械手爪的工作空間。

通過機器人的手足融合設計，使末端執行器兼具機械足支撐行走和機械手抓取物體的功能，多足機器人的腿分支具備機械臂的操作功能，實現腿臂功能的復用，能有效改進這一缺陷，推動腿臂復用、手足融合的機器人實用化，擴大多足機器人應用領域，同時為機器人手 (爪)足復用的研究提供新的思路。

發明內容

針對上述問題，本發明仿照靈長類動物四肢運動機理，設計一種用于多足機器人的機械足爪，在傳統多足機器人的足部結構基礎上，添加機械手結構，并將二者進行有機結合，使兩者融合為一個機械足爪整體。

本發明一種用于多足機器人的機械足爪，具有機械足與機械手；機械手采用為仿健驅動機制的連桿式欠驅動手指機構，包括驅動桿、中指節、遠指節以及七根傳動桿構成。令七根傳動桿分別為主傳動桿、近指節內側傳動桿、近指節外側傳動桿、中指節內側傳動桿與中指節外側傳動桿；其中，驅動桿輸出端與主傳動桿中間位置通過銷軸鉸接，主傳動桿兩端通過銷軸分別與近指節內側傳動桿及近指節外側傳動桿的末端鉸接；中指節為三角形結構，令其三個角分別為角a、角b與角c；則角a處通過銷軸與近指節內側傳動桿前端及中指節內側傳動桿末端間鉸接；角b處通過銷軸與近指節外側傳動桿206的前端鉸接；角c處通過銷軸與中指節外側傳動桿末端鉸接；角a處銷軸上安裝有第一扭簧，第一扭簧兩端分別與近指節內側傳動桿及中指節內側傳動桿固定；同時中指節內側傳動桿與遠指節鉸接處銷軸上安裝有第二扭簧，第二扭簧兩端分別與中指節內側傳動桿及遠指節固定；中指節內側傳動桿與中指節外側傳動桿前端通過銷軸分別與遠指節末端設計的連接件鉸接，且鉸接位置相鄰

上述機械手周向均布，安裝于機械足外圍；機械手通過在機械足上安裝的驅動電機驅動周向三個機械手上下運動，同時驅動三個機械手的抓取動作。

本發明的優點在于：

1、本發明用于多足機器人的機械足爪，兼具機械手的抓取功能和機械足的支撐功能，無需安裝額外的操作臂，結構相對簡單而且質量也相對更輕。