[發明專利]滑動基座補償式直線平夾自適應機器人手指裝置

有效

• 申請號: 201810928428.0
• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN108972603B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 李旭東;張文增
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02;B25J9/10
• 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

滑動基座補償式直線平夾自適應機器人手指裝置，屬于機器人手技術領域，包括底座、滑動基座、電機、傳動機構、高度補償組件和至少一個手指組件；所述手指組件包括兩個指段、兩個關節軸、三個轉軸、多個連桿、簧件和限位塊。所述高度補償組件包括杠桿、一個轉軸、滑槽件、滾輪、齒輪和齒條。該裝置實現了雙關節機器人手指直線平行夾持及自適應多種抓取模式。該裝置既能直線軌跡平動夾持或外張撐取物體，尤其適合抓取平面工作臺上的各種物體，也能自適應抓取不同形狀、尺寸物體；利用杠桿滑槽實現滑動基座的整體抬升或下降；采用欠驅動的方式，無需復雜的傳感和控制系統，成本低，適用于多種不同的機器人。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種滑動基座補償式直線平夾自適應機器人手指裝置的結構設計。

背景技術

機器人手作為機器人的重要部件，是機器人研究的熱點和難點。目前擬人機械手的研究成果主要集中在靈巧機械手和欠驅動機械手，同時還包括工業夾持器和特種手等。靈巧手通常指具有多手指、多指節、多自由度、多驅動；至少有3個手指，9個電機主動驅動。一般每個手指具有3個主動自由度；手指每個主動關節都采用驅動器驅動，可以實現類似人手的多數動作。雖然靈巧手具有很高的抓取及操作能力，但是由于靈巧手具有多指、多主動自由度的特征，迫使其需要控制多個驅動電機，結構復雜且實時驅動、傳感與控制困難。各關節獨立驅動控制，手指關節難以協調，抓取操作力量也小，成本昂貴，難以廣泛使用。復雜的驅動系統和控制系統又使得靈巧手容易損壞，維護成本高。

欠驅動手為多指機器人手，每個手指具有2個或以上的關節自由度，每個手指只安裝少量驅動器，就可以實現對物體的自適應抓取功能，結構簡化，驅動控制容易。欠驅動手指設計的關鍵在于手指機構設計。欠驅動手指具有多個關節自由度。由于手指機構中的可變約束使得手指在工作時只能釋放出單個自由度，每個欠驅動手指采用單個驅動器就可以實現對物體的自適應抓取。由于驅動器的大量減少，欠驅動手的驅動、傳感與控制系統得到簡化，因此欠驅動手機構簡單緊湊，體積小，成本低，抓取可靠。

人手的另一個重要特征是實現混合抓取模式，既可以實現握持也可以實現捏持。大多數欠驅動的手采用自適應包絡物體的方式，能夠實現對一個物體的包絡式抓握。然而，這樣的手不能捏持，即利用末端手指的指尖部分去夾取物體。如采用兩個點或兩個指段軟面去接觸物體，這種捏持方式主要針對小尺寸物體或具有對立面的較大物體。

已有的一種具有直線軌跡平動夾持功能的機器人手指裝置(世界專利

WO2016063314A1)，包括電機、傳動機構、8連桿機構和8個轉軸。該裝置采用全轉動關節實現了末端指段的直線平動，能夠以直線軌跡平行夾持物體。其不足之處在于：該裝置無法實現自適應抓取功能，無法用多個接觸點包絡抓取不同形狀、尺寸的物體，而且連桿和轉軸數量多，機構比較復雜。

已有的一種平夾與自適應復合抓取的欠驅動機器人手指裝置(美國專利US5762390)，包括基座、兩個指段、兩個關節軸、多個轉軸、電機、傳動機構、多個連桿、簧件和限位塊等。此裝置實現了末端指段平行夾持，第一指段接觸被夾持物后第二指段轉動自適應包絡物體的功能，既具有平動捏持功能，又能夠實現自適應包絡抓取。其不足之處在于：該裝置僅能實現圓弧平行夾持功能，無法實現直線平行夾持功能，在工作臺上夾持不同尺寸的薄板物體時需要機器人臂部運動才能配合實現抓取。

已有的一種齒條余弦伸縮直線平夾自適應手指裝置(中國專利CNCN108189055A)。該裝置能夠實現直線軌跡平行夾持與自適應復合抓取功能，既能直線軌跡平動第二指段夾持物體，也能先轉動第一指段碰觸物體后再轉動第二指段包絡握持物體，達到自適應抓取效果。其不足之處在于：1)為了補償第一指段轉動中產生的第二指段高度差，增加了第二指段表面罩，讓第二指段表面罩在第二指段上滑動，在抓取物體時末端指段接觸物體的面積減小許多，只有第二指段表面罩能夠接觸物體，影響了抓取物體的末端指段大小；2)在第一指段、第二指段中采用連桿機構、齒輪齒條機構來實現直線軌跡平動第二指段表面罩的效果，機構復雜；3)達到直線軌跡平動末端指段所增加的機構，占用了手指用于存放傳感器、電路模塊的有限空間。