[發明專利]可控力的快速抓取桿簇自適應機器人手裝置

在審

• 申請號: 201811526879.8
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109571539A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 苑航;張文增
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張杰

可控力的快速抓取桿簇自適應機器人手裝置，屬于機器人手技術領域，包括基座、第一電機、第二電機、凸輪、腱繩、第二簧件和多個推桿組件等。本發明裝置用于抓取物體，實現了空間離散自適應抓取功能，利用多個推桿組件實現對物體大小和形狀的自適應功能，利用凸輪和第二簧件的組合實現了快速抓取和抓取力控制；該裝置達到了對物體的多向抓持效果，能夠在多個方向對物體提供抓持力，對不同方向放置的各種形狀(包括長條狀)物體均可有效抓持；該裝置不受驅動源功率的限制，可同時具有極快的抓取速度和極大的抓取力；該裝置結構簡單、能耗低，適用于各種需要通用抓取的機器人上，尤其適合用在需要可控力的快速抓取的場合中。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種可控力的快速抓取桿簇自適應機器人手裝置的結構設計。

背景技術

機器人手在機器人領域中有廣泛的用途，用于將機器人與物體臨時的連接和固定起來，并能夠在適當的時候進行釋放，前者實現了抓取物體，后者實現了放開物體。一般的機器人手為了降低成本被制作成具有兩個相對運動的部分，以便于最簡單的實現抓取和釋放功能。也有許多模仿人手的結構，設計為具有更多的手指和手指上具有若干關節，但是那樣會帶來機械系統、傳感系統、控制系統和控制算法的復雜度和高昂的成本。部分機器人手具有適應性，即在抓取前并未知曉要抓取的物體是何種形狀與大小，在抓取中也未對抓取的物體進行傳感檢測，但是卻可以自適應地抓取，這種對于物體形狀、大小的自動適應性能使得機器人手在實現更為廣泛抓取不同物體的同時并不增加傳感與控制需求。

Peter B.Scott在文獻(Peter B.Scott,“The’Omnigripper’:a form of robotuniversal gripper”,Robotica,vol.3:pp 153-158,1985)中介紹了一種機械被動式適應物體形狀的通用夾持器Omnigripper。該夾持器具有兩組桿簇集合，每組桿簇集合有多個相互平行的長桿，這些由待抓物體推動而自由上下滑動的長桿達到了適應物體形狀的目的，再結合驅動器驅動兩組桿簇靠攏或離開，實現對物體的抓持。舉例來說，當機器人的末端靠向放置在某個支持面(如桌面)上的物體時，物體擠壓長桿使其向基座內滑動，由于長桿數量較多，且長桿較細(直徑較小)，不同的長桿接觸到不同的物體表面點，各長桿向手掌內的滑動距離不同，這種距離與物體的局部形狀有關；之后，一左一右的兩組桿簇集合再合攏夾持住物體，利用長桿從側面夾持住物體，達到抓取目的。

該裝置的不足之處在于：

(1)無法做到多向抓持。該裝置對目標物體施加抓取力時，該抓取力只能沿著兩組桿簇集合合攏的方向，相當于二指夾持器，產生的僅僅是一維夾持模式，夾持效果差。

(2)對于特定方向放置的長條狀物體抓持失效。當目標物體與該方向平行且目標物體在該方向上長于該裝置，則目標物體不會因兩組伸縮桿合攏而受到抓持力，如抓取一個長條狀的物體。

(3)結構復雜、能耗大。該裝置有2組桿簇集合，需要2個相互運動的可運動支承件(或運動基座)、一套直線導軌、2個滑塊、驅動器、傳動機構等，結構較為復雜，且要讓一個具有許多長桿的笨重桿簇集合運動是比較耗能的。

(4)抓持穩定性有待提高。該裝置對目標物體的抓持力僅由兩組桿簇集合合攏而產生，僅能采用抓持力的力封閉抓取物體，而缺少較好的包絡式形封閉抓取效果，因為，力封閉抓取物體未必一定會產生形封閉抓取，但是形封閉抓取一定包括了力封閉抓取，因此抓取穩定性已達到形封閉為最好。