[實用新型]分離驅動凸輪式高度自調節平夾自適應手指裝置

有效

• 申請號: 201821378850.5
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN208663838U
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 張文增;金棟;吳哲明;鄒怡蓉;劉佳君
• 申請（專利權）人: 清華大學天津高端裝備研究院洛陽先進制造產業研發基地
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/02;B25J15/08;B25J9/10
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

本實用新型有關于分離驅動凸輪式高度自調節平夾自適應手指裝置，屬于機器人手技術領域，包括電機、多個連桿、凸輪、推板、兩個齒條、兩個齒輪、四個錐齒輪、套筒、兩個簧件和限位塊等。該裝置實現了雙關節機器人手指直線平夾自適應復合抓取的功能。根據目標物體形狀和位置的不同，該裝置既能直線平動第二指段捏持物體或外張撐取物體，也能依次轉動第一指段和第二指段自適應抓取不同形狀、大小物體；電機安裝在不動的基座下部，減輕了可動的基座上部的重量，便于實現遠程驅動；該裝置在平夾抓取階段其末端沿直線軌跡運動，降低了抓取桌面上薄板物體時的控制難度，提高抓取效率，抓取穩定，結構緊湊、成本低；適用于需要抓取工件的各種機器人上。

技術領域

本實用新型屬于機器人手技術領域，特別涉及一種分離驅動凸輪式高度自調節平夾自適應手指裝置的結構設計。

背景技術

機器人是上個世紀最偉大的發明之一，直接將計算機的決策應用于物理系統的動作，從而帶來了無限的可能，比起過去僅利用人力或者純機械工具來說，大大提高了機器的智能性和作用范圍，給人類生活帶來無限希望。

經過數十年發展，工業機器人逐漸在閉環反饋控制思想的統領下走到了人工智能初步蓬勃發展的今天。機器人的核心原理是利用傳感器感知環境并時刻調整自身的各種關節與參數，來達到最優的服務或動作功能。機器人要幫助人類在深海、航空航天、醫療、石油化工、家庭社區服務等等領域完成各種任務，就需要有一雙類似于人手的部件——機器人手。機器人手為了模仿人手需要提供較多的關節自由度和驅動動力源，但是數量較多的驅動器與狹窄的手部空間體積呈現出較大的矛盾，因此如何提高機器人手的功能模式，降低機器人手對體積重量的需求，改善機器人手對環境的適應能力成為機器人手走向實用化的關鍵。近十余年來，機器人手研究呈現出蓬勃發展的態勢，有較多的多關節機器人手被研究和開發，其中，最具有代表性的是靈巧手，但是由于出力小、控制難度大和比較昂貴等各種原因，暫時仍然在實驗室研究階段。簡單實用的工業二指夾持器能夠滿足多數的簡單抓取任務，得到工業上的大量應用，帶來了機器人手各種版本的蓬勃發展。在靈巧手與工業夾持器之間又誕生了一種少量驅動器獲得多數關節轉動效果的欠驅動手。

欠驅動手是指具有欠驅動手指或者欠驅動關節的機器人手，其核心是如果利用一個電機(或氣缸、液壓缸等驅動器)來實現兩個以上關節自由度的驅動，并且巧妙設置彈性元件來進行儲能與釋放，釋放時刻隨環境與機器人手之間的相互關節而臨時自主確定，從而達到了等同于存在一種閉環反饋控制的效果，這樣的機械裝置稱為智能機械。智能機械在機器人手上的發展為欠驅動手指機構設計帶來了新的思路。已經有形形色色的各種欠驅動機器人手指被開發出來。其中最為重要的是具有自適應抓取效果的欠驅動手指。

自適應欠驅動機器人手指成本相對較低，結構緊湊，無需復雜的控制系統，這些突出優點使得欠驅動手指成為研究熱點。自適應抓取物體是一種利用多個接觸點接觸物體，從而達到穩定抓取的目的，這些接觸點的安排不是預先確定的，只有抓取的時候才由機構臨時互動形成，達到了不論物體形狀尺寸均具有較好效果的抓取。

已有的一種欠驅動機器人手指裝置(中國發明專利CN101234489A)，包括基座、電機、中部指段、末端指段和平行帶輪式傳動機構等。該裝置實現了手指彎曲抓取物體的效果，具有自適應性。該裝置的不足之處在于：手指在未碰觸物體前始終呈現伸直狀態，抓取方式主要為握持方式，難以實現較好的末端平行夾持抓取效果。

具有平行夾持和自適應抓取功能的機器人手非常必要，擴大了機器人手的抓取對象的范圍，對工業生產和日常生活有較大的益處。

具有直線平動夾持的機器人手已經被發明出來(專利WO2016063314A1)，包括若干連桿，一個夾持指段，電機組成。該裝置能夠實現夾持指段的直線平動，利用夾持指段的平行移動對不同大小的物體實現平行夾持的功能。其不足之處在于：該裝置只能實現直線平行夾持功能，無法實現自適應包絡抓取物體的功能。