[發明專利]一種多自由度仿人剛柔混合手及其制造工藝

有效

• 申請號: 202010177322.9
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111300459B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 姜力;甄睿辰;樊紹巍;程明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/12;B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種多自由度仿人剛柔混合手及其制造工藝，屬于機器人技術領域。每個所述軟體手指均包括掌指關節及指間關節；所述中央氣道與中央氣腔連通，所述多個掌指關節氣腔環繞中央氣道設置，且掌指關節氣腔外側纏繞一層纖維限制螺紋管，在中央氣道和多個掌指關節氣腔末端插入手指底座；所述硬質手掌的主體部內設有通氣腔，硬質手掌通過螺釘固定軟體手指；每個中央氣道、每個掌指關節氣腔以及每個中央氣腔均通過各自的毛細硅膠軟管進氣。本發明主動自由度多，仿人手關節結構，關節角度及運動關系接近人手參數；得益于關節式結構，比連續彎曲型軟體手爪具備更大的包絡空間，抓握性能更好，柔順性好，對于柔軟、易碎物品及非結構化環境有很好的適應性。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，特別是涉及一種多自由度仿人剛柔混合手及其制造工藝。

背景技術

機器人手作為機器人末端夾持器的一種，應用于對物體進行夾持及操作等任務。為了使其具備類似于人手的夾持及操作性能，許多機械人手爪被設計成仿人構型。他們大多具備多根手指(三指、四指、五指甚至更多手指)[1-3]，不同手指間可協調工作以模仿人手實現精度抓取、側邊抓取、強力抓取等抓取模式，或對工具進行操作[4](如轉筆、擰魔方[5]等)。傳統的機器人手使用剛性構件及運動副組成運動鏈，利用電機、人工肌肉等致動器配合連桿、齒輪或腱繩等傳動件實現規定的運動。這些剛性機器人手存在一些固有的缺陷：1)為了實現多自由度的協同運動，剛性機械手一般在關節處安裝了數量眾多的電機。在極其嚴格的尺寸限制下集成大量主動自由度會對電機減速器的選擇提出極為苛刻的要求。欠驅動[6]、耦合機構可以在一定程度上解決這些困難，但其結構仍然復雜或易損2)為了抓握柔性易碎物品或避免沖擊破壞，機器人手需要集成更多的緩沖材料、位置及力傳感器并實現多自由度的柔順控制，這對控制算法提出了更高的要求，極大地提高了系統復雜度。

軟體機器人技術可以很好地解決這些困難，超彈性材料固有的抗沖擊、柔順變形性能使其對復雜非結構化環境及復雜物體表面具有更好的適應性[7]。軟體機器人一般結構簡單輕便，環境適應性好，成本低廉，具備更好的人機交互及安全性。相較于剛性機器人手而言，軟體機器人手更適合對易碎，易變形的物體的抓取[8-9]。軟體驅動方式有很多選擇，如使用介電彈性體、離子聚合物、形狀記憶合金/聚合物、磁流變液等材料的物理量致動效應以及流體壓力驅動等[10-11]。其中，氣體正壓/負壓驅動因其便宜、清潔、能量密度高、響應較快等優點，成為最常用的軟體驅動方式。現在已有部分軟體機器人技術在機器人手方面的應用，但其仍然普遍存在一些缺陷：1)主動自由度較少，與人手相比只能實現有限的抓握模式。2)手指以近似常曲率彎曲，包絡空間不足而使靈巧性受限[12]。3)結構不可拆分，不便于維護。4)需要連接大體積且結構復雜的氣泵、閥組等附件，增大了系統整體的體積與重量。

參考文獻

[1]劉伊威,金明河,樊紹巍,et al.五指仿人機器人靈巧手DLR/HIT HandⅡ[J].機械工程學報,2009,45(11):16-23.

[2]孫富春,方斌,李洪波.一種7自由度五指機械手:.

[3]Belter J T,Segil J L,Dollar A M,et al.Mechanical design andperformance specifications of anthropomorphic prosthetic hands:A review[J].The Journal of Rehabilitation Research and Development,2013,50(5):599.

[4]Bridgwater,Ihrke,Diftler,et al.The Robonaut 2hand-designed to dowork with tools[C]//2012.

[5]https://openai.com/blog/solving-rubiks-cube/