[發明專利]一種電磁驅動分立桿簇式自適應機械手

在審

• 申請號: 202110492586.8
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113172652A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 趙春平;李志華
• 申請（專利權）人: 大理大學
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種電磁驅動分立桿簇式自適應機械手，屬于機器人手技術領域，包括基座，固定孔板和多個中心線相互平行的可分別自由滑動的推桿、線圈和屏蔽環等；該機械手作為機器人末端執行器，結合普通夾持型機械裝置，用于抓取物體，實現了自適應穩定抓取；該機械手在抓取物體時，通過放置于目標物體兩側的機械手指(推桿)的相對滑動，使得機械手的自適應變形，達到對目標物體的包裹，從而實現了機械手和目標物體的全包裹或多點、大面積接觸，多點、大面積向目標物體施加力，實現對較大范圍的材質、形狀、尺寸的目標物體的穩定抓取；該機械手結構簡單，控制靈活，可靠性高，工作穩定，適用范圍廣。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，屬于一種夾持型自適應機械手，特別涉及一種電磁驅動分立桿簇式自適應機械手的結構設計。

背景技術

機器人手在機器人工作過程中起著關鍵的作用，可以用來將機器人手臂和工件進行臨時的連接和固定，能夠在適當的時候進行握緊和釋放工件；通常，夾持型機械手用于抓取特定工件時，機械手被設計成與工件相適應的形式，常為同一臺機器人設計多個不同形狀、種類的機械手，以便機器人在工作的時候根據不同的抓取任務分別使用；如果機器人手具自適應性，即在抓取前不需要知道抓取的工件的形狀、材質與大小，并且在抓取過程中也不需要對被抓取的工件進行過于細致的檢測，不增加傳感器的種類和數量，不增加控制的復雜程度，可以自適應地抓取工件，將會使得這種機器人手得到大范圍的應用。

英國Shadow公司研制了一種Shadow五指靈巧手，它的驅動源是名為“空氣肌肉”的一種氣動裝置，它由5個手指構成，其中每個手指具有4個自由度，Shadow手在無名指和小指處增加了一個內斂自由度，該自由度結合拇指的側擺自由度保證了靈巧手較好的包絡性能，Shadow靈巧手本體及腕部系統共計24個自由度；Shadow手是目前世界上第一個完全模仿人手自由度設計的靈巧手，為了商業化的目的，在靈巧手的設計過程首次引入了靈巧手外形美化設計的理念。

該設計的不足之處在于：

1.氣動機構的非線性性質，導致外置式靈巧手的控制非常困難；氣動機構的柔性，使得傳感器獲得信息并不能反映靈巧手手指關節位置和關節驅動力(驅動電流)，增加了控制器設計的難度。

2.氣動機構預緊和標定均非常困難，由于靈巧手手指的非模塊化設計，使得其可維護性和互換性較差；驅動器外置于機器人前臂的方式要求機器人靈巧手和機器人手臂作為一個模塊進行設計，降低了機器人各部分模塊化設計和維護的可能性，增加了設計難度。

3.復雜的傳動和多自由度，增加了機械系統、傳感系統、控制系統和控制算法的復雜度，成本很高。

國內某大學提出的一種磁流變液桿簇自適應手裝置，包括基座和多個滑動推桿，每個滑動推桿的一端滑動鑲嵌在基座中且滑動方向與該滑動推桿的中心線平行；該裝置采用多個滑動推桿、彈性薄膜、線圈、磁流變液和簧件等綜合實現離散自適應抓取功能，利用多個滑動推桿實現對物體大小和形狀的自適應功能，不需要根據物體的形狀、大小調整該裝置利用線圈通電產生磁場，使磁流變液體固化，進而多個滑動推桿向裝置的中心彎曲變形，達到對物體的多點多向穩定抓持效果。

該設計的不足之處在于：

1.單方向接觸被抓持物體，且自適應過程要求物體對機械手產生力的作用，對于無法固定的被抓持物體，會造成自適應過程無法完成。

2.被動柔順性，在自適應的過程中，對被抓持的物體形狀尺寸要求高，例如，對于接觸面為平面的物體，會造成無法抓持物體。

3.單個機械手單獨使用，依靠推桿末端的彈簧力抓持物體，抓持力小，無法抓持質量較大的物體。