[发明专利]双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置的结构设计。

背景技术

手是人最重要的器官之一，在拟人机器人领域，机器人手同样是至关重要的环节，其结构设计与功能改进是机器人领域的关键技术之一。一方面，机器人手需要完成抓取、搬运等复杂动作，因此需要较为精确的控制机制；另一方面，机器人手的拟人要求决定了其体积小、重量轻等特点。现有的灵巧手有足够的关节数及驱动数以完成精确动作，但非常复杂、昂贵。目前在机器人手领域还存在许多技术难题。欠驱动手在一定程度上解决了这一矛盾。

耦合型欠驱动手指采用多关节同时弯曲的耦合抓取模式，由一个驱动器驱动多个关节按一定比例同时转动。这一模式与人手抓取物体动作类似，拟人性较好，抓取过程较稳定。耦合型手指的不足之处在于：动作模式较为固定，无法适应不同形状的物体，一股以捏持方式抓取物体，对于大尺寸物体很难实现握持抓取方式，抓取效果不好。

自适应欠驱动手指采用自适应抓取的动作模式，由一个驱动器驱动一个关节，其余关节在手指与物体接触后才开始转动。这种手指可以根据物体的不同形状改变抓取角度，从而达到握持抓取方式，结构简单且控制稳定。自适应欠驱动手指的不足之处在于：未接触物体时手指呈固定形态，拟人效果较差；需要在接触物体的过程中产生对远端指节的驱动力，可能导致近端指节受力过大，不利于抓取；对于小尺寸物体无法实现捏持抓取方式，抓取效果受到限制。

针对耦合型手指与自适应欠驱动手指各自的不足之处，一种将两者结合起来的新型复合型欠驱动抓取模式被提出来，该抓取模式为：手指碰到物体之前先按照耦合模式运动，接触物体之后近端指节的运动被物体限制，此时远端指节继续以自适应模式抓取物体，直至各指节完全接触物体。

已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，如中国发明专利CN101633171A，主要由基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴，末端指段、耦合传动机构、欠驱动传动机构和多个簧件构成。该装置可以实现复合欠驱动抓取过程，其不足之处在于：耦合传动机构与欠驱动传动机构之间有运动干涉，使用了多个簧件解除约束，造成耦合运动过程中产生很多不必要的能量消耗；耦合机构与自适应机构并联，结构复杂；电机只能放置在基座(手掌)中，手掌空间无法充分利用，没有充分利用指段空间。

已有的一种锥齿轮柔性件复合抓取机器人手指装置，如中国发明专利CN102166753A，主要由基座、电机、减速器、近关节轴、中部指段、远关节轴、末端指段、三个锥齿轮、主动轮、从动轮、两个传动件和簧件构成。该装置可以实现复合欠驱动抓取过程，其不足之处在于：采用三个相啮合的锥齿轮，由锥齿轮机构达到驱动器分两路输出的目的，要求两侧的锥齿轮完全对称，成本高；锥齿轮传动要求装配精度高，在制造和装配精度低时的传动损耗大；电机只能放置在基座(手掌)中，手掌空间无法充分利用，没有充分利用指段空间。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置，该装置将电机放置在指段中，解放手掌空间；该装置可实现耦合抓取与自适应抓取相结合的复合欠驱动抓取模式，且结构简单，成本低；仅用一个驱动器驱动两个关节，传动能量损耗小。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置，包括基座、电机、减速器、中部指段、末端指段、近关节轴和远关节轴；所述的近关节轴活动套接于基座中，所述的远关节轴活动套接于中部指段中，所述的末端指段套固在远关节轴上；远关节轴和近关节轴平行；电机的输出轴与减速器的输入轴相连，其特征在于：所述的电机和减速器设置在中部指段中，并与中部指段固接；所述的减速器的输出轴与近关节轴相连；所述的中部指段活动套接在近关节轴上；该装置还包括第一传动机构和簧件；所述的第一传动机构包括主动轮和从动轮，所述的主动轮与从动轮直接相连或通过传动件相连，主动轮转动方向与从动轮转动方向相反；所述的主动轮套固在近关节轴上，所述的从动轮套固在远关节轴上；所述的簧件的两端分别连接基座和近关节轴。

本发明所述的双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置，其特征在于：所述的主动轮和从动轮均采用齿轮，所述的主动轮与从动轮相啮合。

本发明所述的双关节电机倒置复合欠驱动抓取机器人手指装置，其特征在于：所述的传动件采用传动带或腱绳，所述的主动轮采用带轮或绳轮，所述的从动轮采用带轮或绳轮；所述的传动件、主动轮和从动轮三者能够配合形成传动关系；所述的传动件缠绕在主动轮和从动轮上并形成“8”字形。