[发明专利]主动锁定流体式柔性杆簇自适应机器人手装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种主动锁定流体式柔性杆簇自适应机 器人手装置的结构设计。

背景技术

机器人手在机器人领域中有广泛的用途，用于将机器人与物体临时的连接和固定 起来，并能够在适当的时候进行释放，前者实现了抓取物体，后者实现了放开物体。一般的 机器人手为了降低成本被制作成具有两个相对运动的部分，以便于最简单的实现抓取和释 放功能。也有许多模仿人手的结构，设计为具有更多的手指和手指上具有若干关节，但是那 样会带来机械系统、传感系统、控制系统和控制算法的复杂度和高昂的成本。部分机器人手 具有适应性，即在抓取前并未知晓要抓取的物体是何种形状与大小，在抓取中也未对抓取 的物体进行传感检测，但是却可以自适应地抓取，这种对于物体形状、大小的自动适应性能 使得机器人手在实现更为广泛抓取不同物体的同时并不增加传感与控制需求。

PeterB.Scott在文献(PeterB.Scott,“The’Omnigripper’:aformofrobot universalgripper”,Robotica,vol.3:pp153-158,1985)中介绍了一种机械被动式适应 物体形状的通用夹持器Omnigripper。该夹持器具有两组杆簇集合，每组杆簇集合有多个相 互平行的长杆，这些由待抓物体推动而自由上下滑动的长杆达到了适应物体形状的目的， 再结合驱动器驱动两组杆簇靠拢或离开，实现对物体的抓持。举例来说，当机器人的末端靠 向放置在某个支持面(如桌面)上的物体时，物体挤压长杆使其向基座内滑动，由于长杆数 量较多，且长杆较细(直径较小)，不同的长杆接触到不同的物体表面点，各长杆向手掌内的 滑动距离不同，这种距离与物体的局部形状有关；之后，一左一右的两组杆簇集合再合拢夹 持住物体，利用长杆从侧面夹持住物体，达到抓取目的。

该装置的不足之处在于：

(1)无法做到多向抓持。该装置对目标物体施加抓取力时，该抓取力只能沿着两组 杆簇集合合拢的方向，相当于二指夹持器，产生的仅仅是一维夹持模式，夹持效果差。

(2)对于特定方向放置的长条状物体抓持失效。当目标物体与该方向平行且目标 物体在该方向上长于该装置，则目标物体不会因两组伸缩杆合拢而受到抓持力，如抓取一 个长条状的物体。

(3)结构复杂、能耗大。该装置有2组杆簇集合，需要2个相互运动的可运动支承件 (或运动基座)、一套直线导轨、2个滑块、驱动器、传动机构等，结构较为复杂，且要让一个具 有许多长杆的笨重杆簇集合运动是比较耗能的。

(4)长期使用的可靠性差。所有长杆及滑槽均暴露在工作环境中，在充满粉尘、飞 絮的工厂车间环境中，长杆之间易夹入小的异物，滑槽中会因为积满尘絮纤维而无法滑动， 各种影响和减小使用寿命的因素很多，在多粉尘的食品、纺织、矿业开采等工厂车间中，尘 土吸附集聚在长杆及滑槽中，大大影响长杆在基座中滑动效果，甚至产生故障。

(5)抓持稳定性有待提高。该装置对目标物体的抓持力仅由两组杆簇集合合拢而 产生，仅能采用抓持力的力封闭抓取物体，而缺少较好的包络式形封闭抓取效果，因为，力 封闭抓取物体未必一定会产生形封闭抓取，但是形封闭抓取一定包括了力封闭抓取，因此 抓取稳定性已达到形封闭为最好。

EricBrown等人在文献(EricBrown,NicholasRodenberga,JohnAmendb,Annan Mozeikac,ErikSteltzc,MitchellR.Zakind,HodLipsonb,Heinrich M.Jaegera.Universalroboticgripperbasedonthejammingofgranular material.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStates ofAmerica(PNAS),vol.107,no.44:18809–18814,doi:10.1073/pnas.1003250107, Sept.17,2010)中介绍了一种基于颗粒阻塞固化原理的通用机器人手。该机器人手包括可 变形的膜皮、一个端口、滤网、放置在膜皮内流体(如气体)和大量颗粒材料(如咖啡颗粒)和 流体源(例如泵或可排空容器)。