[发明专利]闭环柔性件双向感知自适应机器人手指装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种灵巧机器人手指装置及其控制方法的设计。

背景技术

机器人已经可以实现较多的操作功能，其大部分功能需要机器人手的操作来实现，因此手部结构的设计是机器人设计的关键技术。目前机器人手指分为灵巧手和欠驱动手两类，它们各自有自身的优点，同时也有自身的不足之处。

现有灵巧手指的缺点是对所抓物体的形状、大小没有自动适应性，无法完成双向抓取，故抓取范围窄、抓取动作单一，需要经过大量的运动学和动力学的复杂计算，难以满足非结构化环境下的可靠的鲁棒抓取，并且还有成本昂贵、对操作人员要求高等不足，长期以来难以广泛实用化。现有灵巧手的优点是抓取过程稳定，抓取力可控，传动链短，灵活性高，稳定性高，可靠性高。

现有欠驱动手指的缺点是传动链长，在传动过程中会产生空程、间隙和丢步等问题，使手指抓取性能降低，使得当手指根部的第一指段施加于物体上的抓取力较小时，欠驱动手指不能工作，当第一指段抓取力较大时，欠驱动手指虽然能够实现自适应抓取动作，但是会导致第二指段抓取力与第一指段抓取力相比非常小，且两者呈某种比例，为了提高第二指段抓取力，不得不增加第一指段抓取力，但是过大的第一指段抓取力会挤坏物体，因此，对许多物体的抓取来说，欠驱动手指抓取方式很不理想，如利用齿轮传动实现的欠驱动手指(CN1289269C)、利用连杆传动实现的欠驱动手指(US5762390)这些技术方案都在不同程度上有上述的缺点和不足。现有欠驱动手指的优点是驱动器少，结构简单，不需要进行大量运动学和动力学的复杂计算，不需要进行复杂编程，具有自动适应物体形状、大小的特点。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种闭环柔性件双向感知自适应机器人手指装置及控制方法。该装置综合利用了灵巧手和欠驱动手的结构特点，独创性地实现了双向抓取功能，可以更好地实现平行夹持及自适应抓取的功能，能根据目标物体形状和位置的不同，既能平动第二指段捏持物体，也能依次转动第二指段和第一指段自适应不同形状、大小的物体。同时，该装置抓取范围大，抓取过程稳定，抓取力可控，传动链短，对不同物体抓取时无需重新编程，使用简单方便。

一种闭环柔性件双向感知自适应机器人手指装置，用于抓握物体，其特征在于：包括基座、设置在该基座的上部的第一指段和第二指段、近关节轴、远关节轴、设置在基座的下部的第一电机和第二电机、第一停抓传感器、第二停抓传感器、第一接触传感器、第二接触传感器、第一停放传感器、第二停放传感器、初位传感器、控制模块、驱动电机运转的电机驱动模块以及第一传动机构、第二传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件，第一电机与基座的下部固定连接，第二电机与基座的下部固定连接且与第一电机并排设置，近关节轴的轴线与远关节轴的轴线平行，控制模块包括第一停放输入端、第二停放输入端、第一停抓输入端、第二停抓输入端、第一接触输入端、第二接触输入端、初位输入端、电机驱动输出端和复位端，其中，近关节轴活动套设在基座中，远关节轴活动套设在第一指段中，第一指段套接在近关节轴上，第二指段套接在远关节轴上，第一传动机构设置在基座中，第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连，第一传动机构的输出端套接在近关节轴的一端上，第二传动机构设置在基座中且与第一传动机构并排设置，第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连，第二传动机构的输出端活动套设在近关节轴的另一端上，第一传动轮活动套设在近关节轴上，第二传动轮套接在远关节轴上，柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合进行传动，第一传动轮的传动半径与第二传动轮的传动半径相等。

本发明提供的闭环柔性件双向感知自适应机器人手指装置，还可以具有这样的特征，其特征在于：柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，对应的第一传动轮、第二传动轮为带轮、绳轮以及链轮中的任意一种。