[发明专利]一种双联齿条平夹耦合切换自适应机器人手指装置

说明书

一种双联齿条平夹耦合切换自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、半齿轮、齿轮、连接件、转轴、下齿条、上齿条、中间轴、两个限位块、套筒和簧件等。该装置实现了机器人手指平夹抓取、耦合抓取和自适应抓取多种抓取模式。该装置利用半齿轮实现了平夹与耦合的平稳切换，并且半齿轮的设置提高了平夹与耦合阶段的传动精度，利用齿轮齿条机构的自适应功能精简了机构，利用簧件与限位滑块的配合避免了平夹或耦合状态与自适应状态的矛盾；抓取范围大；利用单个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；结构简单、体积小，成本低。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种双联齿条平夹耦合切换自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

欠驱动机器人手是指关节自由度数目多于所使用的电机数目的一类机器人手，这类机器人手所具有的自适应抓取功能能够抓取多种不同尺寸、不同形状的物体，能够在不使用复杂的传感和控制模块的情况下实现准确、稳定的抓取效果。欠驱动机器人手的机械结构简洁、成本低廉、功能强大，可以适应工业机器人、社会服务机器人或人体义肢等不同领域中，对机器人手的抓取需求。

具有两个关节自由度的欠驱动机器人手的两个基本抓取类别是耦合抓取模式和自适应抓取模式。耦合抓取模式即：机器人手的两个关节按照一定的比例关系进行运动。耦合抓取模式分为正向耦合和反向耦合。正向耦合通常也称为耦合抓取，耦合抓取的弯曲运动效果具有拟人性，且可以实现对细棒状物体的钩取；反向耦合在运动比例为1比1时称为平夹抓取，可以实现对具有两个平行表面的物体的平行夹持。自适应抓取是指，机器人手的最终运动姿态受被抓物体的外形和尺寸影响，可以实现对物体的包络。

通过对基本抓取模式的组合，形成了两种复合抓取模式：耦合自适应抓取模式和平夹自适应抓取模式。这两种复合抓取模式在抓取的过程中分为两个阶段，第一阶段机器人手分别按照耦合抓取和平夹抓取的模式运动，可以进行对物体的抓取，也可以作为对第二阶段的预备运动；第二阶段机器人手进行自适应抓取。

已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置(中国专利CN101633171B)，包括基座、电机、两个关节轴、两个指段、耦合传动机构、欠驱动传动机构和多个簧件。该装置实现了耦合自适应抓取模式，当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处。其不足之处在于，该装置仅能实现耦合自适应抓取模式，无法实现平夹自适应抓取模式；此外，机构复杂，安装维修困难；簧件数目过多，利用簧件解耦调和耦合传动机构与自适应传动机构之间的矛盾，常常使得多个簧件形变较大，导致过大且不必要的能量损耗。

已有一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置(中国专利CN105835083A)，能够实现手动切换平夹自适应抓取模式和耦合自适应抓取模式，采用了半齿轮、连接件、限位凸块、两套柔性件传动机构和两个簧件。其不足在于：由于在第一指段绕近关节轴的中心线的正转过程中，腱绳只有下方一部分处于半齿轮的圆弧外缘上，而有相当一部分腱绳以最短折线的方式连接半齿轮上部与第一指段的中部过渡轮，导致在平夹抓取阶段，传动不平稳，且传动存在较大误差(即存在控制死区)，在第一指段转动过程中第二指段有一段时间没有任何动作，从而不能准确保证第二指段的平动，因此，不是精确的平行夹持；此外，组成零件数量多，结构复杂，体积大，成本高。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种双联齿条平夹耦合切换自适应机器人手指装置。该装置可以实现平夹自适应抓取模式，在简单手动切换后，又可以实现耦合自适应抓取模式；该装置既能平动第二指段平行夹持物体，也能两个关节同时正向弯曲去耦合捏持物体，还可以先后转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；该装置通过齿轮齿条啮合传动的方式，使机构简洁，成本低廉；无需复杂的传感和控制系统。

本发明的技术方案如下：