[发明专利]曲轴连杆平夹耦合切换自适应机器人手装置

说明书

曲轴连杆平夹耦合切换自适应机器人手装置，属于机器人手技术领域，包括基座、传动机构、电机、两个指段、两个关节轴、七个连杆、四个销轴、连接件、转轴、套筒、中间轴、簧件、连杆凸块和两个限位块等。该装置实现了机器人手指平夹自适应抓取模式与耦合自适应抓取模式简单切换的功能。在平夹自适应抓取模式中，装置既能平动第二指段捏持物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；在耦合自适应抓取模式中，装置可以同时联动两个关节转动，并在第一指段接触物体被阻挡后自然转入弯曲第二指段的自适应抓取阶段；抓取范围广；该装置结构紧凑、简单、体积小，制造和维护成本低，适用于农业、工业和服务业等各个领域的机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种曲轴连杆平夹耦合切换自适应机器人手装置的结构设计。

背景技术

欠驱动机器人手是指电机数量少于关节数量的机器人手，它能够实现对不同物体的自适应抓取，也能够适应多种物体的抓取。应用在不同的场合下，均可以满足减少复杂传感与实时控制的需求，提高抓取的稳定性和精确性，同时该装置简便、成本低廉，质量小、体积小，可以被广泛应用在农业、工业以及服务业机器人中，也可以用于医疗，例如为残疾人提供假手。

具有两自由度的欠驱动机器人手主要包括两个基本类别：一类是耦合抓取模式，另一类是自适应抓取模式。其中耦合抓取模式是指两个关节按一定的比例或者变化的比例同时转动，具体可以分为正向耦合抓取模式和反向耦合抓取模式，正向耦合抓取常常简称为耦合抓取，反向耦合抓取模式中按相同比例的抓取模式应用比较广泛，常称为平行夹持耦合抓取模式，常常简称为平夹抓取。正向耦合抓取适合用末端指段去捏持小的物体，而自适应抓取适合包络物体抓取，常称为力量抓取。

在基本类别的组合中，主要有两种复合抓取模式：一种是先耦合而后自适应的抓取模式，称为耦合自适应抓取模式，或耦自抓取模式；另一种是先平行夹持而后自适应的抓取模式，称为平夹自适应抓取模式，或平自抓取模式。其中，耦自抓取模式具有更加拟人性的特点，同时末端的捏持效果也是比较容易实现。平自抓取模式能够具有两个平行开合的末端指段，在工业上适合平行捏持薄片状物体或者具有两个相平行面的物体。

已有的一种连杆欠驱动三指机械手装置，如加拿大Laval大学专利US5762390，包括多个连杆、三个簧件和机械约束等。该装置实现了平夹自适应抓取模式。在工作时，开始阶段保持末端指段的姿态进行近关节弯曲动作，之后根据物体的位置可以实现平行捏持或自适应包络握持的功能。其不足之处在于，该装置仅能实现平夹自适应抓取模式，无法实现耦合自适应抓取模式，不适用于快速抓取的工况，效率比较低；它采用复杂的多连杆机构，机构体积大，摩擦副多，能量利用率低；由于连杆数量多，缺乏柔顺性，制造成本高，运动存在较大的死区，抓取范围较小。

已有的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)，包括基座、两个指段、两个关节轴、驱动器、柔性传动件、腱绳、多个传动轮、半轮、半轮连接件、转轴、半轮凸块、两个簧件和限位凸块等。该装置实现了机器人手指平夹自适应抓取模式与耦合自适应抓取模式可以简单切换的功能。其不足之处在于，该装置采用腱绳带动传动轮转动，工作时间过长后，腱绳的弹性会下降，机构的运动精确性随之下降；此外，采用多个传动轮，机构比较复杂，安装维修困难，制造成本较高；

已有的一种精确平夹自适应与耦合自适应模式切换机器人手指装置(中国专利CN106799742A)，包括基座、两个指段、两个关节轴、电机、腱绳、从动滑轮、连接件、转轴、扇形轮、球缺件、齿轮、齿条和弹簧等。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。该装置利用球缺件的球面实现了平夹与耦合的平稳切换，并且球缺件的设置提高了平夹与耦合阶段的传动精度；其不足之处在于，该装置采用腱绳和弹簧的张紧程度的配合实现相应功能，长时间工作后，腱绳和弹簧会发生疲劳失效，其弹性会下降，机构的运动精确性随之下降；此外，采用多个传动轮，机构比较复杂；采用齿轮和齿条，安装维修困难，制造成本较高。

发明内容