[发明专利]齿条空程传动平耦切换自适应机器人手指装置

说明书

齿条空程传动平耦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。在平夹自适应抓取模式中，该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，该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；抓取范围大；该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种齿条空程传动平耦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电机数量少于关节数量的机器人手，它具有自适应抓取功能，能够适应多种物体的抓取，在不同的场合下使用达到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，同时装置简便、成本低廉，质量小、体积小，可以被广泛应用在工业、农业与服务业机器人中或者作为假手给残疾人使用。

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，耦自抓取模式能够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。

已有的一种具有双自由度欠驱动手指的五连杆夹持装置，如美国专利US8973958B2，包括五个连杆、弹簧和机械约束等。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；此外，它采用非常复杂的多连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围较小，机构体积大，缺乏柔顺性，制造成本过高。

已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，如中国专利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。

已有的一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，如中国专利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。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切换的功能。其不足之处在于，该装置使用过多柔性传动件传动，传动不可靠不精确，通过转动半轮实现平夹与耦合的切换，操作复杂不方便。

发明内容