[发明专利]平夹耦合自适应多模式抓取机器人手指装置

说明书

平夹耦合自适应多模式抓取机器人手指装置，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、两个电磁制动器、传动件、两个传动轮、多个齿轮和簧件等。该装置实现了双关节机器人手指平夹自适应与耦合自适应可切换的抓取功能。该装置具有平夹抓取、耦合抓取、自适应抓取、平夹自适应抓取、耦合自适应抓取等5种抓取模式。该装置的平夹自适应抓取模式与耦合自适应抓取模式能够在任意角度位置切换，且切换过程无空程转动，保证了切换时手指的姿态；该装置体积小，结构紧凑，电机控制容易，采用了较少的电机来实现抓取过程两个关节的自动调整，对不同形状尺寸物体的适应能力强，适合应用在各种需要抓取物体的机器人上。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种平夹耦合自适应多模式抓取机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人手是机器人与外部世界的联系终端。机器人手负责完成抓取和操作物体。抓取物体的方式多种多样，根据不同的物体需要不同的抓取模式。多指机器人手的抓取模式一般有平行夹持抓取、耦合多关节联动抓取、自适应抓取等。在抓取不同物体时，经常需要切换抓取的终端给机器人带来了不便。如果一个机器人手具有多种抓取模式并能够自由切换，将获得较大的抓取适应能力，不仅在控制方面降低了难度，而且在制造和使用成本方面有很大的优势。

目前具有两种以上抓取模式的机器人手已经被开发出来，典型的多指机器人手有三种大的类别：

1)灵巧手。灵巧手具有较多的关节，每个关节一般均配备一台电机主动驱动，少数关节采用耦合方式联动，这种灵巧手给手势的实现带来了便利，但是成本高和控制难度大影响了应用推广；

2)工业夹持器。工业夹持器一般具有较好的抓取专用工件的能力，采用平行夹持抓取模式，仅利用一个驱动器实现多个手指相对平行的运动，达到对具有平行抓取面的各种尺寸物体的有效抓取，得到了广泛推广应用，但是其适应能力弱，在不同形状物体的抓取上存在很大缺陷，因此适用范围窄，不利于应用于服务机器人上；

3)欠驱动手。欠驱动手具有上述两种机器人手的优点，既有带多关节的多个手指，抓取模式得到了扩展，手势较多，同时使用了较少的电机或气缸等驱动器，抓取控制比较简单，制造成本低且出力大，应用范围比较广，得到了近十余年的热点研究，正在飞速发展。

具有平夹自适应抓取的机器人手和具有耦合自适应抓取的欠驱动手被开发出来：

1)耦合自适应抓取机器人手能够将耦合与自适应抓取融合起来，先采用耦合抓取模式，当近指段接触物体后再采用自适应抓取模式，实现了又一种较好的复合抓取。

已有的一种耦合欠驱动一体化双关节机器人手指装置(中国专利CN101664930B)，包括基座、电机、两个指段、两个关节轴、电机、四个连杆和两个簧件等。该装置实现了两关节手指耦合抓取过程与欠驱动自适应抓取过程融合于一体的效果，该装置在碰触物体前采用耦合方式转动，且可实现捏持方式抓取物体，在碰触物体后，又可以采用欠驱动自适应方式转动抓取物体，自动适应所抓物体的大小和形状，实现握持方式抓取。该装置的不足之处在于：该装置仅具有耦合自适应抓取模式，无法实现平夹自适应抓取。

2)平夹自适应抓取机器人手能够将平行夹持与自适应抓取融合起来，先采用平行夹持抓取模式，当近指段接触物体后再采用自适应抓取模式，实现了较好的复合抓取；

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、机械约束。该装置在工作时，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，该装置仅具有平夹自适应抓取模式，无法实现耦合自适应抓取。

在很多场合抓取不同的物体时，有的需要平夹自适应抓取，有的则需要耦合自适应抓取，而现有的欠驱动机器人手不能兼具，影响了其抓取范围和抓取成功率。