[发明专利]腱绳传动的耦合自适应三指差动机器人手爪装置

说明书

腱绳传动的耦合自适应三指差动机器人手爪装置，属于机器人技术领域，包括手爪基座、三个双腱绳串联式耦合自适应手指、手爪传动机构、驱动器和单输入三输出差速器等。该装置实现了机器人手指耦合快速收拢抓取与自适应抓取的功能和整个手爪自适应抓取功能。该装置根据物体形状和位置的不同，能驱动各手指快速耦合转动自适应夹持物体，还能在当其中任意一个或两个手指被阻挡后继续驱动其余手指继续运动直至稳定的夹住物体，达到各手指和整个手爪自适应包络不同形状、尺寸物体的目的；抓取范围大，抓取稳定可靠；利用一个驱动器驱动三个手指；该装置具有高度适应性，抓取力大，抓取稳定可靠，适用于各种机器人。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种腱绳传动的耦合自适应三指差动机器人手爪装置的结构设计。

背景技术

随着智能技术的发展，机器人技术成为当今的研究热点，机器人手爪作为机器人的一种末端执行器，也引起越来越多研究人员的关注。为了协助机器人在特殊情况下完成更多的任务，人们开发了多种多样的机器人手，例如灵巧手、欠驱动手、夹持器等。研制能具有高度灵活性、多种感知能力、结构紧凑、抓持力大，能够抓取多种形状性质各异的物体，完成各种任务的机器人手一直是机器人手研究的共同目标。现有的机器人灵巧手控制复杂，且抓持力较小，成本昂贵使得灵巧手的应用受到极大地限制。

手指适应物体表面抓取主要采用各手指表面对物体表面形成多点接触，各点的作用力与物体受到的外力达到力学平衡，进而物体达到静力平衡状态，从而实现对物体的抓取。手指的构型对物体形成几何约束，由于不需要较大的摩擦力与物体受到的外力平衡的过程，各手指表面对物体表面的作用力远小于依靠摩擦约束物体对物体表面的作用力，适应物体表面抓取也被称为强力抓取。

手在抓住物体的同时需要限制物体的六个自由度才能稳定的抓住物体。为了协助机器人完成更多的任务，机器人手需要能够最大限度的适应抓取多种不同形状尺寸的物体。

自适应抓取模式是指采用柔性关节或弹簧等部件使得机器人手指在抓取物体时各指节能够根据物体表面发生相对运动，达到自适应物体表面包络抓取物体效果的抓取模式，例如SARAH手和Southampton手就是采用自适应抓取模式。

现有的灵巧手和欠驱动手能够实现适应物体表面抓取模式。灵巧手虽然在动作过程中拟人程度高，能够完成适应物体表面抓取，但其成本较高，控制复杂，需要经常进行维护。现有的灵巧手关节驱动器(如电机、空气肌肉等)产生的驱动力较小，而灵巧手各指节的运动由灵巧手关节驱动器直接驱动，使得灵巧手负载能力较弱，这些使得灵巧手不能广泛的投入生产实践和日常生活中。

为此，欠驱动拟人机器人手应运而生，欠驱动手是驱动器数目少于关节自由度的机器人手，加拿大Laval大学较早的提出了欠驱动机器人手理论和一种经典的四连杆-弹簧结构的欠驱动机器人手。理论和实践证明，欠驱动机器人手由于驱动器较少控制简单，抓取力大，结构紧凑，具有很高的应用价值。此后，涌现了大量关于欠驱动手的研究成果，欠驱动手也被大量装备于服务机器人、工业机器人人、空间机器人等。

面向空间在轨服务、捕获失效翻转卫星等操作任务需要空间机器人能够完成稳定的抓取以实现较大强度的连接，此过程无需手的操作，而且太空中舱外环境复杂，较大的温差和射线会对精密的机械设备和传感器造成较大的损坏，因此灵巧手在该类任务中的应用受到极大的限制。设计大抓取力、高适应性、高可靠性、质量轻的抓持器成为空间抓取研究的重点之一。

传统的工业夹持器结构简单，抓取力大，但传统的二指平夹式工业夹持器在抓捕卫星的过程中，限制的自由度较少，需要施加巨大的夹持力，由于卫星本体结构多为薄壁结构，巨大的抓持力会造成卫星本体的破坏。为此，欠驱动手由于其自适应性、传感控制系统简单、抓取力较大、可靠性好等优势，适用于空间应用等工况恶劣、高负载的抓取的任务。