[发明专利]齿带连杆串并混联复合抓取机器人手指装置

说明书

齿带连杆串并混联复合抓取机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、三个指段、三个关节轴、电机、多路齿轮传动机构、多路带轮传动机构、连杆传动机构、四个簧件、腱绳、绕线筒等。该装置实现了双关节机器人手指平夹、耦合、自适应复合抓取功能。该装置具有末端指段平夹抓取、中部关节耦合抓取、中部指段自适应抓取、末端指段自适应抓取、末端指段平夹自适应抓取5种抓取模式，仅用一个电机驱动，抓取物体快速，抓取范围大，能够适应不同形状、尺寸物体的抓取；该装置体积小，结构紧凑，无需复杂的传感和控制系统，成本低廉，可应用于多种抓取机器人。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种齿带连杆串并混联复合抓取机器人手指装置的结构设计。

背景技术

随着技术的革新，机器人产业迎来了发展的黄金时期，其中机器人手作为机器人实现各种功能的关键部分，已经成为目前该领域研究的热点。机器人手的优劣将直接决定机器人的实用性能，随着应用场景越来越复杂，对机器人手的可靠性和适应性的要求也越来越高，为追求机器人手功能的多样性和使用的灵活性，机器人手指应该具备尽可能多的抓取模式。因而具有多种抓取模式的欠驱动自适应手是机器人手领域最前沿的课题之一。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。具有多个抓取模式的机器人手已经成为当前研究的热点。

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)工业夹持器。工业夹持器在工业流水线抓取物体时经常使用，手指具有平行夹持的功能，平行夹持(简称平夹)是在许多场合非常有效的抓取方式，也是在桌面上抓取物体甚至是唯一的抓取方式，对中抓取，抓取位置准确，工业上得到了大量应用。工业夹持器结构简单、制造容易、工作可靠，但是，工业夹持器手指中部没有转动关节，难以抓取不同形状、尺寸的物体，因此适用范围窄，不利于应用于服务机器人上。

2)灵巧手。灵巧手通常具有较多的自由度和较好的灵巧性，拟人程度最高，可以最大限度模拟人手完成复杂的工作，具有高灵活度、可靠性。虽然灵巧手具有灵活的优点，但其控制系统和传感系统非常复杂，成本昂贵，抓取力小。

3)欠驱动手。欠驱动手具有上述两种机器人手的优点，其关节自由度少于电机的数量，因此降低了对控制系统的要求，具有很高的适应性与抓取力，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(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。

此外，具有耦合自适应与平夹自适应的多抓取模式切换手指已经被设计出来：