[发明专利]三关节直线平夹自适应欠驱动机器人手指装置

说明书

三关节直线平夹自适应欠驱动机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、电机、传动机构、三个指段、三个关节轴、八个连杆、四个簧件和两个限位块等。该装置可以实现三关节直线平夹和双指段自适应抓取模式。在在初始阶段，该装置为直线平行夹持模式：远指段平动且轨迹为直线，适合夹持平面上的物体；当近指段接触物体被阻挡，该装置进入自适应抓取模式：中指段、远指段分别绕中关节轴、远关节轴转动；当中指段接触物体，远指段会继续转动，直到近、中、远三个指段均接触物体。该装置对不同形状、尺寸物体具有自适应性，采用一个电机驱动三个关节，抓取稳定且具有变抓力效果，控制简单，制造和维护成本低。

技术领域

本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种三关节直线平夹自适应欠驱动机器人手指装置的结构设计。

背景技术

机器人技术的发展与应用是当下的研究热点。研究人员对于工业机器人的研究成果在工业生产中发挥着巨大的作用，通过控制机器人执行重复、危险的操作，促进了智慧工厂与无人工厂的形成，大大提高了生产效率。与工业机器人相似，走进千家万户及各种场合的服务型机器人将成为下一个标准化产品类别，它需要机器人手协助执行抓取操作。因此对于机器人手的研究成为研究热点。

由于人手是人类在自然进化过程中产生出来的灵巧终端部件。人手部的运动具有多种抓取模式，包括精确型的末端夹持(捏持)以及多指段力量型的握持，抓取力大。模仿人手的多指机器人手在设计方面难度很大。

现有的多指机器人手研究领域，主要有两种基于不同概念的机器人手。第一种是通过多个电机分别控制多个自由度的灵巧手，另一种是通过较少电机驱动较多自由度的欠驱动手。

灵巧手一般具有3～5个手指，每个手指2～4个关节自由度，其多数关节为电机、气缸或液压缸等驱动的主动关节。灵巧手具有较高的抓取精度。如美国宇航局研制的Robonaut手，它有5个手指和14个关节自由度，通过14个电机和12个独立的控制电路板来实现驱动控制功能，已经被应用在太空近地轨道的危险环境和行星探索任务中。灵巧手在抓取过程中需要预先判断被抓取物体的位置，进行路径规划，通过多个电机构成的实时控制系统进行控制，控制难度大，成本高。

欠驱动手减少了电机的使用数量，使机器人手在保证拟人化动作的同时，大大地降低了对于手部实时控制和传感系统的要求。现有的欠驱动手指包括平夹手指、耦合手指和自适应手指。平夹手指的末端在抓取过程中保持相对于基座不变的姿态，适合抓取台面上的物体；耦合手指的近指段转动时，远指段会相对近指段同时转动，抓取动作更加拟人，同时抓取更加迅速；自适应手指近关节先转动，近指段接触物体后才触发下一个关节关节转动，依次类推，直至末端指段接触物体，实现多个指段均接触物体的包络抓取效果，适应不同形状，尺寸物体。这种自适应抓取特点在传统的平夹手指或耦合手指中不能实现。

平夹自适应手指是将平行夹持与自适应抓取功能在一前一后两个时间阶段进行结合产生的复合抓取类型手指。耦合自适应手指则是将耦合抓取与自适应抓取相结合的另一种复合抓取手指。

传统的平夹自适应手指为一种末端呈圆弧轨迹的平夹自适应手指，无法实现末端呈直线轨迹的平夹自适应复合抓取模式，在抓取桌面物体时，需要机械臂配合控制协同作业才能实现比较精准的物体抓取，给机械臂控制带来麻烦，同时抓取不同大小物体时，该装置需要在不同的高度进行作业，否则容易发生该装置的末端手指与桌面相碰撞的危险。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种三关节直线平夹自适应欠驱动机器人手指装置。该装置具有三个关节，具有末端指段直线轨迹平行夹持功能，能实现中指段和远指段的双指段自适应抓取模式，对不同形状、尺寸物体具有自适应性。

本发明的技术方案如下：