流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置制造方法及图纸

流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括驱动器、多个指段、多个关节轴、多个关节簧件、传动机构、腱绳、拉绳件、流体管道、可排流体件、多个活塞、多个摩擦块和流体。该装置综合实现自适应抓取和连续同步锁定多个关节的功能。该装置用于抓取物体，可以利用关节簧件自动适应物体的外形、尺寸，且抓取过程快速稳定；抓取物体后采取锁定关节方式，防止手指回弹失稳，提供更大抓取力；可锁定的关节角度是连续的，且能同步锁定多个关节；该装置结构简单，控制容易，设计、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】
流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置
本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
机器人手是机器人最重要的组件之一，机器人手的结构设计和功能改进等关键技术对机器人来说至关重要。现有的机器人手主要可分为拟人手和非拟人手，两者都拥有非常广泛的应用。由于人的手非常灵活，功能强大，在仿生学上有很大的研究学习价值，拟人机器人手的开发有很大的前景。目前的拟人机器人手主要分为工业夹持器、灵巧手和欠驱动手。一方面，机器人手需要实现抓取、搬运和操作不同形状和大小的复杂物体，这对于机器人手的控制精度等方面要求较高；另一方面，拟人机器人手要求大小合适、重量小等特点。现有的工业夹持器功能简单，适用范围较小。现有的灵巧手有足够的关节和驱动器来完成各种精准动作，但是非常复杂和昂贵。而欠驱动手由于自身的自适应性等特点在一定程度上解决了这一矛盾。带有自适应等特点的欠驱动手体积小、重量轻，在抓取物体的过程中可以改变抓取角度以此自动适应物体的形状，控制简单、准确、稳定。已有的一种自适应抓取物体的机械手装置(专利技术专利US2006129248A1)，手指部分主要包括基座、四个指段、三个关节簧件和一个腱绳。抓取物体时，先拉动腱绳使得手指伸直，然后放松腱绳，依靠关节簧件自身弹性使手指弯曲包络抓取物体。由于每个关节都具有关节簧件，手指在抓取物体的过程中可以配合物体形状按照相应角度弯曲，具有良好的自适应性。该装置不足之处在于：1)该装置的关节簧件抓取力尽量大与伸直手指所用腱绳的拉力尽量小之间存在较大矛盾。为了保证抓取力较大，需要的关节簧件劲度系数较大，导致拉动腱绳伸直手指所需的拉力较大；若要腱绳伸直手指所需的拉力较小，采用较弱的关节簧件，则抓取力过小。2)该装置难以提供更大范围的抓取力。该装置采用固定的关节簧件，提供的抓取力局限在固定的较小范围内；该装置在抓取物体过程中主要依靠关节簧件提供的抓取力，如果关节簧件比较弱，就无法利用与之相连的手臂的力量，在提取重物时会发生抓取失效，比如提取很沉重的行李箱时，一般采用臂部力量提取，但是手指要有足够的力量确保弯曲的构型。3)过大劲度系数的关节簧件可能导致抓取物体时发生手指快速冲撞物体，从而导致挤跑物体的失稳现象。4)该装置在振动环境下使用会有抓取失效的可能。已有的一种自锁气动欠驱动机器人手指装置(专利技术专利CN103659825A)，该装置具有自适应抓取功能，采用棘轮棘爪实现抓取过程中的自锁，并采用电机拉动棘爪实现解锁。该装置的不足之处在于：1)该装置需要有推动力才能实现自适应弯曲。此推动力来自手指与物体的相对运动：由物体挤压手指上的滑块，利用气力传动来推动下一指段弯曲。2)该装置可锁定的关节角度是不连续的。由于棘轮的轮齿有一定的齿距，锁定不连续；如果齿距设计得较大会降低锁定精度，如果齿距设计得较小，则会降低齿高，影响锁定效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸；抓取物体后可以采取锁定关节方式或不锁定方式；抓取后锁定关节，可以提供较大的抓取力，防止手指回弹失稳,具有自锁效果；能够同步锁定多个关节；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，重量轻，控制容易。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术所述的流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，包括驱动器、第一传动机构、腱绳、拉绳件、N个指段、N-1个关节轴、N-1个关节簧件和N-1个关节轮；所述驱动器与第一个指段固接；所述驱动器的输出端和第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；第i个关节轴套设在第i个指段中，第i+1个指段套接在第i个关节轴上，第i个关节轮套接在第i个关节轴上，第i个关节簧件的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置还包括流体、第二传动机构、可排流体件、流体管道、N-1个活塞和N-1个摩擦块；所述流体管道具有一个入口和N-1个出口；所述第i个指段中设置有第i个通孔；所述可排流体件设置在第一指段中，所述可排流体件的一端与第二传动机构的输出端相连；所述可排流体件的另一端与流体管道的入口相通，所述流体管道的第i个出口与第i个通孔相通；第i个活塞滑动镶嵌在第i个通孔中，第i个活塞与第i个摩擦块相连，所述第i个摩擦块与第i+1个指段相接触或离开一段距离；所述流体密封在可排流体件、流体管道和所有通孔中；所述第i个活塞滑动方向沿着第i个关节轴的中心线方向或与第i个关节轴的中心线呈一个小于30度的夹角；其中，N为大于1的自然数，i为1、2……或N-1。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述摩擦块的整体或局部采用弹性材料。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述摩擦块的局部表面为粗糙表面。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述可排流体件采用嵌簧丝波纹管，所述嵌簧丝波纹管设置在第一指段中，嵌簧丝波纹管的一端与所有的流体管道的一端相通；嵌簧丝波纹管的另一端与第二传动机构的输出端相连。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述可排流体件包括套筒和活塞件，所述套筒设置在第一指段中，套筒与所有的流体管道的一端相通；所述活塞件与第二传动机构的输出端相连。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述流体管道的局部或整体采用软管。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述流体为液体。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：还包括锁定簧件，所述锁定簧件的两端分别连接摩擦块和活塞。本专利技术所述流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，其特征在于：所述驱动器采用电机、气缸或液压缸。本装置利用驱动器、腱绳、关节簧件、流体传动机构等综合实现自适应抓取和连续同步锁定多个关节的功能。该装置用于抓取物体，利用关节簧件可以自动适应物体的形状、尺寸，适应能力强；抓取物体后可以采取锁定关节方式，对不同重量的物体具有更大的抓取力；抓取过程快速稳定，抓取后锁定关节，一方面防止手指回弹失稳，使得抓取物体时不会出现冲撞物体、挤跑物体；另一方面，可以提供较大的抓取力，锁定后的手指装置可近似看作一个刚体，其承载力方面能够更好地匹配与之相连的手臂装置，实施对较重物体的抓取；可锁定的关节角度是连续的，能同步锁定多个关节；该装置结构简单，重量轻，控制容易，设计、制造成本低。附图说明图1是本专利技术提供的流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置的一种实施例的正面剖视图。图2是图1所示实施例的A-A剖视图。图3是图1所示实施例的正面外观图。图4是图1所示实施例的左侧面外观图。图5至图7是图1所示实施例的腱绳拉动示意图。图8是图1所示实施例的立体爆炸视图。图9是图1所示实施例的立体外观图。图10是图1所示实施例第二关节簧件剖视图。图11是第二关节各部件的立体示意图。图12至图13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，包括驱动器、第一传动机构、腱绳、拉绳件、N个指段、N‑1个关节轴、N‑1个关节簧件和N‑1个关节轮；所述驱动器与第一个指段固接；所述驱动器的输出端和第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；所述第i个关节轴套设在第i个指段中，所述第i+1个指段套接在第i个关节轴上，所述第i个关节轮套接在第i个关节轴上，所述第i个关节簧件的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置还包括流体、第二传动机构、可排流体件、流体管道、N‑1个活塞和N‑1个摩擦块；所述流体管道具有一个入口和N‑1个出口；所述第i个指段中设置有第i个通孔；所述可排流体件设置在第一指段中，所述可排流体件的一端与第二传动机构的输出端相连；所述可排流体件的另一端与流体管道的入口相通，所述流体管道的第i个出口与第i个通孔相通；所述第i个活塞滑动镶嵌在第i个通孔中，第i个活塞与第i个摩擦块相连，所述第i个摩擦块与第i+1个指段相接触或离开一段距离；所述流体密封在可排流体件、流体管道和所有通孔中；所述第i个活塞滑动方向沿着第i个关节轴的中心线方向或与第i个关节轴的中心线呈一个小于30度的夹角；其中，N为大于1的自然数，i为1、2……或N‑1。...

【技术特征摘要】
1.一种流体式无级锁定绳簧自适应机器人手指装置，包括驱动器、第一传动机构、腱绳、拉绳件、N个指段、N-1个关节轴、N-1个关节簧件和N-1个关节轮；所述驱动器与第一个指段固接；所述驱动器的输出端和第一传动机构的输入端相连，所述第一传动机构的输出端和拉绳件相连；所述拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述腱绳的一端与拉绳件相连，腱绳的另一端与最后一个指段相连；所述腱绳绕过所有关节轮，腱绳穿过中间的所有指段；第i个关节轴套设在第i个指段中，第i+1个指段套接在第i个关节轴上，第i个关节轮套接在第i个关节轴上，第i个关节簧件的两端分别连接第i个指段和第i+1个指段；所有所述关节轴相互平行；其特征在于：该装置还包括流体、第二传动机构、可排流体件、流体管道、N-1个活塞和N-1个摩擦块；所述流体管道具有一个入口和N-1个出口；所述第i个指段中设置有第i个通孔；所述可排流体件设置在第一指段中，所述可排流体件的一端与第二传动机构的输出端相连；所述可排流体件的另一端与流体管道的入口相通，所述流体管道的第i个出口与第i个通孔相通；第i个活塞滑动镶嵌在第i个通孔中，第i个活塞与第i个摩擦块相连，所述第i个摩擦块与第i+1个指段相接触或离开一段距离；所述流体密封在可排流体件、流体管道和所有通孔中；所述第i个活塞滑动方向沿着第i个关节轴的中心线方向或与第i个关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭九明，张文增，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11