柔性件传动变位自适应机器人手指装置制造方法及图纸

柔性件传动变位自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、两个电机、两套传动机构、两个柔性件、三个簧件等。该装置实现了双关节手指可变初始构型的自适应抓取功能。对于不同形状、尺寸的物体，该装置可以自动适应抓取；该装置具有灵活调节远关节角度，达到预弯曲抓取效果；自适应抓取具有快速响应的特点，抓取时间短，通过滑块加速末端指段转动，同时双电机抓取物体力量更大，叠加抓取效果好；由于采用了两个柔性件为主要传动件，该装置具有向抓取方向防碰撞功能；该装置的手指构型多变，更灵活。该装置结构紧凑、体积小，制造和维护成本低，适用于机器人手。人手。人手。

【技术实现步骤摘要】
柔性件传动变位自适应机器人手指装置


[0001]本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种柔性件传动变位自适应机器人手指装置的结构设计。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，机器人的应用范围不断扩大，作业水平不断提高。机器人手是机器人的末端执行器，它可以代替人在未知或危险的环境中进行操作。机器人手分为非仿人的特种机器人手和仿人的多指机器人手。
[0003]特种机器人手是指没有明显手指的机器人手，例如，利用负压吸盘、伯努利原理、磁铁、磁流变液、软体材料、流体传动、静电吸附、阵列滑杆等各种方式实现抓取功能。工业上大量采用的吸盘抓持器就属于这一类机器人手。德国费斯托(FESTO)公司研发的柔性形状抓持器，利用盛水的气球来适应物体，利用与气球下方连接的活塞拉动，让气球将物体卷入或吞入抓持器中部，达到抓取物体的目的。
[0004]多指机器人手一般由一个手掌和多个手指组成。根据驱动器与关节自由度的数量不同，可以将机器人手指分为全驱动式和欠驱动式。几种主要的多指机器人手介绍如下：
[0005](1)工业夹持器
[0006]工业夹持器一般为一种单驱动器的机器人手。传统的机器人的末端执行器是工业夹持器，这种夹持器采用一个驱动源控制两个以上的手指开合来达到物体的抓取目的，手指的中部没有可活动的关节。工业夹持器相对比较成熟，已经大量在工业流水线上应用。这种夹持器是根据特定的工作任务设计的，自由度少，只能对特定的某些物体进行抓取，通用性较差，极大限制了其应用范围。
[0007](2)灵巧机器人手<br/>[0008]灵巧机器人手，简称灵巧手，一般为全驱动、多关节自由度的机器人手。
[0009]将机器人手设计为人手的构造，包括多个手指，每个手指多个关节，并且将每个关节设置为电机主动驱动，这样一来，机器人手可能具有十多个关节，因此需要对应数量的电机(或者气缸、液压缸等驱动源)进行驱动。
[0010]若要给手指的每个关节配置一个电机驱动，并进行单独的控制，这会导致控制系统的复杂性上升；大量的控制器件也使得机械手的重量、体积增大，制造成本的大幅增加。在目前的技术水平下，该机器人手将非常复杂、昂贵，实时传感、控制的需求过于巨大，实时控制带来了诸多的学术和应用问题，成为一个重要的机器人手研究领域——灵巧机器人手。
[0011]灵巧机器人手已经被不断设计出来，包括美国UTAH/MIT灵巧手、Salisbury灵巧手、Robonaut
‑
2机器人手、英国Shadow灵巧手、日本Gifu
‑
III机器人手、东京大学高速三指灵巧手、中国哈尔滨工业大学与德国宇航中心联合开发的HIT/DRL
‑
II手、北京航空航天大学BH系列灵巧手等。
[0012]这些灵巧手给未来的机器人研究带来了非常多的变化可能，结合机器人的感知技
术、传动技术、控制技术与智能决策等，会有很多需要深入研究的问题，问题的复杂度高，适合深入研究和应用挖潜。但是目前，灵巧手难以商用化，不适合直接采用到工业生产或各种服务机器人中。
[0013](3)自适应机器人手
[0014]越来越多的应用场景要求机器人手具有简单的结构、机构，并且具有较好的应用功能，成本也在一定的范围内，同时外观具有拟人的多指多关节特点，在抓取物体方面能够实现比工业夹持器更加复杂和智能的抓取与操作，这个需求对机器人手的设计以及在有限条件下的灵活性提出了高要求。
[0015]若对每个手指进行欠驱动改进——用少量电机(或其他类型驱动器)驱动多个关节的转动，可以有效改善抓取性能与实时传感控制的矛盾，也扩大了机器人手的抓取应用范围(更高程度地提升其通用性)。为了达到这个目的，一种在抓取物体时具有自动适应物体形状、尺寸的机器人手——自适应机器人手应运而生，被设计出来。
[0016]自适应机器人手也称为欠驱动机器人手，是一种少驱动器、多关节自由度机器人手。自适应机器人手在外观和抓取功能方面与人手有相似之处，适应非结构化复杂环境中的不同物体抓取，成为机器人研究领域的一个热门方向。由于电机数量少，藏入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时电子传感和闭环反馈控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。例如，上海交通大学开发的SJT
‑
III机器人手、清华大学设计的一系列欠驱动机器人手。
[0017]欠驱动手指又分为直接欠驱动手指和间接欠驱动手指两大类。采用直接欠驱动方式挤压物体达到手指包络物体的效果，需要较大的挤压力，容易抓坏物体。采用间接欠驱动方式，依靠物体对滑块的挤压带动后续指段转动，后续指段的抓取力小，抓取稳定性不高。
[0018]下面分别举例说明几种传统机器人手的不足之处。
[0019]关于工业夹持器举例如下：
[0020]已有的一种平面操作机器人夹持器，如中国专利CN111015705A，包括底座、夹紧机构与夹持滑块。该装置利用2个夹紧机构的夹合与协同运动，能够抓取位于平面内不同位置的物体，同时完成物件在平面内的水平位移。其不足之处在于：采用电机直接驱动夹持滑块来夹紧物体，适应性不高；夹紧机构的动力直接来源于电机，挤压力大，容易抓坏物体。
[0021]关于灵巧手指举例如下：
[0022]已有的一种模块化多功能软体灵巧手，如中国专利CN112060114A，包括大手掌、小手掌、硅胶可调连接及安装在手掌上的五根可双向弯曲的手指执行器。该装置的手掌由两块硬质材料及中间的软体硅胶连接组成，每根气动手指采用模块化设计，由三个软体关节、两个软体的增强型结构的指节和弯曲传感器组成，弯曲传感器粘接在手指执行器的下层。其不足之处在于：该装置采用软体结构，运动不精确，控制比较困难，实时感知与控制要求高，响应慢。
[0023]关于直接自适应手指举例如下：
[0024]已有的一种带轮欠驱动机器人手指装置，如中国专利CN101234489B，包括基座、电机、减速器、两个齿轮、两个关节轴、两个指段和簧件等。该装置能够实现自适应抓取物体的功能，采用欠驱动方式——以一个电机驱动两个关节。其不足之处在于：挤压力大，容易抓
坏物体；无法灵活调节手指中部的关节，动作手势有限。
[0025]关于间接自适应手指举例如下：
[0026]已有的一种腱络欠驱动机械手指装置，如中国专利CN101024287B，包括两个指段和欠驱动关节。其中，欠驱动关节包括关节轴、主动滑块、腱绳和簧件。该装置具有抓取不同形状、大小物体的自适应性。其不足之处在于：通过物体对滑块的挤压实现抓取，需要的触发抓取力较大，抓取力量与欠驱动效果之间存在矛盾，较好的欠驱动效果会导致较小的末端指段抓持力，抓取不稳定，此外，被动抓取方式，难以弯曲中部关节，动作手势不足。

技术实现思路

[0027]本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种柔性件传动变位自适应机器人手指装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性件传动变位自适应机器人手指装置，包括基座、中部指段、末端指段、近关节轴、远关节轴、第一电机、第一传动机构、第二电机、第二传动机构、第一传动轮、第二传动轮、第一柔性件、第二柔性件和第一簧件；所述近关节轴套设在基座中，所述中部指段活动套接在近关节轴上，所述远关节轴套设在中部指段中，所述末端指段活动套接在远关节轴上；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线相互平行；所述第一电机与基座固接，第一电机的输出轴与第一传动机构的输入端相连；所述第二电机与中部指段固接，第二电机的输出轴与第二传动机构的输入端相连；第一传动轮套接于近关节轴，第二传动轮套接于远关节轴；所述第一簧件的两端分别连接中部指段、末端指段；其特征在于：该柔性件传动变位自适应机器人手指装置还包括第一主动轮、第二主动轮、中间轴、中间传动轮、滑块、第二簧件和第三簧件；所述第二簧件的两端分别连接基座、中部指段；所述第一传动机构的输出端与第一主动轮相连；所述第一柔性件的一端与第一主动轮固接，第一柔性件的另一端与第二传动轮固接；第一柔性件依次缠绕经过第一主动轮、第一传动轮、中间传动轮、第二传动轮；所述第二传动机构的输出端与第二主动轮相连；所述第二柔性件的一端与第二主动轮固接，第二柔性件的另一端与滑块固接；所述中间传动轮套接在中间轴上，所述中间轴套设在滑块中；所述滑块滑动镶嵌在中部指段中；所述第三簧件的两端分别连接滑块、中部指段；近关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：程少如，张文增，
申请(专利权)人：程少如，
类型：发明
国别省市：