限位协同双模态灵巧机器人手指装置制造方法及图纸

限位协同双模态灵巧机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括基座、两个指段、两个关节轴、两个驱动器、腱绳、两个传动机构、限位组件、扭矩限制器、第一簧件、第二簧件和第三簧件。该装置利用驱动器、腱绳、传动机构、簧件、和限位组件综合实现了灵巧控制和自适应抓取两种模态。在手指受到被抓取物体压力后可自动由灵巧控制模态切换为自适应抓取模态。例如可根据目标物体形状和尺寸的不同，控制改变手指的抓取姿态，以最适合的姿势抓取物体；同时由于该装置利用了腱绳驱动方式的优点，在手指接触物体后可提供稳定的抓取；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。

Limited Cooperative Dual-mode Dexterous Robot Finger Device

Limiting cooperative dual-mode dexterous robot finger device belongs to the technical field of robot hand, including base, two finger segments, two joint axles, two actuators, tendon rope, two transmission mechanisms, limit components, torque limiters, first spring, second spring and third spring. The device integrates the driver, tendon rope, transmission mechanism, spring and limit component to realize two modes of dexterous control and adaptive grasp. When the finger is under the pressure of the grasped object, it can automatically switch from the smart control mode to the adaptive grasp mode. For example, according to the shape and size of the target object, the grasping posture of the finger can be controlled and changed to grasp the object in the most suitable posture; at the same time, because the device takes advantage of the tendon rope driving mode, it can provide stable grasping after the finger touches the object; the device has compact structure, small volume, low manufacturing and maintenance costs, and is suitable for the robot hand.

【技术实现步骤摘要】
限位协同双模态灵巧机器人手指装置
本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种限位协同双模态灵巧机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
手作为人身上拥有最多自由度的部位，拥有极高的灵活性，是人身上最为重要的器官之一。同样的，对于机器人手的研究成为了拟人机器人最为重要的研究方向。机器人手的抓取力度、抓取稳定性以及其体积重量等都直接影响拟人机器人的性能。人们最开始研究的方向便是灵巧手，希望通过模拟人手的运动方式来实现人手的功能。因为灵巧手能够完全的控制每一个关节自由度，可以做到人手所能做到的任何动作，它在代替人手进行工作的时候有着巨大的优势。多年来灵巧手的研究取得了很大的进展，例如国外Utah/MIT手，Shadow公司的C5手；国内哈工大的HIT手等等。灵巧手在灵活操控方面有着很好的表现，但在用于抓取物体时却不能保证很好的抓取稳定性。这是因为灵巧手是通过多个驱动器驱动各个关节的，而在实际抓取过程中如何平衡这每一个驱动器的力度大小是一个很大的问题。这对于其传感以及控制系统的要求很高。而且为了提供足够的抓取力，每一个驱动器都需要承受高负载，这提高了该类手的制造成本，也降低了其实际使用的可靠性。为了使机器人手能够自适应物体的形状以及尺寸，实现自动平衡各关节力度的功能，人们开始了对于欠驱动手的研究。欠驱动手指利用其结构的设计，使得其在抓取物体时各指段能依次贴紧物体表面，实现自适应的功能。这很大程度上提高了抓取的稳定性，并降低了制造成本以及控制复杂度，使得21世纪以来欠驱动手的研究得到了很大的重视。但欠驱动手的缺点在于，控制一个手指的电机数小于手指的自由度数，这使得该手指无法像灵巧手一样做出任意的动作。也就是说欠驱动手无法像实际中人手一样能适应多种不同的使用环境。例如在很多情况下，欠驱动手在碰触物体之前的抓取轨迹是固定的，现在研究最多的平夹自适应机器人手和耦合自适应机器人手都有这一特点，这使得同一款机器人手能稳定抓取的物体尺寸范围固定，对于小于或大于该范围尺寸的物体的抓取稳定性会大大下降。而人手在实际生活与工作过程中，既需要具有灵巧性，可以灵活完成对物体的操作工作；同时也需要其能够稳定抓取物体的能力，能将物体稳稳的抓取在手中。因而希望机器人手替代人手，则必须要同时满足这两方面的需求。已有的一种协同复合抓取机器人手指装置(中国专利技术专利CN102909727B)，包括基座、中部指段、第一电机、第一减速器、末端指段、第一关节轴、第二关节轴、第二电机、第二减速器、第三电机、第三减速器、锥齿轮、主动轮、从动轮、传动件、单向第二传动机构和簧件。该装置在多个电机的配合下实现了从耦合抓取到自适应抓取的切换；同时可以通过基座中的电机为最终抓取提供抓取力，降低了对于手指内电机的要求。该装置的不足之处在于：1)该装置使用了三个电机来控制两个关节，在控制过程中的各个阶段只使用了部分电机作为驱动器，而其它电机则处于停止状态。这造成了电机在使用中的浪费；2)该装置在抓取物体之前仍然只能以耦合抓取的模式弯曲，每两个相邻指段间的夹角相等，手指无法做到像灵巧手一样达到任意需要的姿态。已有的一种欠驱动机器人手指锁定装置(中国专利技术专利CN107953353A)，包括基座、指段、关节轴、电机、第二传动机构、滑动架、主动轴、主动轮、从动轮、连杆组件。该装置实现了对机械手指多个关节任意角度位置即时同步锁定的功能。可以在手指处于不同姿态时，将欠驱动手指的全部关节锁定，辅助手指进行抓取。该装置的不足之处在于：1)该装置为欠驱动手指外附的辅助装置，占用了过大的手外空间，影响其他手指在手掌上的分布；2)该装置用于改变手指抓取模式的方式为锁紧各个手指关节，由于锁紧关节以及关节的解锁需要一定的时间，这使得手指在控制上十分不灵活，无法迅速的进行锁定与解锁功能，适用于机械重复的抓取工作，而难以实现灵巧手的自由操控的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种限位协同双模态灵巧机器人手指装置，该装置可以同时实现灵巧手自由改变手指姿态的功能和欠驱动手稳定抓取的功能；该装置结构简单，生产成本低，控制容易。本专利技术的技术方案如下：本专利技术设计的限位协同双模态灵巧机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、第一关节轴和第二关节轴；所述第一关节轴活动套设在基座中，所述第一指段活动套接在第一关节轴上；所述第二关节轴活动套设在第一指段中，所述第二指段活动套接在第二关节轴上；所述第一关节轴和第二关节轴相互平行；其特征在于：该限位协同双模态灵巧机器人手指装置还包括第一驱动器、第一传动机构、腱绳、第二驱动器、第二传动机构、限位组件、第一簧件和第二簧件；所述第一驱动器固接在基座中，第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述腱绳的一端与第一传动机构的输出端相连，腱绳穿过第一指段，腱绳的另一端固接在第二指段上；所述限位组件包括扭矩限制器、槽轮、限位凸块和第三簧件，所述扭矩限制器活动套接在第二关节轴上，所述槽轮活动套接在第二关节轴上，所述限位凸块固接在第二指段上，所述槽轮设有固定的齿槽，所述限位凸块的顶端嵌入在齿槽中，所述限位凸块的顶端在齿槽中有一定角度的活动范围，所述扭矩限制器的输出端与槽轮固接；所述第二驱动器固接在第一指段中，所述第二传动机构的输入端与第二驱动器的输出端相连，第二传动机构的输出端与扭矩限制器的输入端固接；所述第一簧件的两端分别连接基座和第一指段，所述第二簧件的两端分别连接第一指段和第二指段；所述第三簧件的两端分别连接槽轮和限位凸块。本专利技术所述的限位协同双模态灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述第一驱动器采用电机、气缸或液压缸。本专利技术所述的限位协同双模态灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述第二驱动器采用电机；所述第二传动机构采用蜗轮蜗杆传动机构，第二传动机构包括蜗轮和蜗杆；所述蜗轮活动套接在第二关节轴上，所述蜗杆套固在第二驱动器的输出端上，所述蜗轮与蜗杆啮合；所述蜗轮与扭矩限制器的输入端固接。本专利技术所述的限位协同双模态灵巧机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用拉簧、压簧或扭簧；所述第二簧件采用拉簧、压簧或扭簧；所述第三簧件采用拉簧、压簧或扭簧。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本专利技术装置利用限位组件的协同配合，实现了手指的灵巧控制与自适应抓取双模态的功能；在灵巧控制模态时，通过藏于第一指段的驱动器、传动装置和限位组件实现了对于第二指段转动角度的控制，配合第一驱动器和腱绳，可任意改变手指的姿态，从而实现灵巧手的功能，完成人手能做出的各种操作；在自适应抓取模态时，采用腱绳驱动的方式，使得手指在抓取物体时有着很好的抓取稳定性，同时可以提供足够的抓取力；当手指接触物体，手指表面受到压力时，因为簧件的特性，该装置将自动切换到自适应抓取模态，增强抓取的稳定性；在该装置中，手指能够提供的抓取力大小不受第二驱动器的影响，而仅受第一驱动器的影响，因而仅需对第一驱动器进行调整就可以获得相应的抓取力，而尺寸较小的第二驱动器不需要承受很大的载荷；两个电机之间无内部干涉和能量损耗；在该装置中，扭矩限制器可在使用过程中限制第二驱动器上的扭矩，防止第二驱动器因过大的负载而损坏。附图说明图1是本专利技术的限位协同双模态灵巧机器人手指装置的第一种实施例的立体外观图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种限位协同双模态灵巧机器人手指装置，包括基座(10)、第一指段(20)、第二指段(30)、第一关节轴(11)和第二关节轴(21)；所述第一关节轴(11)活动套设在基座(10)中，所述第一指段(20)活动套接在第一关节轴(11)上；所述第二关节轴(21)活动套设在第一指段(20)中，所述第二指段(30)活动套接在第二关节轴(21)上；所述第一关节轴(11)和第二关节轴(21)相互平行；其特征在于：该限位协同双模态灵巧机器人手指装置还包括第一驱动器、第一传动机构、腱绳(17)、第二驱动器、第二传动机构、限位组件、第一簧件(12)和第二簧件(22)；所述第一驱动器固接在基座(10)中，第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述腱绳(17)的一端与第一传动机构的输出端相连，腱绳(17)穿过第一指段(20)，腱绳(17)的另一端固接在第二指段(30)上；所述限位组件包括扭矩限制器(900)、槽轮(53)、限位凸块(54)和第三簧件(57)，所述扭矩限制器(900)活动套接在第二关节轴(21)上，所述槽轮(53)活动套接在第二关节轴(21)上，所述限位凸块(54)固接在第二指段(30)上，所述槽轮(53)设有固定的齿槽，所述限位凸块(54)的顶端嵌入在齿槽中，所述限位凸块(54)的顶端在齿槽中有一定角度的活动范围，所述扭矩限制器(900)的输出端与槽轮(53)固接；所述第二驱动器固接在第一指段(20)中，所述第二传动机构的输入端与第二驱动器的输出端相连，第二传动机构的输出端与扭矩限制器(900)的输入端固接；所述第一簧件(12)的两端分别连接基座(10)和第一指段(20)，所述第二簧件(22)的两端分别连接第一指段(20)和第二指段(30)；所述第三簧件(57)的两端分别连接槽轮(53)和限位凸块(54)。...

【技术特征摘要】
1.一种限位协同双模态灵巧机器人手指装置，包括基座(10)、第一指段(20)、第二指段(30)、第一关节轴(11)和第二关节轴(21)；所述第一关节轴(11)活动套设在基座(10)中，所述第一指段(20)活动套接在第一关节轴(11)上；所述第二关节轴(21)活动套设在第一指段(20)中，所述第二指段(30)活动套接在第二关节轴(21)上；所述第一关节轴(11)和第二关节轴(21)相互平行；其特征在于：该限位协同双模态灵巧机器人手指装置还包括第一驱动器、第一传动机构、腱绳(17)、第二驱动器、第二传动机构、限位组件、第一簧件(12)和第二簧件(22)；所述第一驱动器固接在基座(10)中，第一驱动器的输出端与第一传动机构的输入端相连，所述腱绳(17)的一端与第一传动机构的输出端相连，腱绳(17)穿过第一指段(20)，腱绳(17)的另一端固接在第二指段(30)上；所述限位组件包括扭矩限制器(900)、槽轮(53)、限位凸块(54)和第三簧件(57)，所述扭矩限制器(900)活动套接在第二关节轴(21)上，所述槽轮(53)活动套接在第二关节轴(21)上，所述限位凸块(54)固接在第二指段(30)上，所述槽轮(53)设有固定的齿槽，所述限位凸块(54)的顶端嵌入在齿槽中，所述限位凸块(5...

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