柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置制造方法及图纸

柔性件平夹耦合切换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、驱动器、柔性传动件、腱绳、多个传动轮、半轮、半轮连接件、转轴、半轮凸块、两个簧件和限位凸块等。该装置实现了机器人手指平夹自适应抓取模式与耦合自适应抓取模式可以简单切换的功能。在平夹自适应抓取模式中，该装置既能平动第二指段捏持物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；在耦合自适应抓取模式中，该装置可以同时联动两个关节转动，并在第一指段接触物体被阻挡后自然转入弯曲第二指段的自适应抓取阶段；抓取范围大；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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人手
，特别涉及一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置的结构设计。
技术介绍
欠驱动机器人手是指电机数量少于关节数量的机器人手，它具有自适应抓取功能，能够适应多种物体的抓取，在不同的场合下使用达到减少复杂传感与实时控制的需求，提高抓取的稳定性和精确性，同时装置简便、成本低廉，质量小、体积小，可以被广泛应用在工业、农业与服务业机器人中或者作为假手给残疾人使用。具有两自由度的欠驱动机器人手主要包括两个基本类别：一类是耦合抓取模式，另一类是自适应抓取模式。其中耦合抓取模式是指两个关节按一定的比例或者变化的比例同时转动，具体可以分为正向耦合抓取模式和反向耦合抓取模式，正向耦合抓取常常简称为耦合抓取，反向耦合抓取模式中按相同比例的抓取模式应用比较广泛，常称为平行夹持耦合抓取模式，常常简称为平夹抓取。正向耦合抓取适合用末端指段去捏持小的物体，而自适应抓取适合包络物体抓取，常称为力量抓取。在基本类别的组合中，主要有两种复合抓取模式：一种是先耦合而后自适应的抓取模式，称为耦合自适应抓取模式，或耦自抓取模式；另一种是先平行夹持而后自适应的抓取模式，称为平夹自适应抓取模式，或平自抓取模式。其中，耦自抓取模式能够具有更加拟人性的特点，同时末端的捏持效果也是比较容易实现。平自抓取模式能够具有两个平行开合的末端指段，在工业上适合平行捏持薄片状物体或者具有两个相平行面的物体。已有的一种具有双自由度欠驱动手指的五连杆夹持装置，如美国专利US8973958B2，包括五个连杆、弹簧和机械约束等。该装置实现了平夹自适应抓取模式。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，该装置仅能实现平夹自适应抓取模式，无法实现耦合自适应抓取模式；此外，它采用非常复杂的多连杆机构，运动存在较大的死区，抓取范围较小，机构体积大，缺乏柔顺性，制造成本过高。已有的一种双关节并联欠驱动机器人手指装置，如中国专利CN101633171B，包括基座、电机、两个关节轴、两个指段、耦合传动机构、欠驱动传动机构和多个簧件。该装置实现了耦合自适应抓取模式，当手指碰触物体前就呈现多关节耦合转动的效果，非常拟人化，同时也有助于捏持方式抓取物体；当手指碰触物体后就采用一种多关节欠驱动方式转动的效果，具有对所抓取物体的大小尺寸自动适应的好处。其不足之处在于，该装置仅能实现耦合自适应抓取模式，无法实现平夹自适应抓取模式；此外，机构复杂，安装维修困难；簧件数目过多，利用簧件解耦调和耦合传动机构与自适应传动机构之间的矛盾，常常使得多个簧件形变较大，导致过大且不必要的能量损耗。
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，提供一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置。该装置可以实现平夹自适应抓取模式，在简单手动切换后，又可以实现耦合自适应抓取模式；该装置既能平动第二指段平行夹持物体，也能两个关节同时正向弯曲去耦合捏持物体，还可以先后转动第一指段和第二指段自适应包络不同形状、大小的物体；抓取范围大；无需复杂的传感和控制系统。本专利技术的技术方案如下：本专利技术设计的一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件、半轮、第三传动轮、腱绳、半轮凸块、半轮连接件、转轴、第一簧件、第二簧件和限位凸块；所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述第二指段套接在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；所述第一传动轮活动套接在近关节轴上，所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接；所述柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系；所述柔性传动件形成“O”字形；所述半轮连接件套接在近关节轴上；所述转轴套设在半轮连接件上；所述半轮套接在转轴上；所述半轮与近关节轴同心；所述第三传动轮套接在远关节轴上，第三传动轮与第二指段固接；定义抓取物体的一侧为该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置的前方，相对的另一侧即远离抓取物体的那一侧为该装置的后方；所述腱绳的一端与半轮固接，所述腱绳依次缠绕经过半轮，穿过第一指段，从后方缠绕经过第三传动轮，所述腱绳的另一端与第二指段固接；所述腱绳、半轮和第三传动轮三者之间配合形成绳轮传动关系；所述半轮凸块与半轮固接；所述限位凸块与基座固接；所述半轮凸块与限位凸块相接触或离开一段距离；设第一指段靠向物体的转动方向为近关节正方向，第一指段远离物体的转动方向为近关节反方向；在该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置处于初始状态时，半轮凸块与限位凸块接触；所述第一簧件的两端分别连接半轮凸块和基座；所述第二簧件的两端分别连接第二指段和第一指段，第二簧件使第二指段靠向拉紧腱绳的方向；第一传动轮的传动半径大于第二传动轮的传动半径；所述半轮的传动半径与第三传动轮的传动半径相等。本专利技术所述的柔性件平夹耦合切换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。本专利技术所述的柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。本专利技术所述的柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用拉簧、压簧、片簧或扭簧。本专利技术所述的柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，其特征在于：还包括过渡滑轮和滑轮轴，所述过渡滑轮套接在滑轮轴上，所述滑轮轴套设在第一指段中，所述腱绳缠绕经过过渡滑轮。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驱动器、闭环柔性件传动机构、开环柔性件传动机构、两个簧件、半轮、转轴、半轮连接件、半轮凸块和限位凸块等综合实现了机器人手指平夹自适应抓取模式与耦合自适应抓取模式可以简单切换的功能：该装置可以实现平夹自适应抓取模式，在简单手动切换后，又可以实现耦合自适应抓取模式；在平夹自适应抓取模式中，该装置既能平动第二指段捏持物体，也能依次转动第一指段和第二指段包络不同形状、大小的物体；在耦合自适应抓取模式中，该装置可以同时联动两个关节转动，并在第一指段接触物体被阻挡后自然转入弯曲第二指段的自适应抓取阶段；抓取范围大；采用欠驱动的方式，利用一个驱动器驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统；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。附图说明图1是本专利技术设计的柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置的一种实施例的立体外观图。图2是图1所示实施例的正面外观图。图3是图1所示实施例的一个侧面外观图(图2的右视图)。图4是图1所示实施例的另一个侧面外观图(图2的左视图)。图5是图2的A-A剖视图。图6是图2的B-B剖视图。图7是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件、半轮、第三传动轮、腱绳、半轮凸块、半轮连接件、转轴、第一簧件、第二簧件和限位凸块；所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述第二指段套接在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；所述第一传动轮活动套接在近关节轴上，所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接；所述柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系；所述柔性传动件形成“O”字形；所述半轮连接件套接在近关节轴上；所述转轴套设在半轮连接件上；所述半轮套接在转轴上；所述半轮与近关节轴同心；所述第三传动轮套接在远关节轴上，第三传动轮与第二指段固接；定义抓取物体的一侧为该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置的前方，相对的另一侧即远离抓取物体的那一侧为该装置的后方；所述腱绳的一端与半轮固接，所述腱绳依次缠绕经过半轮，穿过第一指段，从后方缠绕经过第三传动轮，所述腱绳的另一端与第二指段固接；所述腱绳、半轮和第三传动轮三者之间配合形成绳轮传动关系；所述半轮凸块与半轮固接；所述限位凸块与基座固接；所述半轮凸块与限位凸块相接触或离开一段距离；设第一指段靠向物体的转动方向为近关节正方向，第一指段远离物体的转动方向为近关节反方向；在该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置处于初始状态时，半轮凸块与限位凸块接触；所述第一簧件的两端分别连接半轮凸块和基座；所述第二簧件的两端分别连接第二指段和第一指段，第二簧件使第二指段靠向拉紧腱绳的方向；第一传动轮的传动半径大于第二传动轮的传动半径；所述半轮的传动半径与第三传动轮的传动半径相等。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置，包括基座、第一指段、第二指段、近关节轴、远关节轴和驱动器；所述驱动器与基座固接；所述近关节轴的中心线与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置还包括传动机构、第一传动轮、第二传动轮、柔性传动件、半轮、第三传动轮、腱绳、半轮凸块、半轮连接件、转轴、第一簧件、第二簧件和限位凸块；所述近关节轴活动套设在基座中；所述远关节轴活动套设在第一指段中；所述第一指段套接在近关节轴上；所述第二指段套接在远关节轴上；所述传动机构设置在基座中；所述驱动器的输出轴与传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端与第一传动轮相连；所述第一传动轮活动套接在近关节轴上，所述第二传动轮套接在远关节轴上，第二传动轮与第二指段固接；所述柔性传动件采用传动带、腱绳或链条，所述第一传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述第二传动轮采用带轮、绳轮或链轮，所述柔性传动件连接第一传动轮和第二传动轮，所述柔性传动件、第一传动轮和第二传动轮三者之间配合形成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系；所述柔性传动件形成“O”字形；所述半轮连接件套接在近关节轴上；所述转轴套设在半轮连接件上；所述半轮套接在转轴上；所述半轮与近关节轴同心；所述第三传动轮套接在远关节轴上，第三传动轮与第二指段固接；定义抓取物体的一侧为该柔性件平夹耦合切换自适应机器人手指装置的前方，相对的另一侧即远...

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