一种多用途自适应二指机械手制造技术

本发明专利技术提供了一种多用途自适应二指机械手，包括增力模块、柔顺腕关节、平行驱动模块和两个自适应手指；所述的增力模块与所述平行驱动模块由柔顺腕关节顺次连接以实现二指机械手的柔顺自由度控制；所述的自适应手指分别通过所述平行驱动模块的驱动来完成大跨度平行抓取动作，所述大跨度平行抓取动作包括握持动作、捏取动作，以及含外部约束力的抓握动作。本发明专利技术能够提供从门把手的小尺度握持到旋拧阀门大尺度抓取所需的双指开合尺度、表面适应性与稳定的几何约束，提高了机械手抓取成功率与机械臂操作的执行效率。机械臂操作的执行效率。机械臂操作的执行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多用途自适应二指机械手


[0001]本专利技术涉及拧阀门与开门等非结构化环境应用的二指自适应机械手，特别涉及一种具有增力、柔顺与自适应的多用途二指机械手。

技术介绍

[0002]为了解决人类活动环境中旋拧阀门与开门把手等操作任务，机械臂需要一种多用途末端工具来建立与被操作对象的物理连接和运动控制，进而帮助人类完成恶劣环境的复杂操作任务。人们为了简化控制复杂度与手
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环境交互的友好性，开发了很多基于自适应机构设计的机械手。然而这些机械手无法满足特殊操作所需要的性能，比如满足阀门与门把手的大跨度尺度的全覆盖操作，满足阀门操作所需要的接触表面适应性，含有约束力干涉的自适应抓取等。
[0003]公布号为CN104760051A的中国专利技术专利申请公开了一种带气动吸盘与夹紧气囊的二指机械手，包括手掌板、舵机、垂直传动斜齿轮、四杆机构、左手指与右手指。手掌板安装在舵机的前端，避免了遮挡视线的隐患；舵机输出轴通过垂直斜齿轮传动和四杆机构，将动力传递到左右指尖上。舵机正转时左右手指分开，反转时会并拢。手指外侧安装有四个吸盘，手指内侧安装有夹紧气囊，手指尖安装有力传感器。该二指机械手灵敏度高、安装方便，抓取工件后气囊充气，有利于夹紧工件。指尖的力传感器能将机械手的状态及时反馈给控制系统，使控制系统灵敏判断机械手的工作状态，保障平动机械手的实时控制性能。该二指机械手也能通过吸盘吸取工件，提升了机械手的工作能力。其手指虽然具有完整的操作与感知能力，并通过气动吸盘与加紧气囊提高抓取能力，但是存在过多的主动控制功能，依赖于配套的气动系统造成系统复杂，不利于与机械臂快换和集成，且受限于抓取姿势，不适合完成大扭矩的阀门旋拧任务。
[0004]非专利文献1《Analysis and Synthesis of Underactuated Compliant Mechanisms Based on Transmission Properties of Motion and Force》公开了一个单驱动器的双指夹持器，其中每个手指有两个关节，并实现包络和精确的抓取；欠驱动手能够自适应抓取不同形状和大小的物体，但由于接触力和运动不可控，其精确抓取能力受到限制。该夹持器利用被动自适应实现包络抓取，并且利用指尖平行运动实现精确抓取，但是无法实现小尺度握持以提供较大约束力，且抓取过程存在运动耦合，操作过程需要机械臂不断协同运动来弥补动作误差。
[0005]非专利文献2《Self
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adaptive grasp process and equilibrium configuration analysis of a 3
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DOF UACT robotic finger》介绍了由绳索
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桁架单元组成的三自由度欠驱动手指的自适应抓握过程和平衡结构，该手指采用肌腱
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滑轮传动和并联四连杆机构实现抓握，验证了其结构和抓合阶段的自适应。然而该手指仅能完成自适应包覆，不能实现平行捏取来完成精细握持，且双指依赖于双电机完成包覆运动，无法提供门把手的小尺度握持与旋拧阀门大尺度抓取所需的双指开合尺度，表面适应性与稳定的几何约束，而且无法完成阀门轮辐与轮圈连接处夹持。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种具有增力、柔顺与自适应的多用途二指机械手，其自适应手指不仅完成阀门旋拧与门把手握持等任务，还可以实现捏取与握持的物体形状自适应功能与含外部约束力抓握动作的局部自适应性。
[0007]本专利技术的技术方案如下。
[0008]本专利技术第一方面提供了一种多用途自适应二指机械手，包括增力模块、柔顺腕关节、平行驱动模块和两个自适应手指；所述的增力模块与所述平行驱动模块由柔顺腕关节顺次连接以实现二指机械手的柔顺控制；所述的自适应手指分别通过所述平行驱动模块的驱动来完成大跨度平行抓取动作，所述大跨度平行抓取动作包括握持动作、捏取动作，以及含外部约束力的抓握动作。
[0009]优选地，所述的增力模块为单级行星减速器，包括太阳轮、交叉滚子轴承、腕基座、第一齿轮轴、行星轮、第一轴承、输入架，第二轴承、第二齿轮轴、第三轴承与第一销轴；所述太阳轮由第一齿轮轴固接于输入架，为输入架连接的机械臂末端关节提供驱动力输入接口；所述行星轮有三个，分别通过三个第二齿轮轴固定于所述腕基座，为所述腕基座旋转提供驱动拮抗；太阳轮与三个所述行星轮分别啮合；当自适应手指没有被环境约束时，所述增力模块控制整个手旋转；当自适应手指与阀门轮圈与轮辐的连接处建立约束力时，机械臂末端关节依次通过增力模块，柔顺腕关节，平行驱动模块与自适应手指的整体旋转驱动阀门克服环境约束力实现旋拧阀门任务。
[0010]优选地，所述的柔顺腕关节包括基座拉钩、旋转架拉钩、十字旋转架与拉簧；所述基座拉钩有两个，分别螺接在所述腕基座；所述旋转架拉钩有两个，分别螺接在十字旋转架；两个拉簧分列机械手两侧，每侧连接基座拉钩与旋转架拉钩；所述的十字旋转架为具有长轴与短轴的十字结构，长轴结构用于为自适应手指提供大运动行程，短轴结构为拉簧提供柔顺运动支撑结构；所述的拉簧提供的扭矩方向与手指抓取方向平行与增力模块的回转运动垂直。
[0011]优选地，所述的平行驱动模块包括电机减速器，第一齿轮、第二齿轮、第五轴承、第一移动副、直线丝杠与第六轴承；所述电机减速器通过第一齿轮与第二齿轮的传动与增力来驱动平行驱动模块；所述直线丝杠通过螺旋运动驱动两个自适应手指的第一移动副，实现控制双指的平行抓取运动；所述第五轴承与第六轴承为直线丝杠提供稳定动连接，使直线丝杠固定在十字旋转架的长轴部位，从而提供大跨度的双指开合运动行程。
[0012]优选地，所述的自适应手指的每一个包括阀门旋拧模块、指基座、自适应抓取模块，以及变尺寸约束模块；所述的自适应手指固定于第一移动副，其中加长杆基座与环型曲面螺接；所述的指基座用于连接阀门旋拧模块与自适应抓取模块。
[0013]优选地，所述的阀门旋拧模块包括加长杆基座、环型曲面与V型面；其中，所述的加
长杆基座为二指机械手的深入抓取提供了通过性与操作空间；所述的环型曲面为外扩支撑阀门轮圈与轮辐连接处的连续旋转提供了稳定的几何约束；所述的V型面的V型结构面为执行平行捏取阀门轮圈的曲线表面提供几何约束，并实现抓取的自动对心功能。
[0014]优选地，所述的自适应抓取模块包括第二销轴、第一连杆、第二连杆、第一指垫、第三连杆、第二指垫、扭簧与第四连杆；所述的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆依次通过第二销轴完成首尾连接并构成了单自由度执行机构；其中，所述第二连杆与所述第三连杆通过第二连杆的两个限位结构约束自适应抓取模块的形变范围；所述的第一指垫与与所述第二连杆连接，所述第二指垫与所述第三连杆连接；所述第一指垫和/或所述第二指垫中设置有椭圆孔，用于为其受压提供变形空间与弹性。
[0015]优选地，所述的变尺寸约束模块包括滑块、限位杆、压簧与弹簧基座，用于为含指尖约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多用途自适应二指机械手，包括增力模块、柔顺腕关节、平行驱动模块和两个自适应手指；所述的增力模块与所述平行驱动模块由柔顺腕关节顺次连接以实现二指机械手的柔顺控制；所述的自适应手指分别通过所述平行驱动模块的驱动来完成大跨度平行抓取动作，所述大跨度平行抓取动作包括握持动作、捏取动作，以及含外部约束力的抓握动作。2.根据权利要求1所述的一种多用途自适应二指机械手，其特征在于，所述的增力模块为单级行星减速器，包括太阳轮、交叉滚子轴承、腕基座、第一齿轮轴、行星轮、第一轴承、输入架，第二轴承、第二齿轮轴、第三轴承与第一销轴；所述太阳轮由第一齿轮轴固接于输入架，为输入架连接的机械臂末端关节提供驱动力输入接口；所述行星轮有三个，分别通过三个第二齿轮轴固定于所述腕基座，为所述腕基座旋转提供驱动拮抗；太阳轮与三个所述行星轮分别啮合；当自适应手指没有被环境约束时，所述增力模块控制整个手旋转；当自适应手指与阀门轮圈与轮辐的连接处建立约束力时，机械臂末端关节依次通过增力模块，柔顺腕关节，平行驱动模块与自适应手指的整体旋转驱动阀门克服环境约束力实现旋拧阀门任务。3.根据权利要求1所述的一种多用途自适应二指机械手，其特征在于，所述的柔顺腕关节包括基座拉钩、旋转架拉钩、十字旋转架与拉簧；所述基座拉钩有两个，分别螺接在所述腕基座；所述旋转架拉钩有两个，分别螺接在十字旋转架；两个拉簧分列机械手两侧，每侧连接基座拉钩与旋转架拉钩；所述的十字旋转架为具有长轴与短轴的十字结构，长轴结构用于为自适应手指提供大运动行程，短轴结构为拉簧提供柔顺运动支撑结构；所述的拉簧提供的扭矩方向与手指抓取方向平行与增力模块的回转运动垂直。4.根据权利要求1所述的一种多用途自适应二指机械手，其特征在于，所述的平行驱动模块包括电机减速器，第一齿轮、第二齿轮、第五轴承、第一移动副、直线丝杠与第六轴承；所述电机减速器通过第一齿轮与第二齿轮的传动与增力来驱动平行驱动模块；所述直线丝杠通过螺旋运动驱动两个自适应手指的第一移动副，实现控制双指的平行抓取运动；所述第五轴承与第六轴承为直线丝杠提供稳定动连接，使直线丝杠固定在十字旋转架的长轴部位，从而提供大跨度的双指开合运动行程。5.根据权利要求4所述的一种多用途自适应二指机械手，其特征在于，所述的自适应手指的每一个包括阀门旋拧模...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵川，刘梦华，马亦凡，沈明辉，王运来，谭嘉伟，
申请(专利权)人：北京凡川智能机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：