柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制造方法
【專利摘要】柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，包括基座、兩個指段、兩個關(guān)節(jié)軸、驅(qū)動器、柔性傳動件、腱繩、多個傳動輪、半輪、半輪連接件、轉(zhuǎn)軸、半輪凸塊、兩個簧件和限位凸塊等。該裝置實現(xiàn)了機(jī)器人手指平夾自適應(yīng)抓取模式與耦合自適應(yīng)抓取模式可以簡單切換的功能。在平夾自適應(yīng)抓取模式中，該裝置既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體；在耦合自適應(yīng)抓取模式中，該裝置可以同時聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，并在第一指段接觸物體被阻擋后自然轉(zhuǎn)入彎曲第二指段的自適應(yīng)抓取階段；抓取范圍大；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【專利說明】
柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]欠驅(qū)動機(jī)器人手是指電機(jī)數(shù)量少于關(guān)節(jié)數(shù)量的機(jī)器人手，它具有自適應(yīng)抓取功能，能夠適應(yīng)多種物體的抓取，在不同的場合下使用達(dá)到減少復(fù)雜傳感與實時控制的需求，提高抓取的穩(wěn)定性和精確性，同時裝置簡便、成本低廉，質(zhì)量小、體積小，可以被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)與服務(wù)業(yè)機(jī)器人中或者作為假手給殘疾人使用。
[0003]具有兩自由度的欠驅(qū)動機(jī)器人手主要包括兩個基本類別:一類是耦合抓取模式，另一類是自適應(yīng)抓取模式。其中耦合抓取模式是指兩個關(guān)節(jié)按一定的比例或者變化的比例同時轉(zhuǎn)動，具體可以分為正向耦合抓取模式和反向耦合抓取模式，正向耦合抓取常常簡稱為耦合抓取，反向耦合抓取模式中按相同比例的抓取模式應(yīng)用比較廣泛，常稱為平行夾持耦合抓取模式，常常簡稱為平夾抓取。正向耦合抓取適合用末端指段去捏持小的物體，而自適應(yīng)抓取適合包絡(luò)物體抓取，常稱為力量抓取。
[0004]在基本類別的組合中，主要有兩種復(fù)合抓取模式:一種是先耦合而后自適應(yīng)的抓取模式，稱為耦合自適應(yīng)抓取模式，或耦自抓取模式;另一種是先平行夾持而后自適應(yīng)的抓取模式，稱為平夾自適應(yīng)抓取模式，或平自抓取模式。其中，耦自抓取模式能夠具有更加擬人性的特點，同時末端的捏持效果也是比較容易實現(xiàn)。平自抓取模式能夠具有兩個平行開合的末端指段，在工業(yè)上適合平行捏持薄片狀物體或者具有兩個相平行面的物體。
[0005]已有的一種具有雙自由度欠驅(qū)動手指的五連桿夾持裝置，如美國專利US8973958B2，包括五個連桿、彈簧和機(jī)械約束等。該裝置實現(xiàn)了平夾自適應(yīng)抓取模式。在工作時，開始階段保持末端指段的姿態(tài)進(jìn)行近關(guān)節(jié)彎曲動作，之后根據(jù)物體的位置可以實現(xiàn)平行捏持或自適應(yīng)包絡(luò)握持的功能。其不足之處在于，該裝置僅能實現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，無法實現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式;此外，它采用非常復(fù)雜的多連桿機(jī)構(gòu)，運動存在較大的死區(qū)，抓取范圍較小，機(jī)構(gòu)體積大，缺乏柔順性，制造成本過高。
[0006]已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動機(jī)器人手指裝置，如中國專利CN101633171B，包括基座、電機(jī)、兩個關(guān)節(jié)軸、兩個指段、耦合傳動機(jī)構(gòu)、欠驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)和多個簧件。該裝置實現(xiàn)了耦合自適應(yīng)抓取模式，當(dāng)手指碰觸物體前就呈現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動的效果，非常擬人化，同時也有助于捏持方式抓取物體;當(dāng)手指碰觸物體后就采用一種多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動方式轉(zhuǎn)動的效果，具有對所抓取物體的大小尺寸自動適應(yīng)的好處。其不足之處在于，該裝置僅能實現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式，無法實現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式;此外，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，安裝維修困難;簧件數(shù)目過多，利用簧件解耦調(diào)和耦合傳動機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)傳動機(jī)構(gòu)之間的矛盾，常常使得多個簧件形變較大，導(dǎo)致過大且不必要的能量損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置可以實現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，在簡單手動切換后，又可以實現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式;該裝置既能平動第二指段平行夾持物體，也能兩個關(guān)節(jié)同時正向彎曲去耦合捏持物體，還可以先后轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段自適應(yīng)包絡(luò)不同形狀、大小的物體;抓取范圍大;無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]本發(fā)明設(shè)計的一種柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動器;所述驅(qū)動器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動機(jī)構(gòu)、第一傳動輪、第二傳動輪、柔性傳動件、半輪、第三傳動輪、腱繩、半輪凸塊、半輪連接件、轉(zhuǎn)軸、第一簧件、第二簧件和限位凸塊;所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;所述傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動器的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動輪相連;所述第一傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二傳動輪與第二指段固接;所述柔性傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動件連接第一傳動輪和第二傳動輪，所述柔性傳動件、第一傳動輪和第二傳動輪三者之間配合形成帶輪傳動關(guān)系、繩輪傳動關(guān)系或鏈輪傳動關(guān)系;所述柔性傳動件形成“O”字形;所述半輪連接件套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述轉(zhuǎn)軸套設(shè)在半輪連接件上;所述半輪套接在轉(zhuǎn)軸上;所述半輪與近關(guān)節(jié)軸同心;所述第三傳動輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第三傳動輪與第二指段固接;定義抓取物體的一側(cè)為該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的前方，相對的另一側(cè)即遠(yuǎn)離抓取物體的那一側(cè)為該裝置的后方;所述腱繩的一端與半輪固接，所述腱繩依次纏繞經(jīng)過半輪，穿過第一指段，從后方纏繞經(jīng)過第三傳動輪，所述腱繩的另一端與第二指段固接;所述腱繩、半輪和第三傳動輪三者之間配合形成繩輪傳動關(guān)系;所述半輪凸塊與半輪固接;所述限位凸塊與基座固接;所述半輪凸塊與限位凸塊相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段遠(yuǎn)離物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，半輪凸塊與限位凸塊接觸;所述第一簧件的兩端分別連接半輪凸塊和基座;所述第二簧件的兩端分別連接第二指段和第一指段，第二簧件使第二指段靠向拉緊腱繩的方向；第一傳動輪的傳動半徑大于第二傳動輪的傳動半徑;所述半輪的傳動半徑與第三傳動輪的傳動半徑相等。
[0010]本發(fā)明所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器米用電機(jī)、氣缸或液壓缸。
[0011 ]本發(fā)明所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
[0012]本發(fā)明所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。
[0013]本發(fā)明所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:還包括過渡滑輪和滑輪軸，所述過渡滑輪套接在滑輪軸上，所述滑輪軸套設(shè)在第一指段中，所述腱繩纏繞經(jīng)過過渡滑輪。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果:
[0015]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動器、閉環(huán)柔性件傳動機(jī)構(gòu)、開環(huán)柔性件傳動機(jī)構(gòu)、兩個簧件、半輪、轉(zhuǎn)軸、半輪連接件、半輪凸塊和限位凸塊等綜合實現(xiàn)了機(jī)器人手指平夾自適應(yīng)抓取模式與耦合自適應(yīng)抓取模式可以簡單切換的功能:該裝置可以實現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，在簡單手動切換后，又可以實現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式;在平夾自適應(yīng)抓取模式中，該裝置既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體;在耦合自適應(yīng)抓取模式中，該裝置可以同時聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，并在第一指段接觸物體被阻擋后自然轉(zhuǎn)入彎曲第二指段的自適應(yīng)抓取階段;抓取范圍大;采用欠驅(qū)動的方式，利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明設(shè)計的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實施例的立體外觀圖。
[0017]圖2是圖1所示實施例的正面外觀圖。
[0018]圖3是圖1所示實施例的一個側(cè)面外觀圖(圖2的右視圖)。
[0019]圖4是圖1所示實施例的另一個側(cè)面外觀圖(圖2的左視圖)。
[0020]圖5是圖2的A-A剖視圖。
[0021]圖6是圖2的B-B剖視圖。
[0022]圖7是圖1所示實施例的從一個角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。
[0023]圖8是圖1所示實施例的從另一個角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。
[0024]圖9是圖1所示實施例的爆炸視圖。
[0025]圖10至圖14是圖1所示實施例在平夾自適應(yīng)模式下以包絡(luò)握持的方式抓取物體的動作過程示意圖。
[0026]圖15至圖17是圖1所示實施例在平夾自適應(yīng)模式下平行開合第二指段夾持物體的動作過程示意圖。
[0027]圖18至圖21是圖1所示實施例在耦合自適應(yīng)模式下以包絡(luò)握持的方式抓取物體的動作過程示意圖。
[0028]圖22至圖24是圖1所示實施例在耦合自適應(yīng)模式下耦合彎曲用第二指段夾持物體的動作過程示意圖。
[0029]在圖1至圖22中:
[0030]I—基座，111—基座前板， 112—基座后板， 113—基座左側(cè)板，
[0031]114—基座右側(cè)板，115—基座表面板，116—基座底板， 117—基座側(cè)罩板，
[0032]2—第一指段，21—第一指段骨架，22—第一指段左側(cè)板，23—I指段右側(cè)板，
[0033]24—第一指段表面板，25—第一指段前板，26—第一指段后板，3—第二指段，
[0034]4—近關(guān)節(jié)軸，5—遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，6—第一傳動輪， 7—第二傳動輪，
[0035]8—柔性傳動件，811—第二?度滑輪，812—第二^鹿骨輪，813—第三?度滑輪，
[0036]821—第一過渡滑輪軸，822—第二過渡滑輪軸，823—第三過渡滑輪軸，83—軸承，
[0037]84—套筒，85 —螺釘，86—銷釘，9 一半輪，
[0038]10 —第三傳動輪，11 一腱繩，12—半輪凸塊，13—第一簧件，
[0039]14—驅(qū)動器(電機(jī))，141—減速器，142—第一錐齒輪，143—第二錐齒輪，
[0040]144 一過渡齒輪軸，145—第一帶輪，146—第二帶輪，147—傳動帶，
[0041]15 —半輪連接件，16—轉(zhuǎn)軸17—物體，18—限位凸塊，
[0042]19 一第二簧件。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理的內(nèi)容。
[0044]本發(fā)明設(shè)計的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實施例，如圖1至圖9所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸4、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5和驅(qū)動器14;所述驅(qū)動器14與基座I固接;所述近關(guān)節(jié)軸4的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線平行。本實施例還包括傳動機(jī)構(gòu)、第一傳動輪6、第二傳動輪7、柔性傳動件8、半輪9、第三傳動輪10、腱繩11、半輪凸塊12、半輪連接件15、轉(zhuǎn)軸16、第一簧件13、第二簧件19和限位凸塊18;所述近關(guān)節(jié)軸4活動套設(shè)在基座I中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5活動套設(shè)在第一指段2中；所述第一指段2套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述第二指段3套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上;所述傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座I中；所述驅(qū)動器14的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連;所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動輪6相連;所述第一傳動輪6活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二傳動輪7套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第二傳動輪7與第二指段3固接;所述柔性傳動件8采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動輪6采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動輪7采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動件8連接第一傳動輪6和第二傳動輪7，所述柔性傳動件8、第一傳動輪6和第二傳動輪7三者之間配合形成帶輪傳動關(guān)系、繩輪傳動關(guān)系或鏈輪傳動關(guān)系;所述柔性傳動件8形成“O”字形;所述半輪連接件15套接在近關(guān)節(jié)軸4上;所述轉(zhuǎn)軸16套設(shè)在半輪連接件15上;所述半輪9套接在轉(zhuǎn)16軸上;所述半輪9與近關(guān)節(jié)軸4同心;所述第三傳動輪10套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，第三傳動輪10與第二指段3固接；定義抓取物體17的一側(cè)為該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的前方，相對的另一側(cè)即遠(yuǎn)離抓取物體的那一側(cè)為該裝置的后方;所述腱繩11的一端與半輪9固接，所述腱繩11依次纏繞經(jīng)過半輪9，穿過第一指段2，從后方纏繞經(jīng)過第三傳動輪10，所述腱繩11的另一端與第二指段3固接;所述腱繩11、半輪9和第三傳動輪10三者之間配合形成繩輪傳動關(guān)系；所述半輪凸塊12與半輪9固接;所述限位凸塊18與基座I固接;所述半輪凸塊12與限位凸塊18相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段2靠向物體17的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段2遠(yuǎn)離物體17的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，半輪凸塊12與限位凸塊18接觸；
[0045]所述第一簧件13的兩端分別連接半輪凸塊12和基座I;所述第二簧件19的兩端分另IJ連接第二指段3和第一指段2，第二簧件19使第二指段3靠向拉緊腱繩11的方向；設(shè)第二指段3繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線靠向物體17的轉(zhuǎn)動方向為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)正方向，第二指段3繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線離開物體17的轉(zhuǎn)動方向為遠(yuǎn)關(guān)節(jié)反方向，本實施例中，由于腱繩11從后方纏繞第三傳動輪10，因此，第二簧件19使第二指段3靠向遠(yuǎn)關(guān)節(jié)正方向。第一傳動輪6的傳動半徑大于第二傳動輪7的傳動半徑;所述半輪9的傳動半徑與第三傳動輪10的傳動半徑相等。
[0046]本發(fā)明所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器14采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實施例中，所述驅(qū)動器14采用電機(jī);所述第一簧件13采用拉簧;所述第二簧件19采用拉簧。
[0047]本實施例還包括3個過渡滑輪81和3個對應(yīng)的過渡滑輪軸82;每個所述過渡滑輪81套接在對應(yīng)的過渡滑輪軸82上;所述第一過渡滑輪軸、第二過渡滑輪軸分別套設(shè)在第一指段2中；所述腱繩11分別纏繞經(jīng)過第一過渡滑輪、第二過渡滑輪和第三過渡滑輪。第一過渡滑輪、第二過渡滑輪和第三過渡滑輪的設(shè)置有利于加大腱繩11在半輪9、第三傳動輪10上的纏繞經(jīng)過的弧長，還可以減少傳動摩擦，獲得更好的傳動效果。
[0048]本實施例中，所述基座I包括固接在一起的基座前板111、基座后板112、基座左側(cè)板113、基座右側(cè)板114、基座表面板115、基座底板116和基座側(cè)罩板117。本實施例中，所述第一指段2包括固接在一起的第一指段骨架21、第一指段左側(cè)板22、第一指段右側(cè)板23、第一指段表面板24、第一指段前板25和第一指段后板26。
[0049]本實施例中，所述傳動機(jī)構(gòu)包括減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過渡齒輪軸144、第一帶輪145、第二帶輪146和傳動帶147;所述電機(jī)14的輸出軸與減速器141的輸入軸相連，所述第一錐齒輪142套固在減速器141的輸出軸上，所述第二錐齒輪143套固在過渡齒輪軸144上，所述第一錐齒輪142與第二錐齒輪143嚙合;所述過渡齒輪軸144套設(shè)在基座I中，所述第一帶輪145套固在過渡齒輪軸144上，所述第二帶輪146活動套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二帶輪146與第一傳動輪6固接，所述傳動帶147連接第一帶輪145和第二帶輪146，所述傳動帶147、第一帶輪145和第二帶輪146形成帶輪傳動關(guān)系，所述傳動帶呈“O”字形。
[0050]本實施例還采用了若干軸承83、若干套筒84、若干螺釘85和若干銷釘86等零件，屬于公知常用技術(shù)，不贅述。
[0051 ] 本實施例的工作原理，結(jié)合附圖10至圖24，敘述如下:
[0052]該裝置具有兩種抓取模式:一種是耦合自適應(yīng)抓取模式，另一種是平夾自適應(yīng)抓取模式，兩種模式的切換可以由半輪繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。
[0053]平夾自適應(yīng)抓取模式和耦合自適應(yīng)抓取模式的手動切換方法為:
[0054]將該裝置運行調(diào)整到伸直的狀態(tài)，然后將半輪繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度。
[0055]I)平夾自適應(yīng)抓取模式的實現(xiàn)
[0056]將半輪撥動到靠向后方的一側(cè)，這時腱繩從后方纏繞經(jīng)過半輪，腱繩、半輪與第三傳動輪構(gòu)成了同向等速傳動。下面針對平夾自適應(yīng)抓取模式進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0057]初始位置為手指伸直狀態(tài)。
[0058]a)當(dāng)半輪凸塊12的旋轉(zhuǎn)角度為O度時，半輪9相對基座I的位置不變；由于半輪9與第三傳動輪10的傳動半徑相等(即兩者轉(zhuǎn)角相同，傳動比為I)，在腱繩11的作用下，無論第一指段2處于何位置，第三傳動輪10始終與半輪9保持同一角度，第三傳動輪10相對基座I的只進(jìn)行平移運動而不會旋轉(zhuǎn)，由于第三傳動輪10與第二指段3固接，所以第二指段3相對基座I只進(jìn)行平移運動而不會旋轉(zhuǎn)。
[0059 ] b)當(dāng)半輪凸塊12的旋轉(zhuǎn)角度為正時，在腱繩11的作用下，第三傳動輪1的旋轉(zhuǎn)角度等于半輪凸塊12的轉(zhuǎn)角。
[0060]當(dāng)本實施例抓取物體17時，驅(qū)動器14通過傳動機(jī)構(gòu)的傳動，使得第一傳動輪6正轉(zhuǎn)，第一傳動輪6相對基座I的轉(zhuǎn)角為α。在柔性傳動件8的作用下，第一傳動輪6相對第一指段2的轉(zhuǎn)角與第二傳動輪7相對第一指段2的轉(zhuǎn)角有一定比例的關(guān)系。設(shè)從第一傳動輪6通過柔性傳動件8傳動到第二傳動輪7的傳動比為i，該傳動比是第一傳動輪6的轉(zhuǎn)速(相對于第一指段2)與第二傳動輪7的轉(zhuǎn)速(相對于第一指段2)之比，它等于第二傳動輪7的傳動半徑與第一傳動輪6的傳動半徑之比。由于第一傳動輪6的傳動半徑大于第二傳動輪7的傳動半徑，因此是增速傳動，輸出速度大于輸入速度，故傳動比i小于I。設(shè)第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4的轉(zhuǎn)角為S。由于第二傳動輪7與第二指段3固接，而第二指段3相對于基座I沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動，因此此時第二傳動輪7也就相對于基座I沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動，于是可以推導(dǎo)得出本實施例裝置將平衡于滿足如下(公式I)的位置:
[0061]α = δ(1-?)(公式 I)
[0062]由于i小于I，可以求出一個α和δ分別為正的不同角度(其中α小于δ)。因此當(dāng)驅(qū)動器14通過傳動機(jī)構(gòu)的傳動，第一傳動輪6轉(zhuǎn)動了一個角度α，此時，第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)過了一個角度I第二指段3相對于基座I始終是同一個姿態(tài)，只是位置發(fā)生了變化。這是平行夾持的階段(如圖10、圖11、圖12、圖21)。這一階段適合以第二指段3去夾持物體17，或者通過外張的方式用第二指段3去從內(nèi)向外打開的方式外張撐取物體17。例如一個空心圓柱筒的拿取，從該物體的內(nèi)側(cè)向外張開撐住筒壁，從而拿取物體。
[0063]當(dāng)?shù)谝恢付?接觸物體17而被物體17阻擋不能再轉(zhuǎn)動，將進(jìn)入自適應(yīng)包絡(luò)的第二階段(如圖13、圖14、圖19、圖20、圖22所示)，這時驅(qū)動器14通過傳動機(jī)構(gòu)的傳動，帶動第一傳動輪6，使固接在一起的第二指段3、第二傳動輪7和第三傳動輪10同時繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5轉(zhuǎn)動，通過腱繩11帶動半輪9和半輪凸塊12繞近關(guān)節(jié)軸4轉(zhuǎn)動，第一簧件13發(fā)生變形(如圖13、圖19所示)，此時第二指段3會繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線繼續(xù)轉(zhuǎn)動，直到第二指段3接觸物體17為止，完成自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的效果。針對不同形狀、大小的物體，本實施例具有自適應(yīng)性，能夠通用抓取多種物體。
[0064]釋放物體17的過程:驅(qū)動器14反轉(zhuǎn)，后續(xù)過程與上述抓取物體17的過程剛好相反，
不贅述。
[0065]2)耦合自適應(yīng)抓取模式的實現(xiàn)
[0066]將半輪9撥動到靠向抓取物體17的一側(cè)(前方)，這時腱繩11從前方纏繞經(jīng)過半輪9，腱繩11、半輪9與第三傳動輪10構(gòu)成了反向等速傳動。
[0067]下面針對耦合自適應(yīng)抓取模式進(jìn)行介紹。
[0068]當(dāng)驅(qū)動器14通過第一傳動輪6、柔性傳動件8和第二傳動輪7帶動第一指段2正向轉(zhuǎn)動靠向物體17時，由于半輪9始終靠向限位凸塊18而沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動，此時第一指段2相對于半輪9的轉(zhuǎn)動會使得腱繩11在半輪9上解繞(部分離開半輪9)，此時第二簧件19將第二指段3拉向抓取物體17—側(cè)，腱繩11在第三傳動輪10上更多的纏繞，從而收緊腱繩11，第二指段3靠向物體17方向轉(zhuǎn)動。此時會有:
[0069]α = δ(1+?)(公式 2)
[0070]釋放物體17的過程與上述過程相反，不贅述。
[0071]本發(fā)明裝置利用驅(qū)動器、閉環(huán)柔性件傳動機(jī)構(gòu)、開環(huán)柔性件傳動機(jī)構(gòu)、兩個簧件、半輪、轉(zhuǎn)軸、半輪連接件、半輪凸塊和限位凸塊等綜合實現(xiàn)了機(jī)器人手指平夾自適應(yīng)抓取模式與耦合自適應(yīng)抓取模式可以簡單切換的功能:該裝置可以實現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，在簡單手動切換后，又可以實現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式。在平夾自適應(yīng)抓取模式中，該裝置既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動第一指段和第二指段包絡(luò)不同形狀、大小的物體;在耦合自適應(yīng)抓取模式中，該裝置可以同時聯(lián)動兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，并在第一指段接觸物體被阻擋后自然轉(zhuǎn)入彎曲第二指段的自適應(yīng)抓取階段;抓取范圍大;采用欠驅(qū)動的方式，利用一個驅(qū)動器驅(qū)動兩個關(guān)節(jié)，無需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng);該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。
【主權(quán)項】
1.一種柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸和驅(qū)動器;所述驅(qū)動器與基座固接;所述近關(guān)節(jié)軸的中心線與遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸的中心線平行;其特征在于:該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括傳動機(jī)構(gòu)、第一傳動輪、第二傳動輪、柔性傳動件、半輪、第三傳動輪、腱繩、半輪凸塊、半輪連接件、轉(zhuǎn)軸、第一簧件、第二簧件和限位凸塊;所述近關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動套設(shè)在第一指段中；所述第一指段套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述第二指段套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；所述傳動機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述驅(qū)動器的輸出軸與傳動機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動機(jī)構(gòu)的輸出端與第一傳動輪相連;所述第一傳動輪活動套接在近關(guān)節(jié)軸上，所述第二傳動輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第二傳動輪與第二指段固接;所述柔性傳動件采用傳動帶、腱繩或鏈條，所述第一傳動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述第二傳動輪采用帶輪、繩輪或鏈輪，所述柔性傳動件連接第一傳動輪和第二傳動輪，所述柔性傳動件、第一傳動輪和第二傳動輪三者之間配合形成帶輪傳動關(guān)系、繩輪傳動關(guān)系或鏈輪傳動關(guān)系；所述柔性傳動件形成“O”字形;所述半輪連接件套接在近關(guān)節(jié)軸上;所述轉(zhuǎn)軸套設(shè)在半輪連接件上;所述半輪套接在轉(zhuǎn)軸上;所述半輪與近關(guān)節(jié)軸同心;所述第三傳動輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，第三傳動輪與第二指段固接;定義抓取物體的一側(cè)為該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的前方，相對的另一側(cè)即遠(yuǎn)離抓取物體的那一側(cè)為該裝置的后方;所述腱繩的一端與半輪固接，所述腱繩依次纏繞經(jīng)過半輪，穿過第一指段，從后方纏繞經(jīng)過第三傳動輪，所述腱繩的另一端與第二指段固接;所述腱繩、半輪和第三傳動輪三者之間配合形成繩輪傳動關(guān)系;所述半輪凸塊與半輪固接;所述限位凸塊與基座固接;所述半輪凸塊與限位凸塊相接觸或離開一段距離;設(shè)第一指段靠向物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)正方向，第一指段遠(yuǎn)離物體的轉(zhuǎn)動方向為近關(guān)節(jié)反方向；在該柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置處于初始狀態(tài)時，半輪凸塊與限位凸塊接觸;所述第一簧件的兩端分別連接半輪凸塊和基座;所述第二簧件的兩端分別連接第二指段和第一指段，第二簧件使第二指段靠向拉緊腱繩的方向；第一傳動輪的傳動半徑大于第二傳動輪的傳動半徑;所述半輪的傳動半徑與第三傳動輪的傳動半徑相等。2.如權(quán)利要求1所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述驅(qū)動器采用電機(jī)、氣缸或液壓缸。3.如權(quán)利要求1所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。4.如權(quán)利要求1所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第二簧件采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。5.如權(quán)利要求1所述的柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:還包括過渡滑輪和滑輪軸，所述過渡滑輪套接在滑輪軸上，所述滑輪軸套設(shè)在第一指段中，所述腱繩纏繞經(jīng)過過渡滑輪。
【文檔編號】B25J17/02GK105835083SQ201610364700
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】宋爽, 張文增
【申請人】清華大學(xué)