專利名稱：隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人手作為擬人機(jī)器人的輸出終端，被越來(lái)越多的機(jī)器人研究者所重視。在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域有兩大類機(jī)器人手靈巧手和欠驅(qū)動(dòng)手，它們分別基于主動(dòng)控制和欠驅(qū)動(dòng)兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式。靈巧手外形和動(dòng)作很像人手，可以在復(fù)雜控制算法、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的綜合作用下，靈活地完成人手所能完成的多數(shù)動(dòng)作，但是靈巧手價(jià)格昂貴，制·造控制難度大，維護(hù)難度大，至今也未能廣泛實(shí)際應(yīng)用。欠驅(qū)動(dòng)手能夠更好地實(shí)現(xiàn)較多關(guān)節(jié)自由度、較少驅(qū)動(dòng)器數(shù)目、抓取不同形狀和尺寸物體時(shí)具有很強(qiáng)自適應(yīng)能力這三個(gè)目標(biāo)，同時(shí)有著裝置成本低、控制難度小、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。已有的一種氣動(dòng)式主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的多指多關(guān)節(jié)機(jī)器人手裝置，如中國(guó)發(fā)明專利CN101402200A，其中每個(gè)關(guān)節(jié)采用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)手指的彎曲。該裝置的不足之處為該裝置由于采用氣力主動(dòng)驅(qū)動(dòng)各手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得該手體積大、質(zhì)量大、制造成本高、控制難度大，不能自適應(yīng)抓取物體，必須依賴很復(fù)雜的控制才能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸形狀物體的抓取。已有的一種氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，如中國(guó)發(fā)明專利CN 101733758B，包括第一、二指段和欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括主動(dòng)滑塊、關(guān)節(jié)軸、兩個(gè)氣動(dòng)柔性件和簧件。外力驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滑塊在第一指段上滑動(dòng)，主動(dòng)滑塊推壓第一氣動(dòng)柔性件，進(jìn)而推壓氣體，實(shí)現(xiàn)第二氣動(dòng)柔性件的軸向伸長(zhǎng)和彎曲，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)并扣緊物體。該裝置的不足之處為欠驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化形式為“從平動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)”，即被抓取物體擠壓主動(dòng)滑塊所引起的主動(dòng)滑塊沿第一指段內(nèi)滑槽的平動(dòng)，通過(guò)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)化為第二指段的轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置存在如下嚴(yán)重不足該裝置要求物體對(duì)主動(dòng)滑塊的擠壓力與滑槽方向的夾角(即主動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的壓力角)必須很小(例如小于30度)，否則主動(dòng)滑塊將很難被推動(dòng)；此外，在施力源頭上一些不沿著主動(dòng)滑塊導(dǎo)槽方向的力被損失；由于存在摩擦，阻力較大，同樣造成力的損失。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置。該裝置可以安裝到機(jī)械手上，配合其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的手指或手指上的其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)抓取物體，并具有對(duì)所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，該裝置的自適應(yīng)功能不要求物體對(duì)手指擠壓的方向。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型提供的一種隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括第一指段、第二指段和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)；所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)軸和氣動(dòng)柔性件；所述的關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，第二指段套固在關(guān)節(jié)軸上；所述的氣動(dòng)柔性件包括第一端蓋、第二端蓋和伸縮件；所述的伸縮件兩端分別與第一端蓋、第二端蓋密封連接；所述的伸縮件采用可軸向伸縮和軸向彎曲且中空的筒狀材料制成；所述的氣動(dòng)柔性件通過(guò)第一端蓋與第一指段固定連接，氣動(dòng)柔性件通過(guò)第二端蓋與第二指段固定連接；所述的簧件的兩端分別連接第一指段和第二指段，所述的簧件采用拉簧、壓簧、扭簧、發(fā)條、片簧或彈性繩；其特征在于所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)還包括氣囊；所述的氣囊的一部分鑲嵌在第一指段中，氣囊的另一部分露在第一指段外與所抓物體接觸；所述的氣囊和氣動(dòng)柔性件通過(guò)第一指段中的通孔相連通。所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置安裝于機(jī)械手上，該機(jī)械手還具有由驅(qū)動(dòng)器主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的其他手指或關(guān)節(jié)，該其他手指或關(guān)節(jié)作為驅(qū)動(dòng)源。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管，該嵌簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲， 所述的橡膠管管壁中嵌套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的又一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件的伸縮件采用套簧絲橡膠管，該套簧絲橡膠管包括橡膠管和彈簧絲，所述的橡膠管管壁外側(cè)套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的又一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件，所述的風(fēng)箱式伸縮件為軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于在第一指段和第二指段間加裝簧件，所述的簧件采用拉簧、壓簧、扭簧或片簧。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的伸縮件上設(shè)有氣門(mén)嘴。本實(shí)用新型所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種優(yōu)選方案，其特征在于所述的氣囊采用柔性材料。本實(shí)用新型還提供了一種采用所述隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括η個(gè)指段和η-l個(gè)所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中η為大于2的整數(shù)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果本實(shí)用新型的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置采用氣囊作為接收變形件及可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動(dòng)媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動(dòng)柔性件，綜合實(shí)現(xiàn)了手指抓取物體時(shí)任意方向物體擠壓的無(wú)源欠驅(qū)動(dòng)彎曲效果；利用氣囊很小的隨形變形可帶來(lái)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)；該裝置不限制物體擠壓氣囊的方向，任意擠壓氣囊都可以引發(fā)第二指段的轉(zhuǎn)動(dòng)；該隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置適合安裝于機(jī)械手上作為擬人機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，配合其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的手指或手指上的其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)抓取物體，并具有對(duì)所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，制造和維護(hù)成本低，與人手的手指相似。該裝置可以串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)手指，還可以用多個(gè)這樣的單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)手指組合構(gòu)成高欠驅(qū)動(dòng)的擬人機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高抓取自適應(yīng)的效果。

圖I是本實(shí)用新型提供的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的側(cè)面剖面圖(為圖3中的B-B剖面圖，手指呈伸直狀態(tài))。圖2是圖I所示實(shí)施例的正面剖面圖(為圖4中的A-A剖面圖)。圖3是圖I所示實(shí)施例的正面外觀圖。圖4是圖I所示實(shí)施例的側(cè)面外觀圖。圖5是圖I所示實(shí)施例的立體外觀圖(手指呈伸直狀態(tài))。圖6是本實(shí)用新型提供的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的圖I所示實(shí)施例的側(cè)面剖面圖(此時(shí)氣囊被部分按下，第二指段已轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度)。 圖7是圖6狀態(tài)的立體外觀圖。圖8是本實(shí)用新型提供的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的圖I所示實(shí)施例的側(cè)面剖面圖(此時(shí)氣囊被按下至極限位置，第二指段已轉(zhuǎn)動(dòng)較大角度)。圖9是圖8狀態(tài)的立體外觀圖。圖10是本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的側(cè)面外觀圖(在第一指段和第二指段間應(yīng)用拉簧)。圖11是圖10的立體外觀圖。圖12是本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例的側(cè)面外觀圖(在第一指段和第二指段間應(yīng)用扭簧)。圖13是圖12的立體外觀圖。圖14是采用嵌簧絲橡膠管的氣動(dòng)柔性件的局部剖視圖。圖15是圖14的剖視圖。圖16是采用套簧絲橡膠管的氣動(dòng)柔性件立體外觀圖。圖17是圖16的剖視圖。圖18是采用風(fēng)箱式伸縮件的氣動(dòng)柔性件立體外觀圖。圖19是圖18的剖視圖。圖20是帶氣門(mén)嘴的采用嵌簧絲橡膠管的氣動(dòng)柔性件實(shí)施例的立體外觀圖。圖21是帶氣門(mén)嘴的采用套簧絲橡膠管的氣動(dòng)柔性件實(shí)施例的立體外觀圖。圖22是帶氣門(mén)嘴的采用風(fēng)箱式伸縮件的氣動(dòng)柔性件實(shí)施例的立體外觀圖。圖23、圖24、圖25、圖26是第一指段固定于手掌上的圖I所示實(shí)施例手指抓握物體的示意圖。圖27、圖28、圖29、圖30是第一指段與主動(dòng)關(guān)節(jié)連接后的圖I所示實(shí)施例手指抓握物體的示意圖。圖31是應(yīng)用了圖I所示實(shí)施例的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置實(shí)施例(采用了兩個(gè)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié))的側(cè)視圖。圖32是圖31的雙關(guān)節(jié)手指的立體正視圖。圖33是圖31實(shí)施例的雙關(guān)節(jié)手指在兩個(gè)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)下抓握大尺寸物體的示意圖。[0045]圖34是應(yīng)用了二個(gè)圖31所不雙關(guān)節(jié)手指實(shí)施例的二手指抓握物體不意圖。圖35是圖34的左視圖。在圖I至圖35中I 一第一指段，2 —第二指段，3 —欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，4 —?dú)饽遥? —關(guān)節(jié)軸，6 —通孔，7—?dú)鈩?dòng)柔性件，8—簧件，9—中間指段，·[0051]71 —第一端蓋，72—第二端蓋，73—嵌簧絲橡膠管，74—套簧絲橡膠管，75—風(fēng)箱式伸縮件，76—?dú)忾T(mén)嘴，731 —橡膠管，732 —彈簧絲，741 —橡膠管，742 —彈簧絲，751 —柔性外罩，752 —大圈，753 —小圈。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過(guò)程。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，剖視如圖I、圖2所示，外觀如圖3、圖4、圖5所示。本實(shí)施例包括第一指段I、第二指段2和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)3 ;所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)3包括關(guān)節(jié)軸5和氣動(dòng)柔性件7 ;所述的關(guān)節(jié)軸5套設(shè)在第一指段I中，第二指段2套固在關(guān)節(jié)軸5上，關(guān)節(jié)軸5和第二指段2采用銷釘連接；所述的氣動(dòng)柔性件7包括第一端蓋71、第二端蓋72和伸縮件；所述的伸縮件兩端分別與第一端蓋71、第二端蓋72密封連接；所述的伸縮件采用可軸向伸縮和軸向彎曲且中空的筒狀材料制成；所述的氣動(dòng)柔性件7通過(guò)第一端蓋71與第一指段I固定連接，氣動(dòng)柔性件7通過(guò)第二端蓋72與第二指段2固定連接；所述的簧件8的兩端分別連接第一指段I和第二指段2，所述的簧件8采用拉簧、壓簧、扭簧或片簧；所述的氣囊4的一部分鑲嵌在第一指段I中，氣囊4的另一部分露在第一指段I外與所抓物體接觸；所述的氣囊4和氣動(dòng)柔性件7通過(guò)第一指段I中的通孔6相連通。氣囊、氣動(dòng)柔性件和通孔中存在氣體。所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置安裝于機(jī)械手上，該機(jī)械手還具有由驅(qū)動(dòng)器主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的其他手指或關(guān)節(jié)，該其他手指或關(guān)節(jié)作為驅(qū)動(dòng)源。氣動(dòng)柔性件7的可伸縮件有多種方式可以實(shí)現(xiàn)，例如如下(a)、(b)、(C)所介紹的方案。(a)本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案的實(shí)施例中，所述的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管73，所述的嵌簧絲橡膠管73包括橡膠管731和彈簧絲732，所述的橡膠管壁中嵌套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。圖14、圖15為這種氣動(dòng)柔性件的一種實(shí)施例，該氣動(dòng)柔性件的伸縮件采用了嵌簧絲伸縮件。(b)本實(shí)用新型的又一種優(yōu)選方案的實(shí)施例中，所述的伸縮件采用套簧絲橡膠管74,所述的套簧絲橡膠管74包括橡膠管741和彈簧絲742，所述的橡膠管管壁外側(cè)套有彈簧絲，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。圖16、圖17為這種氣動(dòng)柔性件的一種實(shí)施例，該氣動(dòng)柔性件中的伸縮件采用套簧絲伸縮件。(C)本實(shí)用新型的又一種優(yōu)選方案的實(shí)施例中，所述的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件75，所述的風(fēng)箱式伸縮件75為可軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。所述的風(fēng)箱式伸縮件包括柔性外罩751、大圈752和小圈753，例如大圈和小圈采用鋼絲圈，一大圈一小圈錯(cuò)落地等間距藏入在柔性外罩中，例如用布做柔性外罩。圖18、圖19為這種氣動(dòng)柔性件的一種實(shí)施例，該氣動(dòng)柔性件的伸縮件采用了風(fēng)箱式伸縮件。本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案的實(shí)施例中，所述的伸縮件上設(shè)有氣門(mén)嘴76，如圖20、圖21、圖22所示。本實(shí)用新型還提供了一種采用所述隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括η個(gè)指段和η-l個(gè)所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中η為大于2的整數(shù)。一種采用所述隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人雙關(guān)節(jié)手指裝置的實(shí)施例，如圖31和圖32所示，包括3個(gè)指段和2個(gè)所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān) 節(jié)。圖33為該雙關(guān)節(jié)手指抓取物體的情形，圖34和圖35為3個(gè)雙關(guān)節(jié)手指抓取物體的情形。本實(shí)用新型中的簧件8的兩端分別連接第一指段I和第二指段2，其功能是自然狀態(tài)下和放開(kāi)物體時(shí)，簧件8使得氣動(dòng)柔性件7和氣囊4恢復(fù)原形，既保持手指伸直狀態(tài)；抓取物體時(shí)，簧件8將在外物的推動(dòng)下變形。圖10、圖11所示實(shí)施例就是采用了拉簧，圖12、圖13所示實(shí)施例就采用了扭簧。本實(shí)用新型中的氣囊4采用柔性材料，所述的柔性材料可采用塑料或軟橡膠。
以下結(jié)合附圖介紹隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的實(shí)施例的工作原理。(i)如果將本實(shí)施例的第一指段I固定于擬人機(jī)器人手的手掌上，本實(shí)施例的工作原理，如圖23、24、25、26所示，敘述如下當(dāng)機(jī)器人手不接觸物體時(shí)，手指處于自由狀態(tài)，氣囊4不受到擠壓，氣動(dòng)柔性件7無(wú)形變，手指保持伸直狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人手抓取物體時(shí)，其他手指轉(zhuǎn)動(dòng)后壓迫物體，物體擠壓氣囊4，推壓第一指段I通孔內(nèi)氣體，由于彈簧絲732的限制，氣動(dòng)柔性件7不會(huì)徑向變形，只會(huì)發(fā)生軸向的伸長(zhǎng)和軸向彎曲，彈簧絲也拉伸變形，氣力將推動(dòng)第二指段2繞關(guān)關(guān)節(jié)軸5中心線作大角度轉(zhuǎn)動(dòng)角度α，直到第二指段2接觸物體為止，因而該機(jī)器人手將具有對(duì)物體大小、形狀的自動(dòng)適應(yīng)性。這使得第二指段轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仿佛有電機(jī)等驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)一般，能夠快速扣住物體，實(shí)現(xiàn)了手指自身不用驅(qū)動(dòng)器，卻可以有關(guān)節(jié)自由度的目的。當(dāng)機(jī)器人手放開(kāi)物體時(shí)，其他手指在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)下離開(kāi)物體，物體也就不再壓迫氣囊4，彈簧絲732的回復(fù)彈力將拉動(dòng)第二指段繞關(guān)節(jié)軸5中心線回到初始伸直位置，此時(shí)氣力將推壓通孔內(nèi)氣體，使得氣囊4恢復(fù)初始狀態(tài)和位置。本實(shí)施例中還可以另外加裝了一個(gè)簧件8來(lái)輔助這個(gè)過(guò)程，當(dāng)然也可以不需要這個(gè)簧件。(ii)如果將本實(shí)施例(圖I所示實(shí)施例)的第一指段I根部套固在一個(gè)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)關(guān)節(jié)軸上，本實(shí)施例的工作原理，如圖27、28、29、30所示，敘述如下當(dāng)機(jī)器人手抓取物體時(shí)，套有第一指段I的主動(dòng)關(guān)節(jié)在驅(qū)動(dòng)力矩m作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，使得整個(gè)手指裝置連同根部的主動(dòng)關(guān)節(jié)軸繞主動(dòng)關(guān)節(jié)軸的中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，直到氣囊4接觸物體，由于物體在其他手指的作用下不能離開(kāi)，所以，當(dāng)主動(dòng)關(guān)節(jié)軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣囊4在物體的阻擋擠壓下依據(jù)所抓物體形貌向內(nèi)變形，其后抓取過(guò)程與(a)類似。采用所述隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置的動(dòng)作原理為當(dāng)機(jī)器人手抓取物體時(shí)，兩個(gè)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)會(huì)順序動(dòng)作，最終自動(dòng)適應(yīng)物體的形狀、尺寸。仿佛該手指在欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)處有電機(jī)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)一般。本實(shí)用新型的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置采用氣囊作為接收變形件及可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動(dòng)媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動(dòng)柔性件，綜合實(shí)現(xiàn)了手指抓取物體時(shí)任意方向物體擠壓的無(wú)源欠驅(qū)動(dòng)彎曲效果；利用氣囊很小的隨形變形可帶來(lái)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)；該裝置不限制物體擠壓氣囊的方向，任意擠壓氣囊都可以引發(fā)第二指段的轉(zhuǎn)動(dòng)；該隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置適合安裝于機(jī)械手上作為擬人機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，配合其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的手指或手指上的其他主動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)抓取物體，并具有對(duì)所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，制造和維護(hù)成本低，與人手的手指相似。該裝置可以串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)手指，還可以用多個(gè)這樣的單關(guān)節(jié)或多關(guān)節(jié)手指組合構(gòu)成高欠驅(qū)動(dòng)的擬人機(jī)器人手，用以達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高抓取自適應(yīng)的效果?！?br> 權(quán)利要求1.一種隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，包括第一指段(I)、第二指段(2)和設(shè)置在兩者之間的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)(3);所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括關(guān)節(jié)軸(5)和氣動(dòng)柔性件(7);所述的關(guān)節(jié)軸(5)套設(shè)在第一指段(I)中，第二指段(2)套固在關(guān)節(jié)軸(5)上；所述的氣動(dòng)柔性件(7)包括第一端蓋(71)、第二端蓋(72)和伸縮件；所述的氣動(dòng)柔性件(7)通過(guò)第一端蓋(71)與第一指段(I)固定連接，氣動(dòng)柔性件(7)通過(guò)第二端蓋(72)與第二指段(2)固定連接；所述的第一指段中設(shè)有通孔(6);其特征在于所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)還包括氣囊(4);所述的氣囊的一部分鑲嵌在第一指段中，氣囊的另一部分露在第一指段外與所抓物體接觸；所述的氣囊(4 )和氣動(dòng)柔性件(7 )通過(guò)第一指段(I)中的通孔(6 )相連通。
2.如權(quán)利要求I所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件(7 )的伸縮件采用嵌簧絲橡膠管(73 )，該嵌簧絲橡膠管(73 )包括橡膠管(731)和彈簧絲(732)，所述的彈簧絲(732)是沿著橡膠管(73)的徑向螺旋密繞在橡膠管的內(nèi)壁中。
3.如權(quán)利要求I所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件(7)的伸縮件采用套簧絲橡膠管(74)，該套簧絲橡膠管(74)包括橡膠管(741)和彈簧絲(742)，所述的彈簧絲是沿著橡膠管的徑向螺旋密繞在橡膠管的外壁上，所述的彈簧絲的兩端分別連接第一端蓋和第二端蓋。
4.如權(quán)利要求I所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的氣動(dòng)柔性件(7)的伸縮件采用風(fēng)箱式伸縮件(75)，所述的風(fēng)箱式伸縮件(75)為軸向伸縮和軸向彎曲的手風(fēng)琴風(fēng)箱結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于在第一指段(I)和第二指段(2)間加裝簧件，所述的簧件采用拉簧、壓簧、扭簧或片簧。
6.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的伸縮件上設(shè)有氣門(mén)嘴(76)。
7.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于所述的氣囊(4)采用柔性材料。
8.一種采用如權(quán)利要求1、2、3或4所述隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置的氣動(dòng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)手指裝置，其特征在于包括η個(gè)指段和η-l個(gè)所述的欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中η為大于2的整數(shù)。
專利摘要隨形自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置，屬擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域。包括第一、二指段和欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括氣囊、關(guān)節(jié)軸、氣動(dòng)柔性件和簧件。該裝置采用采用氣囊作為接收變形件及可變形密閉空間內(nèi)的氣體作為傳動(dòng)媒介，結(jié)合可軸向伸縮和軸向彎曲的氣動(dòng)柔性件，綜合實(shí)現(xiàn)了手指抓取物體時(shí)任意方向物體擠壓的無(wú)源欠驅(qū)動(dòng)彎曲效果；利用氣囊很小的隨形變形可帶來(lái)第二指段大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)；該裝置不限制物體擠壓氣囊的方向，任意擠壓氣囊都可以引發(fā)第二指段的轉(zhuǎn)動(dòng)；該裝置抓取物體時(shí)具有對(duì)所抓物體的形狀大小的自適應(yīng)功能，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，制造和維護(hù)成本低，與人手的手指相似；還可串聯(lián)構(gòu)成高形狀自適應(yīng)和高欠驅(qū)動(dòng)的多關(guān)節(jié)手指。
文檔編號(hào)B25J17/02GK202702248SQ20122035515
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者湯之南, 張文增 申請(qǐng)人:清華大學(xué)