本發(fā)明屬于機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手是指關(guān)節(jié)自由度數(shù)目多于所使用的驅(qū)動(dòng)器數(shù)目的一類機(jī)器人手，這類機(jī)器人手所具有的自適應(yīng)抓取功能能夠抓取多種不同尺寸、不同形狀的物體，能夠在不使用復(fù)雜的傳感和控制模塊的情況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、穩(wěn)定的抓取效果。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低廉、功能強(qiáng)大，可以適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人、社會(huì)服務(wù)機(jī)器人或人體義肢等不同領(lǐng)域中，對(duì)機(jī)器人手的抓取需求。

具有兩個(gè)關(guān)節(jié)自由度的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手的兩個(gè)基本抓取類別是耦合抓取模式和自適應(yīng)抓取模式。耦合抓取模式即：機(jī)器人手的兩個(gè)關(guān)節(jié)按照一定的比例關(guān)系進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。耦合抓取模式分為正向耦合和反向耦合。正向耦合通常也稱為耦合抓取，耦合抓取的彎曲運(yùn)動(dòng)效果具有擬人性，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)棒狀物體的鉤?。环聪蝰詈显谶\(yùn)動(dòng)比例為1比1時(shí)稱為平夾抓取，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具有兩個(gè)平行表面的物體的平行夾持。自適應(yīng)抓取是指，機(jī)器人手的最終運(yùn)動(dòng)姿態(tài)受被抓物體的外形和尺寸影響，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的包絡(luò)。

通過(guò)對(duì)基本抓取模式的組合，形成了兩種復(fù)合抓取模式：耦合自適應(yīng)抓取模式和平夾自適應(yīng)抓取模式。這兩種復(fù)合抓取模式在抓取的過(guò)程中分為兩個(gè)階段，第一階段機(jī)器人手分別按照耦合抓取和平夾抓取的模式運(yùn)動(dòng)，可以進(jìn)行對(duì)物體的抓取，也可以作為對(duì)第二階段的預(yù)備運(yùn)動(dòng)；第二階段機(jī)器人手進(jìn)行自適應(yīng)抓取。

已有的一種具有雙自由度欠驅(qū)動(dòng)手指的五連桿夾持裝置(美國(guó)專利US8973958B2)，包括五個(gè)連桿、彈簧和機(jī)械約束等。該裝置實(shí)現(xiàn)了平夾自適應(yīng)抓取模式。在工作時(shí)，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(dòng)作，之后根據(jù)物體的位置可以實(shí)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(shí)現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，無(wú)法實(shí)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(yùn)動(dòng)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(guò)高。

已有的一種雙關(guān)節(jié)并聯(lián)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置(中國(guó)專利CN101633171B)，包括基座、電機(jī)、兩個(gè)關(guān)節(jié)軸、兩個(gè)指段、耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、欠驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和多個(gè)簧件。該裝置實(shí)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(dòng)的效果，非常擬人化，同時(shí)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(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，具有對(duì)所抓取物體的大小尺寸自動(dòng)適應(yīng)的好處。其不足之處在于，該裝置僅能實(shí)現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式，無(wú)法實(shí)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(guò)多，利用簧件解耦調(diào)和耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與自適應(yīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的矛盾，常常使得多個(gè)簧件形變較大，導(dǎo)致過(guò)大且不必要的能量損耗。

已有一種柔性件平夾耦合切換自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置(中國(guó)專利CN105835083A)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)切換平夾自適應(yīng)抓取模式和耦合自適應(yīng)抓取模式，采用了半輪、連接件、限位凸塊、兩套柔性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和兩個(gè)簧件。其不足在于：由于在第一指段繞近關(guān)節(jié)軸的中心線的正轉(zhuǎn)過(guò)程中，腱繩只有下方一部分處于半輪的圓弧外緣上，而有相當(dāng)一部分腱繩以最短折線的方式連接半輪上部與第一指段的中部過(guò)渡輪，導(dǎo)致在平夾抓取階段，傳動(dòng)不平穩(wěn)，且傳動(dòng)存在較大誤差(即存在控制死區(qū))，在第一指段轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中第二指段有一段時(shí)間沒有任何動(dòng)作，從而不能準(zhǔn)確保證第二指段的平動(dòng)，因此，不是精確的平行夾持；此外，組成零件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置。該裝置可以實(shí)現(xiàn)平夾自適應(yīng)抓取模式，在簡(jiǎn)單手動(dòng)切換后，又可以實(shí)現(xiàn)耦合自適應(yīng)抓取模式；該裝置既能平動(dòng)第二指段平行夾持物體，也能兩個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)正向彎曲去耦合捏持物體，還可以先后轉(zhuǎn)動(dòng)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；該裝置通過(guò)間接傳動(dòng)的方式，使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔，成本低廉；無(wú)需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(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、電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、從動(dòng)滑輪、腱繩、連接件和轉(zhuǎn)軸；所述電機(jī)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；所述近關(guān)節(jié)軸活動(dòng)套設(shè)在基座中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸活動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座中；所述電機(jī)的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一指段相連；所述轉(zhuǎn)軸套設(shè)在連接件上；所述從動(dòng)滑輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上；其特征在于：該精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置還包括扇形輪、球缺件、滑塊、齒條、齒輪和彈簧；所述連接件與基座固接；所述扇形輪套接在轉(zhuǎn)軸上；所述扇形輪具有一段圓弧外緣；所述扇形輪的圓弧外緣與近關(guān)節(jié)軸同心；所述球缺件與連接件固接；所述球缺件的球心與扇形輪的圓弧外緣同心；所述球缺件的半徑與扇形輪的圓弧外緣的半徑相等；所述轉(zhuǎn)軸的中心線沿著球缺件的半徑方向；定義抓取物體的一側(cè)為該精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置的前方，相對(duì)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；所述腱繩的一端與扇形輪固接，所述腱繩依次纏繞經(jīng)過(guò)扇形輪的圓弧外緣，經(jīng)過(guò)球缺件的圓弧表面，穿過(guò)第一指段，從前方纏繞經(jīng)過(guò)從動(dòng)滑輪，所述腱繩的另一端與第二指段固接；所述腱繩、扇形輪和從動(dòng)滑輪三者之間配合形成繩輪傳動(dòng)關(guān)系；所述彈簧的兩端分別連接第二指段和第一指段，彈簧使第二指段靠向拉緊腱繩的方向；所述扇形輪的圓弧外緣的傳動(dòng)半徑與從動(dòng)滑輪的傳動(dòng)半徑相等；所述滑塊滑動(dòng)鑲嵌在第一指段中，所述齒條與滑塊固接，所述齒條與齒輪嚙合，所述齒輪套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上，所述齒輪與第二指段固接。

本發(fā)明如權(quán)利要求1所述的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述彈簧采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。

本發(fā)明如權(quán)利要求1所述的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置，其特征在于：還包括過(guò)渡滑輪和滑輪軸，所述過(guò)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(guò)過(guò)渡滑輪。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果：

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、腱繩、轉(zhuǎn)軸、連接件、扇形輪、球缺件、齒輪、齒條和彈簧等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指平夾抓取、耦合抓取和自適應(yīng)抓取多種抓取模式的功能。該裝置利用球缺件的球面實(shí)現(xiàn)了平夾與耦合的平穩(wěn)切換，并且球缺件的設(shè)置提高了平夾與耦合階段的傳動(dòng)精度，利用齒輪齒條機(jī)構(gòu)的間接自適應(yīng)功能精簡(jiǎn)了機(jī)構(gòu)，利用彈簧與腱繩的張緊程度的配合避免了平夾或耦合狀態(tài)與自適應(yīng)狀態(tài)的矛盾。該裝置既能平動(dòng)第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)聯(lián)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)的方式，利用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無(wú)需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的立體外觀圖。

圖2是圖1所示實(shí)施例的正面外觀圖。

圖3是圖1所示實(shí)施例的一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的左視圖)。

圖4是圖1所示實(shí)施例的另一個(gè)側(cè)面外觀圖(圖2的右視圖)。

圖5是圖2的A-A剖視圖(該圖的左側(cè)為抓取物體一側(cè))。

圖6是圖2的B-B剖視圖(該圖的右側(cè)為抓取物體一側(cè))。

圖7是圖1所示實(shí)施例的從一個(gè)角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。

圖8是圖1所示實(shí)施例的從另一個(gè)角度觀察的內(nèi)部立體視圖(未畫出部分零件)。

圖9是圖5在初始伸直狀態(tài)時(shí)切換到平夾自適應(yīng)模式下的扇形輪附近位置關(guān)系(扇形輪位于靠近抓取物體的一側(cè)，該圖的左側(cè)為抓取物體一側(cè))。

圖10是圖5在初始伸直狀態(tài)時(shí)切換到耦合自適應(yīng)模式下的扇形輪附近位置關(guān)系(扇形輪位于遠(yuǎn)離抓取物體的一側(cè)，該圖的左側(cè)為抓取物體一側(cè))。

圖11是圖1所示實(shí)施例在切換為平夾自適應(yīng)模式下的平夾抓取物體時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(未畫出部分零件)。

圖12是圖1所示實(shí)施例在切換為耦合自適應(yīng)模式下的耦合抓取物體時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(未畫出部分零件)。

圖13至圖16是圖1所示實(shí)施例在平夾自適應(yīng)模式下自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動(dòng)作過(guò)程示意圖。

圖17至圖19是圖1所示實(shí)施例在平夾自適應(yīng)模式下平動(dòng)第二指段夾持物體的動(dòng)作過(guò)程示意圖。

圖20至圖22是圖1所示實(shí)施例在耦合自適應(yīng)模式下自適應(yīng)包絡(luò)抓取物體的動(dòng)作過(guò)程示意圖。

圖23至圖24是圖1所示實(shí)施例在耦合自適應(yīng)模式下耦合抓取物體的動(dòng)作過(guò)程示意圖。

在圖1至圖24中：

1－基座，111－基座前板，112－基座后板，113－基座左側(cè)板，

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，

2－第一指段，21－第一指段骨架，22－第一指段左側(cè)板，23－第一指段右側(cè)板，

24－滑塊表面板，25－滑塊前板，26－第一指段后板，3－第二指段，

4－近關(guān)節(jié)軸，5－遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，6－滑塊，7－齒條，

8－齒輪，811－第一過(guò)渡滑輪，812－第二過(guò)渡滑輪，813－第三過(guò)渡滑輪，

821－第一過(guò)渡滑輪軸，822－第二過(guò)渡滑輪軸，823－第三過(guò)渡滑輪軸，83－軸承，

84－套筒，85－螺釘，86－銷釘，9－扇形輪，

10－從動(dòng)滑輪，11－腱繩，12－連接件，13－轉(zhuǎn)軸

14－電機(jī)，141－減速器，142－第一錐齒輪，143－第二錐齒輪，

144－過(guò)渡齒輪軸，145－第一帶輪，146－第二帶輪，147－傳動(dòng)帶，

15－彈簧，16－球缺件，17－物體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)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。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1至圖8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、電機(jī)14、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、從動(dòng)滑輪10、腱繩11、連接件12和轉(zhuǎn)軸13；所述電機(jī)14與基座1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；所述近關(guān)節(jié)軸4活動(dòng)套設(shè)在基座1中；所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5活動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在基座1中；所述電機(jī)14的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出端與第一指段2相連；所述轉(zhuǎn)軸13套設(shè)在連接件12上；所述從動(dòng)滑輪10套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上；該精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置還包括扇形輪9、球缺件16、滑塊6、齒條7、齒輪8和彈簧15；所述連接件12與基座1固接；所述扇形輪9套接在轉(zhuǎn)軸13上；所述扇形輪9具有一段圓弧外緣；所述扇形輪9的圓弧外緣與近關(guān)節(jié)軸4同心；所述球缺件16與連接件12固接；所述球缺件16的球心與扇形輪9的圓弧外緣同心；所述球缺件16的半徑與扇形輪9的圓弧外緣的半徑相等；所述轉(zhuǎn)軸13的中心線沿著球缺件16的半徑方向；定義抓取物體17的一側(cè)為該精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置的前方，相對(duì)的另一側(cè)即遠(yuǎn)離抓取物體17的那一側(cè)為該裝置的后方；所述腱繩11的一端與扇形輪9固接，所述腱繩11依次纏繞經(jīng)過(guò)扇形輪9的圓弧外緣，穿過(guò)第一指段2，從前方纏繞經(jīng)過(guò)從動(dòng)滑輪10，所述腱繩11的另一端與第二指段3固接；所述腱繩11、扇形輪9和從動(dòng)滑輪10三者之間配合形成繩輪傳動(dòng)關(guān)系；所述彈簧15的兩端分別連接第二指段3和第一指段2，彈簧15使第二指段3靠向拉緊腱繩11的方向；所述扇形輪9的圓弧外緣的傳動(dòng)半徑與從動(dòng)滑輪10的傳動(dòng)半徑相等；所述滑塊6滑動(dòng)鑲嵌在第一指段2中，所述齒條7與滑塊6固接，所述齒條7與齒輪8嚙合，所述齒輪8套接在遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5上，所述齒輪8與第二指段3固接。

本發(fā)明所述的精確平夾自適應(yīng)與耦合自適應(yīng)模式切換機(jī)器人手指裝置，其特征在于：所述彈簧采用拉簧、壓簧、片簧或扭簧。本實(shí)施例中，所述彈簧15采用拉簧。

本實(shí)施例包括3個(gè)過(guò)渡滑輪81和3個(gè)對(duì)應(yīng)的過(guò)渡滑輪軸82；每個(gè)所述過(guò)渡滑輪81套接在對(duì)應(yīng)的過(guò)渡滑輪軸82上；所述第一過(guò)渡滑輪軸821、第二過(guò)渡滑輪軸822和第三過(guò)渡滑輪軸823分別套設(shè)在第一指段2中；所述腱繩11分別纏繞經(jīng)過(guò)第一過(guò)渡滑輪811、第二過(guò)渡滑輪812和第三過(guò)渡滑輪813。第一過(guò)渡滑輪811、第二過(guò)渡滑輪812和第三過(guò)渡滑輪813的設(shè)置有利于加大腱繩11在扇形輪9、從動(dòng)滑輪10上的纏繞經(jīng)過(guò)的弧長(zhǎng)，還可以減少傳動(dòng)摩擦，獲得更好的傳動(dòng)效果。

本實(shí)施例中，所述基座1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(shí)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和第一指段后板26。

本實(shí)施例中，所述滑塊上固接有滑塊表面板24、滑塊前板25。

本實(shí)施例中，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過(guò)渡齒輪軸144、第一帶輪145、第二帶輪146和傳動(dòng)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(guò)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(guò)渡齒輪軸144套設(shè)在基座1中，所述第一帶輪145套固在過(guò)渡齒輪軸144上，所述第二帶輪146活動(dòng)套接在近關(guān)節(jié)軸4上，所述第二帶輪146與第一指段骨架21固接，所述傳動(dòng)帶147連接第一帶輪145和第二帶輪146，所述傳動(dòng)帶147、第一帶輪145和第二帶輪146形成帶輪傳動(dòng)關(guān)系，所述傳動(dòng)帶呈“O”字形。

本實(shí)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。

本實(shí)施例的工作原理，結(jié)合附圖，敘述如下：

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扇形輪繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

平夾自適應(yīng)抓取模式和耦合自適應(yīng)抓取模式的手動(dòng)切換方法為：

將扇形輪繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180度。

1)平夾抓取模式的實(shí)現(xiàn)

將扇形輪撥動(dòng)到靠向前方的一側(cè)，如圖5、圖9、圖11所示，這時(shí)腱繩11從前方纏繞經(jīng)過(guò)扇形輪9和球缺件16，腱繩11、扇形輪9與從動(dòng)滑輪10構(gòu)成了同向等速傳動(dòng)。

初始位置為手指伸直狀態(tài)。

當(dāng)電機(jī)14開始正轉(zhuǎn)，通過(guò)第一錐齒輪142和第二錐齒輪143的傳動(dòng)，帶動(dòng)第一帶輪145轉(zhuǎn)動(dòng)，第一帶輪145與第二帶輪146通過(guò)傳動(dòng)帶147相連，第二帶輪146轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4正轉(zhuǎn)；

由于扇形輪9與從動(dòng)滑輪10的傳動(dòng)半徑相等(即傳動(dòng)比為1)，在腱繩11的作用下，無(wú)論第一指段2處于何位置，從動(dòng)滑輪10始終與扇形輪9保持同一角度，而扇形輪9始終與基座1不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，從動(dòng)滑輪10相對(duì)基座1的只進(jìn)行平動(dòng)而不會(huì)旋轉(zhuǎn)，由于從動(dòng)滑輪10與第二指段3固接，所以第二指段3相對(duì)基座1只進(jìn)行平動(dòng)而不會(huì)旋轉(zhuǎn)；此時(shí)，彈簧15收縮(彈簧減小了拉伸變形量)，腱繩11仍處于張緊狀態(tài)。

第二指段3相對(duì)于第一指段2的運(yùn)動(dòng)為反轉(zhuǎn)，由于齒輪8與第二指段3固定，且齒條7與齒輪8嚙合，因此，第二指段3相對(duì)于第一指段2的反轉(zhuǎn)會(huì)使齒輪8反轉(zhuǎn)，使得齒條7正向滑動(dòng)；相對(duì)于第一指段2，齒條7會(huì)向手指外平動(dòng)，增大了向外凸出的距離；

實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)平行夾持動(dòng)作，這一階段稱為平行夾持(簡(jiǎn)稱平夾)階段。

平行夾持階段適合以第二指段3去平動(dòng)夾持物體17，此時(shí)末端在運(yùn)動(dòng)中始終保持一個(gè)姿態(tài)，適合抓取存在相對(duì)表面的物體，如圖11所示；這一階段也適合外張抓取，外張的方式是指用第二指段3去從內(nèi)向外打開的方式去外張撐取物體，例如，對(duì)空心圓柱筒的拿取，從該空心圓柱筒的內(nèi)側(cè)向外張開撐住筒壁，從而拿取物體。

整個(gè)平夾動(dòng)作過(guò)程如圖17至圖19所示。

該裝置利用球缺件16的球面實(shí)現(xiàn)了平夾與耦合的平穩(wěn)切換，并且球缺件的設(shè)置提高了平夾與耦合階段的傳動(dòng)精度。由于在第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4的中心線的正轉(zhuǎn)過(guò)程中，腱繩11的下方均纏繞在扇形輪9和球缺件16上，所以在平夾抓取階段，傳動(dòng)平穩(wěn)，且傳動(dòng)不存在誤差，因此，是精確的平行夾持。

2)平夾自適應(yīng)抓取模式的實(shí)現(xiàn)

在上述的平行夾持階段中，如果滑塊表面板24接觸物體17而被物體17擠壓，那么，滑塊6向手指內(nèi)部滑動(dòng)時(shí)，將進(jìn)入第二階段——自適應(yīng)包絡(luò)抓取階段。這時(shí)電機(jī)14通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，帶動(dòng)第一指段2繼續(xù)向物體17轉(zhuǎn)動(dòng)，物體17擠壓滑塊表面板24，滑塊6向第一指段2內(nèi)滑動(dòng)，齒條7向第一指段內(nèi)滑動(dòng)，齒輪8正轉(zhuǎn)，第二指段3繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線正轉(zhuǎn)，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。在此過(guò)程中彈簧15伸長(zhǎng)(彈簧增大了拉伸變形量)，腱繩11松弛。該裝置能夠抓取不同形狀、尺寸的物體，具有自適應(yīng)抓取特性。

從而達(dá)到了平夾自適應(yīng)抓取功能，抓取物體的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程如圖13至圖16所示。

3)耦合抓取模式的實(shí)現(xiàn)

將扇形輪9撥動(dòng)到遠(yuǎn)離抓取物體17的后方一側(cè)，如圖10、圖12所示，這時(shí)腱繩11從后方纏繞經(jīng)過(guò)扇形輪9和球缺件16，腱繩11、扇形輪9與從動(dòng)滑輪10構(gòu)成了反向等速傳動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)14開始正轉(zhuǎn)，通過(guò)第一錐齒輪142和第二錐齒輪143的傳動(dòng)，帶動(dòng)第一帶輪145轉(zhuǎn)動(dòng)，第一帶輪145與第二帶輪146通過(guò)傳動(dòng)帶147相連，第二帶輪146轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)第一指段2繞近關(guān)節(jié)軸4正轉(zhuǎn)；

在腱繩11的作用下，第二指段3相對(duì)于第一指段2的運(yùn)動(dòng)也為正轉(zhuǎn)，而且從動(dòng)滑輪10相對(duì)于第一指段2轉(zhuǎn)動(dòng)的正轉(zhuǎn)角度與第一指段2相對(duì)于基座1轉(zhuǎn)動(dòng)的正轉(zhuǎn)角度相等，達(dá)到兩個(gè)關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)效果，此時(shí)，彈簧15伸長(zhǎng)(彈簧增大了拉伸變形量)，腱繩11仍處于張緊狀態(tài)。

第二指段3相對(duì)于第一指段2的運(yùn)動(dòng)為正轉(zhuǎn)，由于齒輪8與第二指段3固定，且齒條7與齒輪8嚙合，因此，第二指段3相對(duì)于第一指段2的正轉(zhuǎn)會(huì)使齒輪8正轉(zhuǎn)，使得齒條7反向滑動(dòng)；相對(duì)于第一指段2，齒條7向手指內(nèi)平動(dòng)，減小了凸出在外的距離；

實(shí)現(xiàn)了雙關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，這一階段稱為耦合抓取階段。

耦合抓取階段適合以第二指段3的末端去捏持小尺寸物體17，或者鉤取物體(例如行李箱的手柄)，如圖12所示。整個(gè)耦合動(dòng)作過(guò)程如圖23至圖24所示。

4)耦合自適應(yīng)抓取模式的實(shí)現(xiàn)

在此階段中，如果滑塊表面板24接觸物體17而被物體17擠壓，那么，滑塊6向手指內(nèi)部滑動(dòng)時(shí)，將進(jìn)入第二階段——自適應(yīng)包絡(luò)抓取階段。這時(shí)電機(jī)14通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)，帶動(dòng)第一指段2繼續(xù)向物體17轉(zhuǎn)動(dòng)，物體17擠壓滑塊表面板24，滑塊6向第一指段內(nèi)滑動(dòng)，齒條7向第一指段內(nèi)滑動(dòng)，齒輪8正轉(zhuǎn)，第二指段3繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸5的中心線正轉(zhuǎn)，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。在此過(guò)程中彈簧15伸長(zhǎng)(彈簧增大了拉伸變形量)，腱繩松弛。該裝置能夠抓取不同形狀、尺寸的物體，具有自適應(yīng)抓取特性。

從而達(dá)到了耦合自適應(yīng)抓取功能，抓取物體的整個(gè)動(dòng)作過(guò)程如圖20至圖22所示。

本發(fā)明裝置利用電機(jī)、腱繩、轉(zhuǎn)軸、連接件、扇形輪、球缺件、齒輪、齒條和彈簧等綜合實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人手指平夾抓取、耦合抓取和自適應(yīng)抓取多種抓取模式的功能。該裝置利用球缺件的球面實(shí)現(xiàn)了平夾與耦合的平穩(wěn)切換，并且球缺件的設(shè)置提高了平夾與耦合階段的傳動(dòng)精度，利用齒輪齒條機(jī)構(gòu)的間接自適應(yīng)功能精簡(jiǎn)了機(jī)構(gòu)，利用彈簧與腱繩的張緊程度的配合避免了平夾或耦合狀態(tài)與自適應(yīng)狀態(tài)的矛盾。該裝置既能平動(dòng)第二指段捏持物體，也能依次轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)聯(lián)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)的方式，利用單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)關(guān)節(jié)，無(wú)需復(fù)雜的傳感和控制系統(tǒng)；該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，制造和維護(hù)成本低，適用于機(jī)器人手。