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杆轮并联竞速包络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、多个轴、多个齿轮、多个连杆和两个簧件等。该装置利用单个电机、多个齿轮、多个连杆和两个簧件等综合实现了包络自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，第一指段和第二指段能灵活转动，达到捏持或包络不同形状、尺寸的物体；该装置抓取范围大，抓取力大，抓取稳定；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，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，适用于需要抓取的各类机器人。

技术领域

[0001]本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置的结构设计。

背景技术

[0002]机器人是一种利用传感、控制、执行和人机交互等功能构成的闭环控制机电一体化系统，其设计目的是帮助操作者更好地对环境进行处理。机器人与环境的交互离不开灵巧的机器人手——一种实现临时抓取和释放的抓持器。机器人手分为仿人型的多指机器人手和非仿人型的特种机器人手。人手经过千百万年的进化已经成为一种适合抓取不同形状和尺寸物体的终端。仿人型的多指机器人手又可以细分为手指中部无关节的工业夹持器、主要依靠控制算法的多电机驱动灵巧手和仅具有少量电机的多关节欠驱动手。其中，欠驱动机器人手定义为电机数量少于关节数量的多指机器人手。

[0003]自适应欠驱动机器人手采用少量电机驱动多个自由度关节，由于电机数量少，藏入手掌的电机可以选择更大的功率和体积，出力大，同时纯机械式的反馈系统无需对环境敏感也可以实现稳定抓取，自动适应不同形状尺寸的物体，没有实时电子传感和闭环反馈控制的需求，控制简单方便，降低了制造成本。

[0004]在抓取物体时主要有两种抓取方法，一种是捏持，一种是握持。

[0005](1)捏持是用末端手指的指尖部分去夹取物体，采用两个点或两个软指面去接触物体，主要针对小尺寸物体或具有对立面的较大物体。

[0006](2)握持是用手指的多个指段包络环绕物体来实现多个点的接触，达到更稳定的形状包络抓取。

[0007]工业夹持器一般采用捏持方式，难以具有稳定握持功能，不能适应多种形状物体的稳定包络抓取。传统的自适应欠驱动手指可以采用自适应包络物体的方式握持，但是无法实施捏持抓取。耦合的多关节手可以实现多关节同时转动，能够实现捏持，不能实现针对多种形状物体的稳定的多点包络握持。

[0008]上述三种手均有很大的提升空间。现实中很需要一种既具有捏持功能，又能够实现稳定自适应包络抓持的机器人手。

发明内容

[0009]本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置。综合实现包络自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，第一指段和第二指段能灵活转动，达到捏持或包络不同形状、尺寸的物体；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，无需复杂的传感和控制系统。

[0010]本发明的技术方案如下：

[0011]本发明设计的杆轮并联竞速包络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、电机和传动机构；所述电机与基座固接；所述电机的输出轴与传动机构的输入端相连；所述近关节轴套设在基座中，所述第一指段套接在近关节轴上，所述远关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在远关节轴上；所述近关节轴与远关节轴的中心线平行；其特征在于：该杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置还包括第一传动轮、第二传动轮、传动件、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第一连杆、第二连杆、第三连杆和第一簧件；所述近关节轴、第一轴、第二轴、第三轴和第四轴的中心线平行；所述第一轴套设在基座中，所述第一齿轮活动套接在第一轴上，所述传动机构的输出端与第一齿轮相连；所述第二轴套设在基座中，所述第二齿轮套接在第二轴上，所述第一齿轮与第二齿轮啮合；所述第三齿轮套接在近关节轴上，所述第二齿轮与第三齿轮啮合；所述第一传动轮套接在近关节轴上，第三齿轮和第一传动轮固接；所述第二传动轮套接在远关节轴上；所述传动件连接第一传动轮、第二传动轮，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，所述传动件采用传动带、腱绳或链条，所述传动件、第一传动轮与第二传动轮三者构成带轮传动关系、绳轮传动关系或链轮传动关系，所述传动件呈封闭的“O”形；通过传动件的传动，从第一传动轮到第二传动轮的传动比为1:1；所述第一连杆的一端套接在第一轴上，第一连杆的另一端套接在第三轴上；所述第二连杆的一端套接在第三轴上，第二连杆的另一端套接在第四轴上；所述第三连杆的一端套接在第四轴上，第三连杆的另一端套接在近关节轴上，第三连杆和第一指段固接；设第一轴的中心点为A，近关节轴的中心点为B，第四轴的中心点为C，第三轴的中心点为D，线段AB、线段BC、线段CD、线段DA构成平行四边形；所述第一簧件的两端分别连接第一齿轮和第一连杆；从所述第一齿轮通过第二齿轮到第三齿轮的传动为增速传动。

[0012]本发明所述的杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置，其特征在于：还包括第二簧件，所述第二簧件的两端分别连接第二传动轮和第二指段。

[0013]本发明所述的杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第一簧件采用扭簧。

[0014]本发明所述的杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置，其特征在于：所述传动机构包括减速器和过渡齿轮；所述电机的输出轴与减速器的输入轴相连，所述过渡齿轮套固在减速器的输出轴上，所述过渡齿轮与第一齿轮啮合。

[0015]本发明所述的杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置，其特征在于：从所述第一齿轮通过第二齿轮到第三齿轮的传动比为1:2。

[0016]本发明所述的杆轮并联竞速包络自适应机器人手指装置，其特征在于：所述第二簧件采用扭簧。

[0017]本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：

[0018]本发明装置利用单个电机、多个齿轮、多个连杆和两个簧件等综合实现了包络自适应抓取的功能，根据目标物体形状和位置的不同，第一指段和第二指段能灵活转动，达到捏持或包络不同形状、尺寸的物体；该装置抓取范围大，抓取力大，抓取稳定；采用欠驱动的方式，利用一个电机驱动两个关节，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，适用于需要抓取的各类机器人。