磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机器人手技术领域，特别涉及一种磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的结构设计。
【背景技术】
[0002]机器人手作为机器人的输出终端，得到越来越多机器人研宄者的青睐与重视。在机器人研宄领域中，机器人手主要分为两大类:拟人手和非拟人手。
[0003]拟人手是指具有手指的抓持器，手指的数量可以从2个到多个，手指上可以有一个或多个关节。非拟人手也称为特种手，是指没有手指的抓持器，包括吸盘、磁铁、搭扣、钩子或其他具有临时连接抓取功能的装置。
[0004]拟人手从具有手指数量、关节驱动原理方面可以分为三类:工业夹持器、灵巧手和欠驱动手。
[0005]工业夹持器一般具有两个手指和一个主动驱动器(电机、气缸或液压缸)，手指的中部没有关节。仅具有2个手指的工业夹持器结构简单，控制容易，设计、制造、装配和维护成本低，实用性高，广泛应用于工业自动化生产中。工业夹持器具有如下不足:仅能实现人手的少量抓取模式，无法达到更多外形、尺寸物体的多种模式抓取，通用性不高。
[0006]灵巧手是指具有3个以上手指和9个以上自由度的多指机器人手，由于主动可控的自由度数量较多，动作灵巧，能够完成人手的多数抓取和操作任务。但是，目前开发出来的灵巧手存在很多不足:所有电机、传感器、控制器、接口模块和大量导线嵌在手内导致机器人手体积大、质量大、系统复杂，多指、多关节运动规划困难，实时计算量大，末端抓持力小，设计、制造、装配、维护成本昂贵，实用性不高。因此现实工业生产中无法直接使用灵巧手。
[0007]欠驱动手指是指手指的驱动器数量少于关节自由度数量。欠驱动手是指带有欠驱动手指的机器人手，欠驱动手与灵巧手不是完全独立的分类，部分灵巧手上由于具有欠驱动手指，因此也属于欠驱动手。
[0008]欠驱动手指装置采用少量驱动器驱动多个关节，能够实现自动适应不同形状、尺寸物体的自适应抓取功能，在未知物体外形的情况下可以获得较好的抓取效果，极大地减少了装置对控制规划的需求，从而无需过多的复杂实时计算与电子传感闭环控制。这种欠驱动手指机构归属于智能机构的范畴，即无需传感器，仅从机构的角度就实现了传感与控制闭环。欠驱动手一般体积小、质量小、系统简单，多指、多关节运动控制容易，实时计算量小，末端抓持力大，设计、制造、装配和维护成本低，实用性高。
[0009]已有的一种气动式欠驱动机器人手指装置(发明专利CN101733758B)，包括第一指段、欠驱动关节和第二指段，欠驱动关节包括主动滑块、关节轴和两个气动柔性件。抓取物体时，通过物体挤压主动滑块，主动滑块压缩第一气动柔性件，使得气体通过通道压缩第二气动柔性件，再由第二气动柔性件推动第二指段实现第二指段绕关节轴的中心线转动后接触到物体，对不同形状和尺寸的物体具有自适应性，可实现第一、第二指段均接触物体，即达到手指形状包络物体的结果。
[0010]但是，该手指装置的不足在于:
[0011]由于该手指在抓取物体时需要支承面(如桌面)、其他手指、手掌或其他手配合才能实现手指弯曲，因此，该手指不能实施对放在支承面上的物体的抓取。当该手指离开物体时，由于物体不再挤压主动滑块，该手指会自动恢复到最初的伸直状态而不能继续保持手指弯曲状态，更无法产生对物体的抓持力，因为该抓持力来自物体的挤压，一旦挤压消失，抓持力就会自动消失，如图27至图30所示，虽然该手指能达到被动自适应包络物体的功能，但该手指离开物体后，该手指恢复初始形态，抓取失败。此外，由于气体流动性大、不易控制，容易回缩，且气动柔性件对关节的力锁紧不够，手指在抓取、移动物体时可能会出现因关节松动而导致抓取不稳的现象。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种自适应机器人手指装置，该装置可以被动地自动适应物体的形状、尺寸，并具有保持抓持力的功能，而且能够实施对放在支承面上物体的抓取，同时结构简单、成本低。
[0013]本发明采用如下技术方案:
[0014]本发明提供的一种磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置，包括第一指段、第二指段、磁流变液、线圈、第一簧件、第二簧件、第一柔性件、第二柔性件、拨块、主动滑块和关节轴；所述关节轴套设在第一指段中，所述第二指段套接在关节轴上，所述主动滑块滑动镶嵌在第一指段中，所述第一指段中设有通道，所述通道包括入口和出口，所述磁流变液设置在第一柔性件、通道和第二柔性件中，所述线圈设置在磁流变液附近；所述第二簧件的一端与拨块连接，另一端与第二指段连接；所述拨块套接在关节轴上；所述第一柔性件的两端分别连接主动滑块和第一指段的通道的入口 ；所述第二柔性件的两端分别连接第一指段的通道的出口和拨块；所述第一柔性件和第二柔性件通过第一指段的通道相连通；所述第一簧件采用如下三种方式之一或组合方式设置:
[0015]a)第一簧件的一端与主动滑块连接，另一端与第一指段连接；
[0016]b)第一簧件的一端与拨块连接，另一端与第一指段连接；
[0017]c)第一簧件的一端与第二指段连接，另一端与第一指段连接。
[0018]本发明所述磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述第一簧件采用拉簧、压簧、扭簧中的一种或者几种组合。
[0019]本发明所述磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述线圈设置在第一指段中，所述通道穿过线圈。
[0020]本发明所述磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性件、第二柔性件采用波纹管。
[0021]本发明所述磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的串联机器人手指装置，其特征在于:串联机器人手指装置采用串联起来的两个以上的磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置；位于中间的一个磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的第一指段与前一个磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的第二指段固接。
[0022]本发明所述磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的机器人手装置，其特征在于:机器人手装置包括手掌和至少两个磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置，这两个磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的第一指段均分别与手掌固接。
[0023]本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果:
[0024]本发明装置利用磁流变液、线圈、两个簧件、主动滑块和拨块等综合实现了手指被动自适应弯曲及抓持力保持锁定的功能，能够对放在支承面上物体的实施抓取。该装置利用物体的反作用力来驱动手指第二指段绕关节轴转动；同时利用磁流变液在磁场中的固化特点，当物体的反作用力消失后仍能够保持手指包络物体的弯曲构型；该装置利用簧件存储并保持着最初挤压物体时产生的变形弹力，从而产生和保持住了第二指段对物体持续施加的抓持力，实现了对物体良好的抓取效果。该装置结构简单，体积小，质量小，控制容易，设计、制造、装配和维护成本低。
【附图说明】
[0025]图1是本发明提供的磁流变液间接自适应欠驱动机器人手指装置的一种实施例的侧面剖视图(为图2中的B-B剖面图，手指呈伸直状态)。
[0026]图2是图1所示实施例的正面剖视图(为图1的A-A剖视图)。
[0027]图3是图1所示实施例的正面外观图。
[0028]图4是图1所示实施例的侧面外观图。
[0029]图5是图1所示实施例的立体外观图。
[0030]图6是图1所示实施例的爆炸视图。
[0031]图7是图1所示实施例的柔性件剖视图。
[0032]图8至图11是第一指段固定于手掌上的实施例手指抓握物体的示意