自复位开环柔性件耦合灵巧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，特别涉及一种自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置的结构设计。
【背景技术】
[0002]目前，机器人技术越发重要，无论在工业场合还是在有人存在的社交场合都有迫切的应用机器人的需求。机器人手是机器人拿取工具的终端，类似人的手，帮助机器人抓取和操作物体，并感知周围环境相应的动作。
[0003]在与人交互当中，安全性是一个非常重要的方面。传统的机器人手往往只关注抓取物体，并没有很好地关注与人交互的过程中如果既能够实现工作任务，也要避免一些意外情况的发生，例如人与机器人的碰撞往往会伤害彼此。目前的机器人技术开始关注人机交互中的安全性问题，传统的机器人手也焕发着青春，需要从安全的角度重新审视已有的机器人手技术。
[0004]已有的一种柔性件耦合式灵巧机器人手指装置，如中国发明专利CN102514016B，包括基座、2个指段、2个关节轴、2个电机、4个锥齿轮、“8”字形封闭的传动带、主动带轮和从动带轮。该装置能够实现耦合转动两个关节和单独转动末端关节的多种抓取模式。该装置的不足之处在于:
[0005]I)该装置不能受到碰撞，在碰撞时会发生跳齿，伸直传动带断裂等故障，而对于人机交互来说，碰撞经常是不可避免的，这种不能受到碰撞的机器人手指会使人受到伤害的威胁，或者被人所伤害，存在极大的安全隐患；
[0006]2)由于采用封闭的带式传动机构，当传动带松弛时，不便于张紧维护，当传动带断裂后更换时也不方便更换，此时需要将整个手指拆解才能更换新的传动带；
[0007]3)该装置无法调整抓取力的大小，抓取物体时不仅需要手指达到包络物体的位置，而且需要手指对所抓物体施加抓持力并保持住该抓持力，由于传动机构的传动间隙等误差的存在，需要在电机停转之后还要有保持抓持力的措施才行，而该装置仅仅能实现在电机开动时对物体的抓持力，无法在电机停转后有抓持力。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置。该装置具有两个自由度，能实现耦合抓取模式和灵巧抓取模式;具有碰撞后自动复位的功能，在人机交互时比较安全，适合用于服务型机器人，尤其是在人群聚集的家庭、学校、医院和公共场所使用。
[0009]本发明采用如下技术方案:
[0010]本发明设计的一种自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，包括基座、中部指段、末端指段、近关节轴、远关节轴、第一驱动器和第二驱动器;所述近关节轴套设在基座中，所述远关节轴套设在中部指段中，所述近关节轴与远关节轴平行;所述中部指段套设在近关节轴上，所述末端指段套设在远关节轴上;其特征在于:该自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置还包括第一传动机构、第二传动机构、第一柔性件、第二柔性件、第一簧件、第一近关节滑轮、第二近关节滑轮和远关节滑轮;所述第一驱动器的输出轴与第一传动机构的输入轴相连，所述第二驱动器的输出轴与第二传动机构的输入轴相连;所述第一近关节滑轮套接在近关节轴上，所述第二近关节滑轮套接在近关节轴上，所述远关节滑轮套接在远关节轴上;所述第一柔性件的一端与第一传动机构的输出端相连，所述第一柔性件的另一端与末端指段相连;所述第一柔性件依次缠绕经过第一近关节滑轮的背面，然后穿过中部指段，之后再缠绕经过远关节滑轮的正面;所述第二柔性件的一端与第二传动机构的输出端相连，所述第二柔性件的另一端与中部指段相连;所述第二柔性件缠绕经过第二近关节滑轮的正面;其中，第一近关节滑轮、第二近关节滑轮和远关节滑轮的正面是指靠向所抓物体的一侧，背面是指不靠向所抓物体的一侧;所述第一簧件的两端分别连接中部指段和末端指段。
[0011]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性件采用绳、带或链条;所述第二柔性件采用绳、带或链条。
[0012]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一驱动器采用电机、气缸或液压缸;所述第二驱动器采用电机、气缸或液压缸。
[0013]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一传动机构包括丝杆和螺母，所述丝杆与螺母通过螺纹相连，所述丝杆与螺母形成螺纹传动关系。
[0014]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第二传动机构包括丝杆和螺母，所述丝杆与螺母通过螺纹相连，所述丝杆与螺母形成螺纹传动关系。
[0015]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第一柔性件的局部或全部采用弹性材料。
[0016]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述第二柔性件的局部或全部采用弹性材料。
[0017]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述弹性材料采用弹簧。
[0018]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，其特征在于:所述弹性材料采用弹簧。
[0019]本发明所述的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置，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基座和中部指段。
[0020]本发明与现有技术比较，具有以下优点和突出性效果:
[0021]本发明装置采用两个电机、两套丝杆螺母传动机构、两套开环腱绳传动机构和簧件等综合实现了双自由度多抓取模式的机器人手指，该装置具有四种抓取模式，包括:I)双关节耦合转动抓取模式;2)双关节独立转动抓取模式;3)双关节先耦合转动，之后再独立转动的抓取模式;4)双关节先独立转动，之后再耦合转动的抓取模式。该装置既能达到传统耦合手指所实现的单个电机驱动多个关节同时转动的耦合效果，又具有传统耦合手指没有的独立转动单个关节的解耦抓取效果，抓取物体时控制容易；该装置具有碰撞后自动复位的功能，在人机交互时比较安全，适合用于服务型机器人，尤其是在人群聚集的家庭、学校、医院和公共场所使用;该装置结构紧凑、体积小、重量轻，控制容易，制造和维护成本低。
【附图说明】
[0022]图1是本发明提供的自复位开环柔性件耦合灵巧机器人手指装置的一种实施例的正视图。
[0023]图2是图1所示实施例的右视图。
[0024]图3是图2所示实施例的C-C剖面图。
[°°25]图4是图1所示实施例的A-A剖面图。
[0026]图5是图1所示实施例的B-B剖面图。
[0027]图6至图9为图1所示实施例进行耦合运动模式的过程示意图。
[0028]图10至图11是图1所示实施例在伸直手指的初始位置仅弯曲远关节的过程示意图。
[0029]图12至图13是图1所示实施例在耦合运动后仅动作远关节(伸直方向)的过程示意图。
[0030]图14至图16是图1所示实施例在耦合运动抓取物体且物体接触末端指段的过程示意图。
[0031]图17至图20是图1所示实施例的抓取物体可能情况的示意图，该手指在先耦合运动抓取物体且物体碰触中部指段之后，再运动远关节使得末端指段转动最后也碰触物体完成抓取。
[0032]图21和图22是图1所示实施例在被外界力量碰撞时的动作示意图，在该情况下，手指可以自由被拨动，无论哪个方向的敲击均可以被动适应，避免了因为不小心碰撞带来的损坏，该装置在碰撞之后可以自动恢复到原来的位置。
[0033]在图1至图22中:
[0034]1-基座，11-第一小滑轮，12-第二小滑轮，
[0035]2-中部指段，21-第一固定块，22-第三小滑轮，23-第四小滑轮，
[0036]3-末端指段，31-第二固定块，
[0037]4-近关节轴，41-第二簧件， 42-第一近关节滑轮，4