2，位置F2为锁定状态。
[0056]本实施例的第一拉绳件81和第二拉绳件91主要采用图12所示的实施方式。
[0057]本实施例的工作原理如图5、图6、图7、图8、图12、图13和图14所示，叙述如下:
[0058]图5至图7主要表达了该手指装置拉伸弯曲以及锁定的过程原理示意图。首先电机11开动，经减速器12、主动锥齿轮13、从动锥齿轮14和传动轴15带动第一绕线筒81转动，使得主腱绳I被拉紧，手指由弯曲状态被拉伸至伸直状态，准备抓取物体;接着电机11反向转动，使得第一绕线筒81跟着反向转动，此时主腱绳I被放松，第一关节簧件41和第二关节簧件42的弹性力使得手指逐渐弯曲；当主腱绳I被完全放松后，在没有抓取物体的情况下手指完全弯曲成握紧状态，此时电机11接着转动，第一绕线筒81此时带动第二绕线筒91转动，使得第一锁定腱绳2和第二锁定腱绳3同时被拉紧，各自的关节滑块分别与对应的摩擦块相接触挤压产生很强的静摩擦力，一次来锁定相应的关节，使得整个手指各相邻指段相对固定，可维持现有形状不变化；当放松第一锁定腱绳2和第二锁定腱绳3后，由于第一锁定簧件51和第二锁定簧件52的弹性力使得相应的关节滑块和摩擦块不再接触，以此便完成了解除锁定的过程。
[0059]图12表达了第二关节簧件42的具体所在位置的剖面示意图，在本实施例中，关节簧件为扭簧，其套设在第二关节轴32上，径向伸出的两部分一个部分与第三指段相连，另一部分与第二指段相连。初始状态下径向伸出的两部分互相垂直，使得手指呈弯曲形态，当主腱绳被完全拉紧后扭簧伸出的两部分共线，此时手指呈伸直形态。图8所示的是手指伸直时第二关节簧件所呈现的状态。第一关节簧件和图8中的第二类关节簧件情况类似。
[0060]图13和图14分别表达了手指在未锁定和锁定两种状态下的第二关节处的剖视图。当第二锁定腱绳3拉动第二关节滑块62沿着轴向运动时，使得第二关节滑块62和第二摩擦块72相互挤压接触。由于两者表面在本实施例中采用弹性材料，故两者会产生很强的静摩擦力，使得第二指段22和第三指段23很难接着互相转动，这样就形成了锁定关节的效果。
[0061]本实施例的工作过程如图15至图23所示，表达了本实施例的抓取不同形状、尺寸和重量的情况，具体叙述如下:
[0062]第一种情况如图15、图16、图17所示，为较小尺寸物体抓取过程。首先，拉动主腱绳I使手指伸直，接着移动手指使其靠近物体;放松主腱绳I，手指逐渐弯曲，第一指段21和第二指段22先后接触到物体以后，第一关节簧件不再回复，第一关节轴31停止转动；当第三指段23完全接触到物体后，整个手指装置便自适应地完成了抓取物体过程。由于物体的体积较小，质量较小，所以此时不需使用锁定功能也能实施稳定可靠的抓取任务。
[0063]第二种情况如图18、图19、图20所示，为不规则形状物体抓取过程。本情况的抓取过程与第一种情况基本类似，且物体也相对轻便小巧，可以使用锁定功能也可以不使用，两种选择都能达到较好的效果。
[0064]第三种情况如图21、图22、图23所示，为抓取重量较大物体并移动的过程。抓取过程与第一类基本相似，但在这种情况下需要使用锁定功能。当手指已经包络物体以后，接着放松主腱绳I;当主腱绳I完全放松后便可接着拉动第一锁定腱绳2和第一锁定腱绳3锁定两个关节。通过自适应抓取加多关节同步锁定两个过程，使得手指可以抓取较重物体，且抓取过程快速、稳定。
[0065]本发明装置利用单个电机、传动机构、关节滑块、摩擦块、腱绳和簧件综合实现自适应抓取和连续同步锁定多个关节的功能。该装置用于抓取物体，可以自动适应物体的形状、尺寸，适应能力强;抓取物体后可以采取锁定关节方式或不锁定方式，特别对不同材质、重量的物体具有很强的适应能力;抓取过程快速稳定，抓取后锁定关节，一方面防止手指回弹失稳，使得抓取物体时不会出现冲撞物体、挤跑物体;另一方面，可以提供较大的抓取力，锁定后的手指装置可近似看作一个刚体，其承载力方面能够更好地匹配与之相连的手臂装置，实施对比较沉重物体(比如行李箱)的提取;能够同步锁定多个关节;可锁定的关节角度是连续的;该装置结构简单，体积小，重量轻，控制容易，设计、制造、装配和维护成本低。
【主权项】
1.一种腱绳式侧向锁定联动自适应机器人手指装置，包括电机、减速器、传动机构、主腱绳、N个指段、N-1个关节轴、N-1个关节簧件、N-1个关节轮和第一拉绳件;所述电机与第一个指段固接，所述电机的输出轴和减速器的输入轴相连，所述减速器的输出轴和传动机构的输入端相连，所述传动机构的输出端和第一拉绳件相连;所述第一拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述主腱绳的一端与第一拉绳件相连，主腱绳的另一端与最后一个指段相连;所述主腱绳绕过所有关节轮，主腱绳穿过中间的所有指段;所述第i个关节轴套设在第i个指段中，所述第i+Ι个指段套接在第i个关节轴上，所述第i个关节轮套接在第i个关节轴上，所述第i个关节簧件的两端分别连接第i个指段和第i + Ι个指段;所述关节轴相互平行;其特征在于:该装置包括N-1个关节滑块、N-1个摩擦块、N-1个锁定腱绳、N-1个锁定簧件和第二拉绳件;所述关节轴设有沿轴线方向的中心孔，所述中心孔的中心线与相应关节轴的中心线重合;所述第i个关节滑块滑动镶嵌在第i个指段中，第i个关节滑块的滑动方向与第i个关节轴的轴线方向一致;所述第二拉绳件滑动或转动设置在第一指段中；所述第i个锁定腱绳穿过第i个关节轴的中心孔，第i个锁定腱绳的一端与第i个关节滑块相连，第i个锁定腱绳的另一端与第二拉绳件相连;所述第一拉绳件在放松主腱绳方向的运动过程中接触并推动第二拉绳件，使第二拉绳件向拉紧锁定腱绳的方向运动;所述第i个锁定簧件的两端分别连接第i个摩擦块和第i个关节滑块;所述第i个摩擦块固定在第i+Ι个指段上，所述第i个关节滑块与第i个摩擦块相接触或离开一段距离；其中，N为大于I的自然数，i为1、2……或N-1 ο2.如权利要求1所述腱绳式侧向锁定联动自适应机器人手指装置，其特征在于:还包括M个导管;所述导管为中空的柔性管;所述第j个导管的两端分别连接第j个指段与第一个指段，所述第j个导管的一侧端口与第j个关节轴的中心孔相通，所述第j个锁定腱绳穿过第j个导管;其中1为所述锁定腱绳的数量，j为1、2……或M。3.如权利要求1所述腱绳式侧向锁定联动自适应机器人手指装置，其特征在于:所述关节滑块和摩擦块中的任一者或两者采用弹性材料。4.如权利要求1所述腱绳式侧向锁定联动自适应机器人手指装置，其特征在于:所述关节滑块和摩擦块两者相接触的表面均为粗糙表面。
【专利摘要】腱绳式侧向锁定联动自适应机器人手指装置，属于机器人手技术领域，包括电机、减速器、传动机构、主腱绳、N个指段、N-1个关节轴、N-1个关节簧件、N-1个关节轮、第一拉绳件、N-1个关节滑块、N-1个摩擦块、N-1个锁定腱绳、N-1个锁定簧件和第二拉绳件，其中，N为大于1的自然数。该装置用于抓取物体，实现了自适应抓取和连续同步锁定多个关节的功能；抓取过程快速稳定，抓取后锁定关节，防止手指回弹失稳，可以提供较大的抓取力；能够同步锁定多个关节；可锁定的关节角度是连续的；该装置结构简单，体积小，重量轻，控制容易，设计、制造、装配和维护成本低。
【IPC分类】B25J15/00
【公开号】CN105619426
【申请号】CN201510868252
【发明人】李科, 张毅博, 森万·德尚-伯杰, 张文增, 徐向荣
【申请人】清华大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月1日