本發(fā)明屬于仿人機(jī)器人領(lǐng)域,具體涉及面向被抓取物體多模式運(yùn)動的仿人手兩指抓取多模式機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù):
1、人手是大自然創(chuàng)造出的完美工具,在仿人形機(jī)器人領(lǐng)域,仿人靈巧手具有多個多關(guān)節(jié)手指,能夠適應(yīng)多種抓取和操作任務(wù),可以安裝在機(jī)械臂末端成為其靈巧的操作工具或作為人類義肢使用,具有重大的社會應(yīng)用價值。
2、現(xiàn)有技術(shù)僅對仿人手完成指尖抓取和包絡(luò)抓取物體展開了研究,圍繞仿人手抓取功能,設(shè)計不同關(guān)節(jié)數(shù)和驅(qū)動的仿人手,主要有為降低制造成本而設(shè)計的具有包絡(luò)抓取物體功能的少關(guān)節(jié)欠驅(qū)動仿人手和為實現(xiàn)精確抓取物體而設(shè)計的全驅(qū)動仿人靈巧手,具體來說,目前的機(jī)械仿人手操作的“手指”主要功能為穩(wěn)定地“夾持”預(yù)定物品至三維預(yù)定位置點(diǎn),通過機(jī)械臂或者第七軸將預(yù)定物品移動至預(yù)定的位置點(diǎn)。
3、但是上述操作方式操作方式在實施中暴露出如下不足:1、占用較大空間的機(jī)械臂或者第七軸不僅需要額外較大的空間及較大的能量供給,從而明顯不利于小空間工況的較佳實施、并且能源成本及空間成本均較高;2、機(jī)械臂或者第七軸為運(yùn)動機(jī)構(gòu),其也埋下了人身傷害的隱患;3、若需移動預(yù)定物品的移動路徑為多個時,需要較為復(fù)雜的軟件實現(xiàn),也使得成本提升。
4、以上仿人手設(shè)計未對仿人手協(xié)同操作物體的多模式運(yùn)動展開研究,仿人手不具備操作物體進(jìn)行多模式運(yùn)動功能,在不改變仿人手結(jié)構(gòu)的情況下,仿人手無法操作物體在多個預(yù)定的軌跡上運(yùn)動,為實現(xiàn)類人手對物體靈巧操作功能,仿人手應(yīng)能夠操作物體進(jìn)行多模式運(yùn)動。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供面向被抓取物體多模式運(yùn)動的仿人手兩指抓取多模式機(jī)構(gòu),能夠通過簡單的電機(jī)和連桿構(gòu)件實現(xiàn)仿人手協(xié)同操作物體的多模式運(yùn)動,無需通過機(jī)械臂即對預(yù)定物品簡易地實現(xiàn)多個移動路徑的移動操作,且能夠快速且便捷地在多模式間切換,即能快速且便捷地實現(xiàn)多個移動路徑。
2、為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案為:
3、面向被抓取物體多模式運(yùn)動的仿人手兩指抓取多模式機(jī)構(gòu),用于對預(yù)定物品進(jìn)行捏持,其特征在于,包括仿掌基架,第一指運(yùn)動鏈,包括相耦合的兩個近掌旋轉(zhuǎn)副,及多個對應(yīng)人指關(guān)節(jié)的第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,第一指運(yùn)動鏈通過近掌旋轉(zhuǎn)副耦合設(shè)置在仿掌基架上,并且多個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線具有至少兩個不同的延伸方向,第二指運(yùn)動鏈,包括多個對應(yīng)人指關(guān)節(jié)的第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,第二指運(yùn)動鏈通過一個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副與仿掌基架耦合,多個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線具有至少兩個不同的延伸方向,并且第一指運(yùn)動鏈的自由端和第二指運(yùn)動鏈的自由端通過相互靠近并分別壓緊預(yù)定物品的表面,從而對預(yù)定物品形成夾持,其中,將夾持有預(yù)定物品的第一指運(yùn)動鏈和第二指運(yùn)動鏈作為多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu),將第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及近掌旋轉(zhuǎn)副均作為機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)通過多個機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副的動作形成過渡模態(tài)姿態(tài)和多個捏持運(yùn)動模態(tài),當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)形成過渡模態(tài)姿態(tài)時,所有第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線的中心和至少一個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線的中心共線,并且至少一個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副和所有第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副均處于奇異位形,并且多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于奇異位形,當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)形成過渡模態(tài)姿態(tài)時,通過預(yù)定的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副的動作,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)在不同的兩個捏持運(yùn)動模態(tài)進(jìn)行切換,并且當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)以不同的捏持運(yùn)動模態(tài)運(yùn)行時,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式不同。
4、優(yōu)選地,本發(fā)明的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副均由驅(qū)動電機(jī)和設(shè)置在驅(qū)動電機(jī)的連桿構(gòu)件組成,并且相鄰兩個機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副通過連桿構(gòu)件耦合,位于第一指運(yùn)動鏈的自由端的連桿構(gòu)件和位于第二指運(yùn)動鏈的自由端的連桿構(gòu)件通過壓緊預(yù)定物品的表面,從而形成對預(yù)定物品的夾持。
5、進(jìn)一步地,多個近掌旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線具有兩個延伸方向,兩個延伸方向均水平延伸且相互垂直,多個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副和多個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線均具有兩個延伸方向,相鄰的兩個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向不同;相鄰的兩個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線的延伸方向不同。
6、更進(jìn)一步地,近掌旋轉(zhuǎn)副分別為第一指根旋轉(zhuǎn)副和第二指根旋轉(zhuǎn)副,第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的數(shù)量為三個,分別為第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的數(shù)量為三個,分別為第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,第一指根旋轉(zhuǎn)副設(shè)置在仿掌基座上,第一指根旋轉(zhuǎn)副和第二指根旋轉(zhuǎn)副的連桿構(gòu)件分別為第一指根連桿和第二指根連桿,第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副設(shè)置在第二指根連桿上,第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的連桿構(gòu)件分別為第一根關(guān)節(jié)連桿、第一中關(guān)節(jié)連桿以及第一末關(guān)節(jié)連桿,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副設(shè)置在仿掌基座上,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的連桿構(gòu)件分別為第二根關(guān)節(jié)連桿、第二中關(guān)節(jié)連桿以及第二末關(guān)節(jié)連桿,將第二指根旋轉(zhuǎn)副與第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副直線間隔距離擬合成仿掌間隔連桿,仿掌間隔連桿、第二指根連桿、第一根關(guān)節(jié)連桿、第一中關(guān)節(jié)連桿以及第二根關(guān)節(jié)連桿長度相等,第二中關(guān)節(jié)連桿等于第二根關(guān)節(jié)連桿的一半,并且當(dāng)?shù)谝荒╆P(guān)節(jié)連桿和第二末關(guān)節(jié)連桿夾持預(yù)定物品時且兩個關(guān)節(jié)連桿呈直線時,將預(yù)定物品在第一末關(guān)節(jié)連桿、第二末關(guān)節(jié)連桿之間占據(jù)的夾持間隔作為夾持長度,第一末關(guān)節(jié)連桿、第二末關(guān)節(jié)連桿以及夾持長度等于第二中關(guān)節(jié)連桿。
7、更進(jìn)一步地,捏持運(yùn)動模態(tài)為平面4r運(yùn)動模態(tài)、正交bricard運(yùn)動模態(tài)以及面對稱6r運(yùn)動模態(tài),當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于平面4r運(yùn)動模態(tài)時,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行平面連桿運(yùn)動,第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副均進(jìn)行轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)軸線互相平行且與運(yùn)動所在平面垂直,并且第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角均分別為第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角的函數(shù);當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于正交bricard運(yùn)動模態(tài)時,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行空間連桿運(yùn)動,第二指根旋轉(zhuǎn)副、第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副均進(jìn)行轉(zhuǎn)動,第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角相同,第二指根旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角相同,且第二指根旋轉(zhuǎn)副、第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角均分別為第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角的函數(shù);當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于面對稱6r運(yùn)動模態(tài)時,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行空間連桿運(yùn)動,第一末關(guān)節(jié)連桿與第一中關(guān)節(jié)連桿平行,第二指根旋轉(zhuǎn)副、第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副均進(jìn)行轉(zhuǎn)動,第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角等于第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角,第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角等于第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角,且第二指根旋轉(zhuǎn)副、第一根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第一中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二中關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及第二末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副均分別為第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
8、更進(jìn)一步地,處于過渡模態(tài)姿態(tài)的多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)與仿掌間隔連桿的整體具有平面三角形構(gòu)型,第二指根連桿和仿掌間隔連桿形成平面三角形的一條邊、第一根關(guān)節(jié)連桿和第一中關(guān)節(jié)連桿形成平面三角形的一條邊、第一末關(guān)節(jié)連桿、夾持長度、第二末關(guān)節(jié)連桿、第二中關(guān)節(jié)連桿以及第二根關(guān)節(jié)形成平面三角形的一條邊。
9、更進(jìn)一步地,當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)以平面4r運(yùn)動模態(tài)形成過渡模態(tài)姿態(tài)時,第二指根旋轉(zhuǎn)副沿第一預(yù)定旋向旋轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)诙父B桿與仿掌間隔連桿不共線時,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副沿第二預(yù)定旋向旋轉(zhuǎn),多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)由平面4r運(yùn)動模態(tài)切換為正交bricard運(yùn)動模態(tài);當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)以正交bricard運(yùn)動模態(tài)形成過渡模態(tài)姿態(tài)時,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副沿第二預(yù)定旋向逆向旋轉(zhuǎn),多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)由正交bricard運(yùn)動模態(tài)切換為平面4r運(yùn)動模態(tài);當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)以平面4r運(yùn)動模態(tài)形成過渡模態(tài)姿態(tài)時,驅(qū)動第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副旋轉(zhuǎn)使得第一末關(guān)節(jié)連桿與第一中關(guān)節(jié)連桿平行,從而多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)由過渡模態(tài)姿態(tài)切換成切換預(yù)模態(tài)姿態(tài),當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于切換預(yù)模態(tài)姿態(tài)時,第二指根旋轉(zhuǎn)副沿第一預(yù)定旋向旋轉(zhuǎn),當(dāng)?shù)诙父B桿與仿掌間隔連桿不共線時,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副沿第二預(yù)定旋向旋轉(zhuǎn),多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)由平面4r運(yùn)動模態(tài)切換為面對稱6r運(yùn)動模態(tài);
10、當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)以面對稱6r運(yùn)動模態(tài)形成切換預(yù)模態(tài)姿態(tài)時,第一末關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副逆向旋轉(zhuǎn)使得第一末關(guān)節(jié)連桿與第一中關(guān)節(jié)連桿呈一直線,從而形成過渡模態(tài)姿態(tài),當(dāng)多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)處于過渡模態(tài)姿態(tài)時,第二根關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副沿第二預(yù)定旋向逆向旋轉(zhuǎn),多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)即切換為平面4r運(yùn)動模態(tài)。
11、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
12、1.因為本發(fā)明的面向被抓取物體多模式運(yùn)動的仿人手兩指抓取多模式機(jī)構(gòu)包括仿掌基架、第一指運(yùn)動鏈以及第二指運(yùn)動鏈,第一指運(yùn)動鏈包括兩個近掌旋轉(zhuǎn)副及多個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,多個第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線具有至少兩個不同的延伸方向,第二指運(yùn)動鏈包括多個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副,多個第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副的旋轉(zhuǎn)軸線具有至少兩個不同的延伸方向,將夾持有預(yù)定物品的第一指運(yùn)動鏈和第二指運(yùn)動鏈作為多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu),將第一指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副、第二指關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)副以及近掌旋轉(zhuǎn)副均作為機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)通過多個機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副的動作形成過渡模態(tài)姿態(tài)和多個捏持運(yùn)動模態(tài),通過預(yù)定的機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)副的動作,多模態(tài)可切換連桿機(jī)構(gòu)在不同的兩個捏持運(yùn)動模態(tài)進(jìn)行切換,即一方面,面向被抓取物體多模式運(yùn)動的仿人手兩指抓取多模式機(jī)構(gòu)可減少機(jī)械臂空間大范圍、復(fù)雜運(yùn)動,可實現(xiàn)局部小區(qū)間的精準(zhǔn)操作;抓取機(jī)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計更為簡單有效;提高作業(yè)的安全性,降低了機(jī)械臂對人造成的碰撞傷害風(fēng)險;節(jié)能低碳減少耗能,適合空間有限的工作環(huán)境;另一方面,精確性高和靈活性強(qiáng),仿人手可以靈活通過機(jī)構(gòu)4r,bricard?6r,面對稱6r模式切換,精確實現(xiàn)被抓取物體多模式軌跡,包括4r平面連桿運(yùn)動軌跡,bricard6r空間連桿運(yùn)動軌跡,面對稱6r模式切換空間連桿運(yùn)動連桿軌跡;可按期望要求分別實現(xiàn)平面、空間特定曲線軌跡;也可改變抓取物體不同位置實現(xiàn)不同連桿點(diǎn)軌跡曲線。靈活性強(qiáng),適應(yīng)多品種小批量物體的操作,因此,本發(fā)明能夠通過簡單的電機(jī)和連桿構(gòu)件實現(xiàn)仿人手協(xié)同操作物體的多模式運(yùn)動,無需通過機(jī)械臂即對預(yù)定物品簡易地實現(xiàn)多個移動路徑的移動操作,且能夠快速且便捷地在多模式間切換,即能快速且便捷地實現(xiàn)多個移動路徑。