自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于擬人機(jī)器人手技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]人手對(duì)于人來說非常重要，與人一樣，機(jī)器人手對(duì)于擬人機(jī)器人來說同樣重要。機(jī)器人通過手部抓取工具開展工作，或者通過手部抓取物體進(jìn)行空間位移操作。機(jī)器人手作為擬人機(jī)器人的輸出終端，被越來越多的機(jī)器人研究者所重視。在機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域有兩大類機(jī)器人手:靈巧手和欠驅(qū)動(dòng)手，它們分別基于主動(dòng)控制和欠驅(qū)動(dòng)兩種不同的驅(qū)動(dòng)方式。靈巧手外形和動(dòng)作極似人手，可以在復(fù)雜控制算法和機(jī)構(gòu)的綜合作用下，靈活地完成人手所能完成的多數(shù)動(dòng)作，但是靈巧手價(jià)格昂貴，制造控制難度大，維護(hù)難度大。欠驅(qū)動(dòng)手可以自適應(yīng)抓取物體，控制難度小、維護(hù)簡單、裝置穩(wěn)定。
[0003]已有的一種氣動(dòng)式主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的多指多關(guān)節(jié)機(jī)器人手裝置(發(fā)明專利CN101402200A)，其中每個(gè)關(guān)節(jié)采用氣動(dòng)柔性驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)手指的彎曲。該裝置的不足之處為:該裝置由于采用氣力主動(dòng)驅(qū)動(dòng)各手指各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得該手體積大、質(zhì)量大、制造成本高、控制難度大，不能自適應(yīng)抓取物體，必須依賴很復(fù)雜的控制才能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸形狀物體的抓取。
[0004]已有一種氣動(dòng)式欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置(發(fā)明專利CN101733758B)，包括第一、二指段和欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)包括主動(dòng)滑塊、關(guān)節(jié)軸、兩個(gè)氣動(dòng)柔性件和簧件;主動(dòng)滑塊鑲嵌在第一指段中；關(guān)節(jié)軸套接在第一指段中，第二指段套固在關(guān)節(jié)軸上;第一氣動(dòng)柔性件設(shè)置在第一指段與主動(dòng)滑塊之間；第二氣動(dòng)柔性件設(shè)置在第一與第二指段之間；第一、第二氣動(dòng)柔性件通過第一指段通孔相通。
[0005]該裝置能夠在物體擠壓主動(dòng)滑塊的過程中，利用物體擠壓力通過氣動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)第二指段繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，該裝置在物體不擠壓主動(dòng)滑塊時(shí)，第二指段將回復(fù)伸直的初始狀態(tài)。由于該手指在抓取物體時(shí)需要支承面(如桌面)、其他手指、手掌或其他手配合才能實(shí)現(xiàn)手指彎曲，因此該裝置無法實(shí)施在抓取過程中反作用面撤銷的物體抓取，例如，該裝置不能實(shí)施對(duì)放在支承面上的物體的抓取:一個(gè)物體放置在桌面上，當(dāng)安裝在機(jī)械臂上的手指靠向物體，物體會(huì)擠壓主動(dòng)滑塊導(dǎo)致手指彎曲，但是當(dāng)機(jī)械臂離開桌面時(shí)，手指的彎曲不能保持，于是物體脫落，抓取失敗。
[0006]已有一種彎曲自鎖氣動(dòng)欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手指裝置(發(fā)明專利CN103659825A)，該裝置采用氣動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)效果;采用棘輪棘爪實(shí)現(xiàn)單向彎曲，防止在反作用面撤離或振動(dòng)干擾時(shí)物體松脫;采用電機(jī)解除棘爪對(duì)棘輪的約束，釋放物體。該裝置的不足之處在于，棘輪棘爪的鎖定是一種量化的鎖定，不能做到無級(jí)鎖定，鎖定的角度有限，為了降低最小的鎖定角度，需要制作模數(shù)很小的棘輪，棘輪的制造成本高，鎖定效果不理想。
[0007]上述兩種裝置僅實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)抓取，沒有耦合抓取效果，8卩:當(dāng)串聯(lián)兩個(gè)關(guān)節(jié)做成雙關(guān)節(jié)的手指時(shí)，缺少耦合聯(lián)動(dòng)的過程，導(dǎo)致抓取物體的動(dòng)作擬人性不高。手指在未碰觸物體前始終呈現(xiàn)伸直狀態(tài)，動(dòng)作和外觀與人手有較大差別，擬人化不夠，因?yàn)轳詈献ト⌒Ч谌耸值亩鄶?shù)抓取過程中是很常見的;此外，這兩種裝置的抓取方式主要為握持方式，難實(shí)現(xiàn)較好的末端捏持抓取效果;不能做到?jīng)]有物體抓取時(shí)，類似人手的握拳動(dòng)作;也難以做到末端指段捏持物體時(shí)各關(guān)節(jié)呈自然彎曲狀態(tài)。
[0008]上述三種裝置都是采用氣體作為傳動(dòng)介質(zhì)，存在不足:氣體容易被壓縮，動(dòng)作遲滯現(xiàn)象顯著，對(duì)關(guān)節(jié)的力鎖緊得不夠，手指在抓取、移動(dòng)物體時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)因振動(dòng)干擾而導(dǎo)致抓取失穩(wěn)現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置。該裝置實(shí)現(xiàn)先耦合轉(zhuǎn)動(dòng)而后再自適應(yīng)彎曲的功能，即能末端捏持也能自適應(yīng)包絡(luò)握持，并具有保持抓持力的功能，可以安裝到機(jī)械臂上，配合機(jī)械臂的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)實(shí)施反作用面撤離的物體抓取，也可防止在抓取過程中因?yàn)檎駝?dòng)干擾導(dǎo)致失穩(wěn)現(xiàn)象。
[0010]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0011]本發(fā)明所述一種自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座、第一指段、第二指段、近關(guān)節(jié)軸、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)、第一滑塊和第二滑塊;所述電機(jī)設(shè)置在基座中，所述電機(jī)的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入軸相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸相連;所述近關(guān)節(jié)軸套設(shè)在所述基座中，第一指段套固在近關(guān)節(jié)軸上，所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸套設(shè)在第一指段中，所述第二指段套固在所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸上;所述的第一滑塊鑲嵌在第一指段的第一滑槽中，第二滑塊鑲嵌在第一指段的第二滑槽中，所述的第一滑槽和第二滑槽平行，第一滑塊與第二滑塊相接觸;其特征在于:該自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置還包括簧件、第一柔性件、第二柔性件、第三柔性件、第四柔性件、單向電磁閥、第一流體和第二流體;所述第一指段中設(shè)置有下通孔和上通孔;所述第一柔性件、第三柔性件通過下通孔相通，所述第一流體被密封在第一柔性件、下通孔和第三柔性件中；所述第二柔性件、第四柔性件通過上通孔相通，所述第二流體被密封在第二柔性件、上通孔和第四柔性件中；所述簧件兩端分別連接第二滑塊和第一指段;所述單向電磁閥設(shè)置在上通孔處;所述單向電磁閥采用帶有復(fù)位簧件的、可電磁控制的常閉單向電磁閥；當(dāng)?shù)诙黧w從上通孔流向第二柔性件時(shí)單向電磁閥自然打開，反向則單向電磁閥關(guān)閉。
[0012]本發(fā)明所述自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第一柔性件、第二柔性件、第三柔性件和第四柔性件采用嵌簧絲波紋管。
[0013]本發(fā)明所述自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:所述第一流體采用液體;第二流體采用液體。
[0014]本發(fā)明所述所述自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，其特征在于:還包括線圈，所述第二流體采用磁流變液，所述線圈設(shè)置在第一指段中。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果:
[0016]該裝置利用流體傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了先耦合轉(zhuǎn)動(dòng)而后自適應(yīng)抓取的耦合自適應(yīng)抓取功能，當(dāng)手指碰觸物體前就呈現(xiàn)多關(guān)節(jié)耦合轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，非常擬人化，同時(shí)也有助于捏持方式抓取物體；當(dāng)手指碰觸物體后就采用一種多關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)的效果，具有對(duì)所抓取物體的大小尺寸自動(dòng)適應(yīng)的好處，同時(shí)有助于握持方式抓取物體;該裝置采用單向電磁閥獲得了自動(dòng)保持手指彎曲構(gòu)型的特性，即“自鎖”功能，具有保持抓持力的功能，該裝置可以安裝到機(jī)械臂上，配合機(jī)械臂的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)實(shí)施反作用面撤離的物體抓取，也可防止在抓取過程中因?yàn)檎駝?dòng)干擾導(dǎo)致的失穩(wěn);該裝置外形與人手的手指相似，可以作為擬人機(jī)器人手的一個(gè)手指或手指的一部分，達(dá)到擬人機(jī)器人手高關(guān)節(jié)自由度、高自適應(yīng)性的優(yōu)良效果。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例的側(cè)剖視圖。
[0018]圖2是圖1所不實(shí)施例(拆掉基座的如擋板)的正視圖。
[0019]圖3是圖1所示實(shí)施例(拆去基座的前擋板、右擋板和第一指段的右擋板)的正等軸測(cè)圖。
[0020]圖4是圖1所示實(shí)施例第一指段(拆去其右擋板)的軸測(cè)圖。
[0021]圖5是圖1所示實(shí)施例(不含簧件和第一流體、第二流體)的爆炸視圖。
[0022]圖6是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)耦合抓取過程的局部剖視圖。
[0023]圖7是圖1所示實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)抓取過程的局部剖視圖。
[0024]在圖1至圖7中:
[0025]1-基座，11-電機(jī)，12-第一齒輪，13-第二齒輪，
[0026]14-傳動(dòng)軸，15-第一帶輪，16-傳動(dòng)帶，17-第二帶輪，
[0027]2-第一指段，21-第一滑塊，22-第二滑塊，23-下通孔，
[0028]24-上通孔，25-單向電磁閥， 26-簧件，3_第二指段，
[0029]41-近關(guān)節(jié)軸， 51-遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸，61-第一柔性件， 62-第二柔性件，
[0030]63-第三柔性件，64-第四柔性件， 71-第一流體，72-第二流體，
[0031]8-線圈，9-物體。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過程。
[0033]本發(fā)明設(shè)計(jì)的自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置的一種實(shí)施例，如圖1、圖2、圖
3、圖4、圖5所示。本實(shí)施例一種自鎖流體聯(lián)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置，包括基座1、第一指段
2、第二指段3、近關(guān)節(jié)軸41、遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸51、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)11、第一滑塊21和第二滑塊22;所述電機(jī)11設(shè)置在基座1中，電機(jī)11的輸出軸與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入軸相連，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出軸與近關(guān)節(jié)軸41相連;所述近關(guān)節(jié)軸41套設(shè)在所述基座1中，第一指段2套固在近關(guān)節(jié)軸41上，所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸51套設(shè)在第一指段2中，所述第二指段3套固在所述遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸51上;所述的第一滑塊21鑲嵌在第一指段2的第一滑槽中，第二滑塊22鑲嵌在第一指段2的