宋志鵬 張蝶 呂夢圓

摘 要：傳統(tǒng)的平夾自適應(yīng)機(jī)器人手指裝置往往只具備平行夾持和自適應(yīng)抓取的功能，這些機(jī)器手雖能在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)被抓物體的形狀、尺寸，實(shí)現(xiàn)包絡(luò)、捏夾等抓取動(dòng)作，但是當(dāng)抓取平放的厚度較薄物體時(shí)，便會徹底喪失抓取能力。本文提出了一種雙面凸輪直線平夾自適應(yīng)手指裝置，以克服現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)的不足之處。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人手指；欠驅(qū)動(dòng)；雙面凸輪；直線平夾

0引言

機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)今科技發(fā)展的重要技術(shù)之一，其末端執(zhí)行裝置機(jī)器人手的結(jié)構(gòu)、功能也在不斷發(fā)展和完善。其中指爪式末端執(zhí)行器具備可完成任務(wù)多樣化的特征，既能對物體進(jìn)行抓取，也能對目標(biāo)進(jìn)行裝配、維修等操作，近年來發(fā)展迅速。

工業(yè)上有關(guān)自適應(yīng)抓取的研究雖有一定創(chuàng)新性，但均未對柔性抓取多種工件，即在不更換夾具類型下進(jìn)行工件的一對多裝夾有拓展研究，即使有一定的柔性探索，這些機(jī)器手雖能在一定程度上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適應(yīng)被抓物體的形狀、尺寸，實(shí)現(xiàn)包絡(luò)、捏夾等抓取動(dòng)作，如加拿大拉瓦爾大學(xué)研發(fā)出的Robotiq手。當(dāng)抓取平放的厚度較薄物體時(shí)，便會徹底喪失抓取能力，還未達(dá)到完全的自適應(yīng)。圖1為Robotiq手由于末端軌跡為弧線而無法抓取薄壁類零件的示意圖。

1直線平夾自適應(yīng)功能

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本文提出了一種新型的直線平夾自適應(yīng)欠驅(qū)動(dòng)手。該裝置具有多種抓取模式，既能用平夾捏持方式夾持物體，也能在第一指段接觸物體后轉(zhuǎn)動(dòng)第二指段去自適應(yīng)包絡(luò)物體，對不同形狀、尺寸的物體具有自適應(yīng)性；該裝置在平行夾持階段能夠達(dá)到第二指段末端沿直線精確運(yùn)動(dòng)，從而適應(yīng)在工作臺面上平行夾持抓取不同尺寸的物體，而無需調(diào)整機(jī)器人手整體的位置，降低了成本；采用單個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，無需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。圖2 為雙面凸輪直線平夾自適應(yīng)手指裝置結(jié)構(gòu)圖。

2直線平夾功能原理

裝置實(shí)現(xiàn)平夾功能時(shí)，有兩條傳動(dòng)路線。

首先分析實(shí)現(xiàn)直線平行夾持功能的傳動(dòng)路線1，由外部動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)輸入軸2，通過一對錐齒輪傳動(dòng)4，一組配合有張緊裝置的帶傳動(dòng)5，將動(dòng)力輸出。在初始條件下，手指部分的五桿機(jī)構(gòu)在彈簧6、限位突塊7的作用下，使得最左側(cè)的兩根桿“合二為一”，實(shí)際上作為一根桿存在，從而將五桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為了一個(gè)平行四邊形四桿機(jī)構(gòu)。在桿件的相互作用下，輸出2使得該四桿機(jī)構(gòu)中的第一指段10圍繞近關(guān)節(jié)軸11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，第二指段8相對于遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸9無相對運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平行夾持的功能。

接下來分析如何讓第二指段進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)直線平夾的功能。由外部動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)輸入軸2，通過一對圓柱齒輪的嚙合，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給雙面凸輪1。滾子 固定，當(dāng)雙面凸輪1旋轉(zhuǎn)時(shí)依靠與 接觸的下表面使自身被托起，同時(shí)其上表面可移動(dòng)的滾子 產(chǎn)生縱向的運(yùn)動(dòng)。滾子 線性驅(qū)動(dòng)輸出運(yùn)動(dòng)，即手指部分的整體抬升運(yùn)動(dòng)。在抓取過程中，隨著雙面凸輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)，手指部分的高度在不斷變化，從而消除了第二指段8因第一指段10做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的高度變化量。以此來實(shí)現(xiàn)在平行夾持過程中，第二指段8末端維持直線軌跡。此結(jié)構(gòu)可使雙面凸輪1輸出行程被放大，近似等于雙面凸輪1上下表面升高之和。雙面凸輪機(jī)構(gòu)使行程加倍，同時(shí)使壓力角減小為一般凸輪的一半。避免了采用立式凸輪抬升方案，凸輪徑向尺寸過大造成的裝置整體結(jié)構(gòu)龐大的問題。

在手指部分整體抬升過程中，為確保輸入的動(dòng)力可以順利傳入手指部分，因而設(shè)置了帶有張緊裝置的帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在實(shí)際結(jié)構(gòu)允許的條件下，推薦使張緊輪與傳動(dòng)帶的外環(huán)接觸，以增大傳動(dòng)輪的包角，使帶傳動(dòng)穩(wěn)定可靠。（圖2為使結(jié)構(gòu)易于表達(dá)，將張緊輪設(shè)置在了傳動(dòng)帶的外部）。

3自適應(yīng)功能原理

當(dāng)?shù)谝恢付?0接觸物體時(shí)，動(dòng)力仍不斷輸入，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使輸出2繼續(xù)，第一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，彈簧6發(fā)生變形，限位凸塊7不再接觸，第二連桿與第一連桿的夾角增加，此時(shí)第二連桿推動(dòng)第二指段8繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，直到第二指段8接觸物體，抓取結(jié)束，該過程對不同形狀、尺寸物體有適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)抓取效果。

4結(jié)束語

本文提出了一種雙面凸輪直線平夾自適應(yīng)手指裝置，并對功能原理進(jìn)行了較為詳盡的闡述。裝置整體構(gòu)造簡單，摩擦損耗小，效率高，較容易制造安裝。具以下抓取模式，（1）該裝置可以直線平動(dòng)第二指段，以平夾捏持方式夾持物體，對厚度較薄的物體有較強(qiáng)適應(yīng)性；（2）該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)握持物體，在第一指段接觸物體被阻擋后，第二指段自動(dòng)繞遠(yuǎn)關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，直到接觸物體，達(dá)到自適應(yīng)包絡(luò)握持物體的效果，對不同形狀、尺寸的物體具有自適應(yīng)性。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，抓取范圍廣，僅采用單個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)，無需復(fù)雜的傳感和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，適用于各種需要抓取不同物體的機(jī)器人。

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