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摘要：传统的平夹自适应机器人手指装置往往只具备平行夹持和自适应抓取的功能，这些机器手虽能在一定程度上实现自动适应被抓物体的形状、尺寸，实现包络、捏夹等抓取动作，但是当抓取平放的厚度较薄物体时，便会彻底丧失抓取能力。本文提出了一种凸轮直线平夹自适应手指装置，以克服现有装置结构的不足之处。
关键词：机器人手指；欠驱动；凸轮；直线平夹
0 引言
机器人技术是当今科技发展的重要技术之一，其末端执行装置机器人手的结构、功能也在不断发展和完善。其中指爪式末端执行器具备可完成任务多样化的特征，既能对物体进行抓取，也能对目标进行装配、维修等操作，近年来发展迅速。
工业上有关自适应抓取的研究虽有一定创新性，但均未对柔性抓取多种工件，即在不更换夹具类型下进行工件的一对多装夹有拓展研究，即使有一定的柔性探索，这些机器手虽能在一定程度上实现自动适应被抓物体的形状、尺寸，实现包络、捏夹等抓取动作，如加拿大拉瓦尔大学研发出的Robotiq手。当抓取平放的厚度较薄物体时，便会彻底丧失抓取能力，还未达到完全的自适应。图1为Robotiq手由于末端軌迹为弧线而无法抓取薄壁类零件的示意图。
1 直线平夹自适应功能
为克服现有技术的不足之处，本文提出了一种新型的直线平夹自适应欠驱动手。该装置具有多种抓取模式，既能用平夹捏持方式夹持物体，也能在第一指段接触物体后转动第二指段去自适应包络物体，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性；该装置在平行夹持阶段能够达到第二指段末端沿直线精确运动，从而适应在工作台面上平行夹持抓取不同尺寸的物体，而无需调整机器人手整体的位置，降低了成本；采用单个动力源驱动，无需复杂的传感和实时控制系统。图2为凸轮直线平夹自适应手指装置结构图。
2 直线平夹功能原理
抓取物体时，电机转动，通过传动机构带动第一传动轮和凸轮，通过柔性传动件使得第二传动轮转动，第一连杆转动；在初始状态下，由于限位凸块在第一簧件的作用下紧靠在第二连杆上，四边形ABCD为平行四边形，第二指段保持初始姿态相对于基座上部不变。同时，第一传动轮与凸轮转动，推动推杆移动，实现基座上部在基座下部的滑槽中直线滑动，使得基座上部第一指段及第二指段整体相对于基座下部作平动；上述两个运动的综合使得第二指段的末端呈现直线轨迹运动，即实现了直线平动夹持效果。
在平行抓取过程中，如图2所示，随着第一指段相对于基座上部的转动，第二指段相对于基座上部的高度将随着抓取进程的推进而不断变化，此时基座下部的凸轮将推动推杆使与推杆相连的基座上部整体位置发生变化，消除了因为第一指段转动带来的第二指段末端高度变化量，从而在平夹过程中实现第二指段直线轨迹平行夹持物体。
在上述过程中，张紧轮、第三簧件和张紧轮轴的相互配合，使得在基座上部被凸轮顶起的过程中，柔性传动件保持张紧，从而保证了在基座上部和基座下部相对运动时，第一传动轮的动力仍能传递到第二传动轮，带动第一连杆；第三簧件和基座下部的直线滑槽相互配合，保证了在基座上部被抬高的过程中，基座上部的推杆仍能与基座下部的凸轮保持接触，保证凸轮对基座上部的支撑作用，从而保证直线平动抓取效果。
当第一指段接触物体时，电机继续转动，通过传动机构带动第一传动轮，第二传动轮转动；第一连杆转动，第一簧件发生变形，第二连杆与第一连杆的夹角增加，此时第二连杆推动第二指段绕远关节轴转动，直到第二指段接触物体，抓取结束，该过程对不同形状、尺寸物体有适应性，实现了自适应抓取效果。
本手指释放物体时，电机反转，释放过程与上述抓取过程相反，不再赘述。
凸轮轮廓的尺寸与第二指段的长度、两个传动轮之间的传动比密切相关，三者尺寸的契合程度决定了手指直线平夹的效果。
3 结束语
本文提出了一种凸轮直线平夹自适应手指装置，并对功能原理进行了较为详尽的阐述。装置整体构造简单，摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。具以下抓取模式：
（1）该装置可以直线平动第二指段，以平夹捏持方式夹持物体，对厚度较薄的物体有较强适应性；
（2）该装置能够实现自适应握持物体，在第一指段接触物体被阻挡后，第二指段自动绕远关节轴转动，直到接触物体，达到自适应包络握持物体的效果，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性。该装置结构简单，制造成本低，抓取范围广，仅采用单个动力源驱动，无需复杂的传感和实时控制系统，适用于各种需要抓取不同物体的机器人。
参考文献：
[1]张文增，陈强，孙振国，等.一种自适应拟人手指抓持力分析与结构优化[J].机械设计与研究，2003，19（05）：16-19.
[2]梁达尧，张文增.平夹自适应欠驱动手的参数优化与稳定性分析[J].机器人，2017，39（03）：282-291.
[3]李义梅，梁伟东.LIPSA_L手_直线平夹自适应机器人手[J].机电工程技术，2017，46（08）：79-82.
关键词：机器人手指；欠驱动；凸轮；直线平夹
0 引言
机器人技术是当今科技发展的重要技术之一，其末端执行装置机器人手的结构、功能也在不断发展和完善。其中指爪式末端执行器具备可完成任务多样化的特征，既能对物体进行抓取，也能对目标进行装配、维修等操作，近年来发展迅速。
工业上有关自适应抓取的研究虽有一定创新性，但均未对柔性抓取多种工件，即在不更换夹具类型下进行工件的一对多装夹有拓展研究，即使有一定的柔性探索，这些机器手虽能在一定程度上实现自动适应被抓物体的形状、尺寸，实现包络、捏夹等抓取动作，如加拿大拉瓦尔大学研发出的Robotiq手。当抓取平放的厚度较薄物体时，便会彻底丧失抓取能力，还未达到完全的自适应。图1为Robotiq手由于末端軌迹为弧线而无法抓取薄壁类零件的示意图。
1 直线平夹自适应功能
为克服现有技术的不足之处，本文提出了一种新型的直线平夹自适应欠驱动手。该装置具有多种抓取模式，既能用平夹捏持方式夹持物体，也能在第一指段接触物体后转动第二指段去自适应包络物体，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性；该装置在平行夹持阶段能够达到第二指段末端沿直线精确运动，从而适应在工作台面上平行夹持抓取不同尺寸的物体，而无需调整机器人手整体的位置，降低了成本；采用单个动力源驱动，无需复杂的传感和实时控制系统。图2为凸轮直线平夹自适应手指装置结构图。
2 直线平夹功能原理
抓取物体时，电机转动，通过传动机构带动第一传动轮和凸轮，通过柔性传动件使得第二传动轮转动，第一连杆转动；在初始状态下，由于限位凸块在第一簧件的作用下紧靠在第二连杆上，四边形ABCD为平行四边形，第二指段保持初始姿态相对于基座上部不变。同时，第一传动轮与凸轮转动，推动推杆移动，实现基座上部在基座下部的滑槽中直线滑动，使得基座上部第一指段及第二指段整体相对于基座下部作平动；上述两个运动的综合使得第二指段的末端呈现直线轨迹运动，即实现了直线平动夹持效果。
在平行抓取过程中，如图2所示，随着第一指段相对于基座上部的转动，第二指段相对于基座上部的高度将随着抓取进程的推进而不断变化，此时基座下部的凸轮将推动推杆使与推杆相连的基座上部整体位置发生变化，消除了因为第一指段转动带来的第二指段末端高度变化量，从而在平夹过程中实现第二指段直线轨迹平行夹持物体。
在上述过程中，张紧轮、第三簧件和张紧轮轴的相互配合，使得在基座上部被凸轮顶起的过程中，柔性传动件保持张紧，从而保证了在基座上部和基座下部相对运动时，第一传动轮的动力仍能传递到第二传动轮，带动第一连杆；第三簧件和基座下部的直线滑槽相互配合，保证了在基座上部被抬高的过程中，基座上部的推杆仍能与基座下部的凸轮保持接触，保证凸轮对基座上部的支撑作用，从而保证直线平动抓取效果。
当第一指段接触物体时，电机继续转动，通过传动机构带动第一传动轮，第二传动轮转动；第一连杆转动，第一簧件发生变形，第二连杆与第一连杆的夹角增加，此时第二连杆推动第二指段绕远关节轴转动，直到第二指段接触物体，抓取结束，该过程对不同形状、尺寸物体有适应性，实现了自适应抓取效果。
本手指释放物体时，电机反转，释放过程与上述抓取过程相反，不再赘述。
凸轮轮廓的尺寸与第二指段的长度、两个传动轮之间的传动比密切相关，三者尺寸的契合程度决定了手指直线平夹的效果。
3 结束语
本文提出了一种凸轮直线平夹自适应手指装置，并对功能原理进行了较为详尽的阐述。装置整体构造简单，摩擦损耗小，效率高，较容易制造安装。具以下抓取模式：
（1）该装置可以直线平动第二指段，以平夹捏持方式夹持物体，对厚度较薄的物体有较强适应性；
（2）该装置能够实现自适应握持物体，在第一指段接触物体被阻挡后，第二指段自动绕远关节轴转动，直到接触物体，达到自适应包络握持物体的效果，对不同形状、尺寸的物体具有自适应性。该装置结构简单，制造成本低，抓取范围广，仅采用单个动力源驱动，无需复杂的传感和实时控制系统，适用于各种需要抓取不同物体的机器人。
参考文献：
[1]张文增，陈强，孙振国，等.一种自适应拟人手指抓持力分析与结构优化[J].机械设计与研究，2003，19（05）：16-19.
[2]梁达尧，张文增.平夹自适应欠驱动手的参数优化与稳定性分析[J].机器人，2017，39（03）：282-291.
[3]李义梅，梁伟东.LIPSA_L手_直线平夹自适应机器人手[J].机电工程技术，2017，46（08）：79-82.