齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置及控制方法與流程
2023-09-21 22:42:40
本發明屬於機器人手技術領域，特別涉及一種靈巧機器人手指裝置及其控制方法的設計。
背景技術：
機器人已經可以實現較多的操作功能，其大部分功能需要機器人手的操作來實現，因此手部結構的設計是機器人設計的關鍵技術。目前機器人手指分為靈巧手和欠驅動手兩類，它們各自有自身的優點，同時也有自身的不足之處。
現有靈巧手指的缺點是對所抓物體的形狀、大小沒有自動適應性，無法完成雙向抓取，故抓取範圍窄、抓取動作單一，需要經過大量的運動學和動力學的複雜計算，難以滿足非結構化環境下的可靠的魯棒抓取，並且還有成本昂貴、對操作人員要求高等不足，長期以來難以廣泛實用化。現有靈巧手的優點是抓取過程穩定，抓取力可控，傳動鏈短，靈活性高，穩定性高，可靠性高。
現有欠驅動手指的缺點是傳動鏈長，在傳動過程中會產生空程、間隙和丟步等問題，使手指抓取性能降低，使得當手指根部的第一指段施加於物體上的抓取力較小時，欠驅動手指不能工作，當第一指段抓取力較大時，欠驅動手指雖然能夠實現自適應抓取動作，但是會導致第二指段抓取力與第一指段抓取力相比非常小，且兩者呈某種比例，為了提高第二指段抓取力，不得不增加第一指段抓取力，但是過大的第一指段抓取力會擠壞物體，因此，對許多物體的抓取來說，欠驅動手指抓取方式很不理想，如利用齒輪傳動實現的欠驅動手指(CN1289269C)、利用連杆傳動實現的欠驅動手指(US5762390)這些技術方案都在不同程度上有上述的缺點和不足。現有欠驅動手指的優點是驅動器少，結構簡單，不需要進行大量運動學和動力學的複雜計算，不需要進行複雜編程，具有自動適應物體形狀、大小的特點。
技術實現要素：
本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供一種閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置及控制方法。該裝置綜合利用了靈巧手和欠驅動手的結構特點，獨創性地實現了雙向抓取功能，可以更好地實現平行夾持及自適應抓取的功能，能根據目標物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉動第二指段和第一指段自適應不同形狀、大小的物體。同時，該裝置抓取範圍大，抓取過程穩定，抓取力可控，傳動鏈短，對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。
一種齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，用於抓握物體，其特徵在於：包括基座、設置在該基座的上部的第一指段和第二指段、近關節軸、遠關節軸、設置在基座的下部的第一電機和第二電機、第一停抓傳感器、第二停抓傳感器、第一接觸傳感器、第二接觸傳感器、第一停放傳感器、第二停放傳感器、初位傳感器、控制模塊、驅動電機運轉的電機驅動模塊以及第一傳動機構、第二傳動機構、第一齒輪、第二齒輪、齒輪組，第一電機與基座的下部固定連接，第二電機與基座的下部固定連接且與第一電機並排設置，近關節軸的軸線與遠關節軸的軸線平行，控制模塊包括第一停放輸入端、第二停放輸入端、第一停抓輸入端、第二停抓輸入端、第一接觸輸入端、第二接觸輸入端、初位輸入端、電機驅動輸出端和復位端，近關節軸活動套設在基座中，遠關節軸活動套設在第一指段中，第一指段套接在近關節軸上，第二指段套接在遠關節軸上，第一傳動機構設置在基座中，第一電機的輸出軸與第一傳動機構的輸入端相連，第一傳動機構的輸出端套接在近關節軸的一端上，第二傳動機構設置在基座中且與第一傳動機構並排設置，第二電機的輸出軸與第二傳動機構的輸入端相連，第二傳動機構的輸出端活動套設在近關節軸上，第二傳動機構的輸出端與第一齒輪相連，第一齒輪活動套接在近關節軸上，第二齒輪套接在遠關節軸上，第二齒輪與第二指段固定連接，齒輪組安裝在第一指段中，包括至少一個齒輪或相嚙合的多個齒輪，齒輪組的輸入齒輪與第一齒輪嚙合，齒輪組的輸出齒輪與第二齒輪相嚙合，第一齒輪的傳動半徑與第二齒輪的傳動半徑相等。
本發明提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，控制模塊的復位端用於連接復位信號，控制模塊的電機驅動輸出端與電機驅動模塊的輸入端連接，電機驅動模塊的輸出端分別與第一電機、第二電機的引線連接，第一接觸傳感器的信號引出端與控制模塊的第一接觸輸入端連接，第一接觸傳感器固定安裝在第一指段的正向抓取面上用於採集所抓物體碰觸第一指段正向的信息，第二接觸傳感器的信號引出端與控制模塊的第二接觸輸入端連接，第二接觸傳感器固定安裝在第一指段的反向抓取面上用於採集所抓物體碰觸第一指段反向的信息，第一停抓傳感器的信號引出端與控制模塊的第一停抓輸入端連接，第一停抓傳感器固定安裝在第二指段的正向抓取面上用於採集所抓物體碰觸第二指段正向的信息，第二停抓傳感器的信號引出端與控制模塊的第二停抓輸入端連接，第二停抓傳感器固定安裝在第二指段的反向抓取面上用於採集所抓物體碰觸第二指段反向的信息，第一停放傳感器的信號引出端與控制模塊的第一停放輸入端連接，第一停放傳感器固定安裝在基座上用於採集第一指段相對於基座繞近關節軸正向轉動到某個設定角度的信息，第二停放傳感器的信號引出端與控制模塊的第二停放輸入端連接，第二停放傳感器固定安裝在基座上用於採集第一指段相對於基座繞近關節軸反向轉動到某個設定角度的信息，初位傳感器的信號引出端與控制模塊的初位輸入端連接，初位傳感器固定安裝在基座的中間板上用於採集第二指段與基座垂直位置的信息，控制模塊接收來自上述的傳感器的各種信號，並發送指令給電機驅動模塊來驅動第一電機、第二電機轉動，實現第一指段、第二指段的彎曲或伸直。
本發明提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，第一傳動機構包括第一減速器、第一錐齒輪、第二錐齒輪、過渡軸、第一帶輪、第二帶輪和第一傳動帶，第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸相連，第一錐齒輪套接固定在第一減速器的輸出軸上，第二錐齒輪套接固定在第一過渡軸上，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，第一過渡軸套設在基座中，第一帶輪套接固定在第一過渡軸上，第二帶輪套接固定在近關節軸上，第一傳動帶連接第一帶輪和第二帶輪，三者形成帶輪傳動關係。
本發明提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，第二傳動機構包括第二減速器、第三錐齒輪、第四錐齒輪、第二過渡軸、第三帶輪、第四帶輪和第二傳動帶，第二電機的輸出軸與第二減速器的輸入軸相連，第三錐齒輪套接固定在第二減速器的輸出軸上，第四錐齒輪套接固定在第二過渡軸上，第三錐齒輪與第四錐齒輪嚙合，第二過渡軸套設在基座中，第三帶輪套接固定在第一過渡軸上，第四帶輪活動套接在近關節軸上，第二傳動帶連接第三帶輪和第四帶輪，三者形成帶輪傳動關係。
本發明提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，第一接觸傳感器、第二接觸傳感器、第一停抓傳感器、第二停抓傳感器、第一停放傳感器、第二停放傳感器以及初位傳感器為採用多個基本傳感器呈陣列布置而得到的傳感器組合，基本傳感器為位移傳感器、壓力傳感器以及力矩傳感器中的任意一種。
本發明提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，還可以具有這樣的特徵，其特徵在於：其中，控制模塊採用計算機、PLD、CPLD、PLC、單片機、DSP和FPGA中的一種或幾種的組合，控制模塊內含有A/D轉換電路。
本發明還提供一種齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置的控制方法，其特徵在於，具有以下步驟：
1)、令復位標誌位為R，令第一停抓標誌位為A，令第二停抓標誌位為B，令第一接觸標誌位為C，令第二接觸標誌位為D，令第一停放標誌位為E，令第二停放標誌位為F，令初位標誌位為G，開始時，令復位標誌位R＝0；
2)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓傳感器的第一停抓信號，則令第一停抓標誌位A＝1，否則令停抓標誌位A＝0；
3)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓傳感器的第二停抓信號，則令第二停抓標誌位B＝1，否則令停抓標誌位B＝0；
4)、當控制模塊的第一接觸輸入端接收到第一接觸傳感器的第一接觸信號，則令第一接觸標誌位C＝1，否則令第一接觸標誌位C＝0；
5)、當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸傳感器的第二接觸信號，則令第二接觸標誌位D＝1，否則令第二接觸標誌位D＝0；
6)、當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放傳感器的第一停放信號，則令第一停放標誌位E＝1，否則令停放標誌位E＝0；
7)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放傳感器的第二停放信號，則令第二停放標誌位F＝1；否則令停放標誌位F＝0；
8)、當控制模塊的初位輸入端接收到初位傳感器的初位信號，則令初位標誌位G＝1，否則令停放標誌位G＝0，
9)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，則令復位標誌位R＝1，並進行步驟11)，否則進行步驟10)；
10)、當控制模塊的第一接觸輸入端接收到第一接觸信號，即第一接觸標誌位C＝1，則進行步驟12)，否則進行步驟13)；
11)、當控制模塊的初位輸入端接收到初位信號，即初位標誌位G＝1，則進行步驟25)，否則進行步驟26)；
12)、控制模塊控制第一電機停轉，當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟23)；
13)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟12)，否則進行步驟14)；
14)、當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放信號，即第一停放標誌位E＝1，則進行步驟15)，否則進行步驟16)；
15)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機正轉，使得第一指段繞近關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟17)，否則進行步驟18)；
16)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機反轉，使得第一指段繞近關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟10)，否則進行步驟11)；
17)、控制模塊控制第一電機停轉，當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟24)；
18)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟17)；否則進行步驟19)；
19)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放信號，即第二停放標誌位F＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟21)；
20)、控制模塊控制第一電機停轉，進行步驟1)；
21)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟15)；
22)、控制模塊控制第二電機停轉，進行步驟1)；
23)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機反轉，使得第二指段繞遠關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟12)；
24)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機正轉，使得第二指段繞遠關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟25)；
25)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟24)；
26)、控制模塊控制第二電機停轉，當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟30)；否則進行步驟31)；
27)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟28)，否則進行步驟29)；
28)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機正轉，使得第二指段繞遠關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟27)，否則進行步驟10)；
29)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機反轉，使得第二指段繞遠關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟10)；
30)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機反轉，使得第一指段繞近關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放信號，即第一停放標誌位E＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟33)；
31)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放信號，即第二停放標誌位F＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟32)；
32)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機正轉，使得第一指段繞近關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟34)，否則進行步驟10)；
33)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟34)，否則進行步驟10)；
34)、當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟30)；否則進行步驟31)；
35)、當控制模塊接收到關機信號時，結束，否則進行步驟1)。
發明作用與效果
根據本發明所提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，由於利用雙電機驅動、柔性傳動件、多傳感器反饋信號、控制模塊和自適應抓取的控制方法，獨創性地實現了雙向抓取功能，並通過採集物體接觸或離開手指的信息，綜合實現了對不同形狀和大小的物體進行平行夾持、感知及自適應的自動抓取功能。
該裝置與傳統欠驅動手指相比，抓取效果更優，第一指段、第二指段對物體的抓取力是相互獨立的，便於穩定抓取，抓取力可控，傳動鏈短，從而減少了傳動間隙和控制死區，抓取過程更穩定，適應範圍更廣。
該裝置與傳統的主動控制靈巧手指相比，不僅具有獨創性的雙向抓取功能，還具有平行夾持和自適應抓取的優點，在對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。利用該裝置可以實現高靈巧自由度、高自適應、低控制難度和高可靠性的機器人手。
所以，本發明所提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，綜合利用了靈巧手和欠驅動手的結構特點，獨創性地實現了雙向抓取功能，可以更好地實現平行夾持及自適應抓取的功能，能根據目標物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉動第二指段和第一指段自適應不同形狀、大小的物體。同時，該裝置抓取範圍大，抓取過程穩定，抓取力可控，傳動鏈短，對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。
附圖說明
圖1是本發明設計的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置的立體示意圖；
圖2是圖1的正視圖；
圖3是圖1所示實施例的側視圖；
圖4是圖2的A-A剖視圖；
圖5是圖2的B-B剖視圖；
圖6是圖1從一個角度觀察的內部立體視圖(部分零件未畫出)；
圖7是圖1的正面外觀圖(未畫出基座前板、基座表面板、第一指段前板、第一觸發傳感器)；
圖8是圖1在第二指段保持與基座垂直時，第四帶輪與基座中間板相對位置示意圖，其中a是側視圖，b是a的C-C向剖視圖；
圖9是圖1在第二指段正向自適應抓取時，第四帶輪與基座中間板相對位置示意圖，其中a是側視圖，b是a的D-D向剖視圖；
圖10是圖1在第二指段反向自適應抓取時，第四帶輪與基座中間板相對位置示意圖，其中a是側視圖，b是a的E-E向剖視圖；
圖11是圖1中的電路連接原理示意圖；
圖12是本發明提供的採用閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置的控制方法的流程圖；
圖13是圖1所示實施例的爆炸視圖；
圖14至圖17是圖1所示實施例在進行正向平行夾持過程的示意圖；
圖18至圖22是圖1所示實施例在進行正向自適應抓取過程的示意圖；
圖23至圖29是圖1所示實施例在進行反向自適應抓取過程的示意圖；以及
圖30至圖35是圖1所示實施例在進行反向平行夾持過程的示意圖。
在圖1至圖35中：
1－基座，111－基座前板，112－基座後板，13－基座左側板，114－基座右側板，115－基座表面板，116－基座底板，117－基座中間板；
2－第一指段，221－第一指段左側板，222－第一指段中間板，223－第一指段右側板，224－第一指段前板，225－第一指段後板，226－第一指段骨板；
3－第二指段；4－近關節軸；5－遠關節軸；6－第一齒輪；7－第二齒輪；
8－齒輪組，82－過渡軸，83－軸承，84－套筒，85－螺釘，86－銷釘；
121－控制模塊，122－電機驅動模塊；
14－第一電機，141－第一減速器，142－第一錐齒輪，143－第二錐齒輪，144－第一過渡軸，145－第一帶輪，146－第二帶輪，147－第一傳動帶；
15－第二電機，151－第二減速器，152－第三錐齒輪，153－第四錐齒輪，154－第二過渡軸，155－第三帶輪，156－第四帶輪，157－第二傳動帶；
161-第一停抓傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，162-第二停抓傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，163-第一觸發傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，164-第二觸發傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，165-第一停放傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，166-第二停放傳感器(此實施例採用壓力傳感器)，167-初位傳感器(此實施例採用壓力傳感器)。
17－物體。
具體實施方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，以下實施例結合附圖對本發明的閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置的結構、原理、控制方法、技術效果作具體闡述。
實施例
本發明設計的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置的一個實施例，如圖1至圖12所示，包括基座1、第一指段2、第二指段3、近關節軸4、遠關節軸5、第一電機14、第二電機15、第一停抓傳感器161、第二停抓傳感器162、第一接觸傳感器163、第二接觸傳感器164、第一停放傳感器165、第二停放傳感器166、初位傳感器167、控制模塊121、電機驅動模塊122以及第一傳動機構、第二傳動機構、第一齒輪6、第二齒輪7、齒輪組8。
第一電機14與基座1固定連接，第二電機15與基座1也固定連接，近關節軸4的軸線與遠關節軸5的軸線平行。
控制模塊121包括第一停放輸入端、第二停放輸入端、第一停抓輸入端、第二停抓輸入端、第一接觸輸入端、第二接觸輸入端、初位輸入端、電機驅動輸出端和復位端。
近關節軸4活動套設在基座1中，遠關節軸5活動套設在第一指段2中。
第一指段2套接在近關節軸4上，第二指段3套接在遠關節軸5上。
第一傳動機構設置在基座1中，第一電機14的輸出軸與第一傳動機構的輸入端相連，第一傳動機構的輸出端套接在近關節軸4上。
第二傳動機構設置在基座1中，第二電機15的輸出軸與第二傳動機構的輸入端相連，第二傳動機構的輸出端活動套設在近關節軸4上。
第二傳動機構的輸出端與第一齒輪6相連，第一齒輪6活動套接在近關節軸4上，第二齒輪7套接在遠關節軸5上，第二齒輪7與第二指段3固接。
齒輪組8安裝在第一指段2中，齒輪組8包括至少一個齒輪或相嚙合的多個齒輪，齒輪組8的輸入齒輪與第一齒輪6嚙合，齒輪組8的輸出齒輪與第二齒輪7相嚙合。
第一齒輪6的傳動半徑與第二齒輪8的傳動半徑相等；定義向外抓取物體17的一側為該齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置的正向，相對的另一側即向內抓取物體17的那一側為該裝置的反向。
本實施例中，控制模塊121的復位端連接復位信號。
控制模塊121的電機驅動輸出端與電機驅動模塊122的輸入端連接，電機驅動模塊122的輸出端分別與第一電機14、第二電機15的引線連接。
第一接觸傳感器163的信號引出端與控制模塊121的第一接觸輸入端連接。第一接觸傳感器163固定安裝在第一指段2的正向抓取面上，採集所抓物體17碰觸第一指段2正向的信息。
第二接觸傳感器164的信號引出端與控制模塊121的第二接觸輸入端連接。第二接觸傳感器164固定安裝在第一指段2的反向抓取面上，採集所抓物17體碰觸第一指段2反向的信息。
第一停抓傳感器161的信號引出端與控制模塊121的第一停抓輸入端連接。的第一停抓傳感器161固定安裝在第二指段3的正向抓取面上，採集所抓物體17碰觸第二指段3正向的信息。
第二停抓傳感器162的信號引出端與控制模塊121的第二停抓輸入端連接，的第二停抓傳感器162固定安裝在第二指段3的反向抓取面上，採集所抓物體17碰觸第二指段3反向的信息。
第一停放傳感器165的信號引出端與控制模塊121的第一停放輸入端連接，第一停放傳感器165固定安裝在基座1上，採集第一指段2相對於基座1繞近關節軸4正向轉動到某個設定角度的信息。
第二停放傳感器166的信號引出端與控制模塊121的第二停放輸入端連接，第二停放傳感器166固定安裝在基座1上，採集第一指段2相對於基座1繞近關節軸4反向轉動到某個設定角度的信息。
初位傳感器167的信號引出端與控制模塊121的初位輸入端連接。的初位傳感器167固定安裝在基座1中間板上，採集第二指段3與基座1垂直位置的信息。
控制模塊121運行控制程序，利用來自傳感器的各種信號，發出指令通過電機驅動模塊122驅動電機轉動，實現彎曲或伸直手指的功能。
本實施例中，第一傳動機構包括第一減速器141、第一錐齒輪142、第二錐齒輪143、過渡軸144、第一帶輪145、第二帶輪146和第一傳動帶147。
第一電機14的輸出軸與第一減速器141的輸入軸相連，第一錐齒輪142套固在第一減速器141的輸出軸上，第二錐齒輪143套固在第一過渡軸144上，第一錐齒輪142與第二錐齒輪143嚙合。
第一過渡軸144套設在基座1中，第一帶輪145套固在第一過渡軸144上，第二帶輪146套固在近關節軸4上，第一傳動帶147連接第一帶輪145和第二帶輪146，第一傳動帶147、第一帶輪145和第二帶輪147形成帶輪傳動關係，傳動帶呈「O」字形。
本實施例中，第二傳動機構包括第二減速器151、第三錐齒輪152、第四錐齒輪153、第二過渡軸154、第三帶輪155、第四帶輪156和第二傳動帶157。
第二電機15的輸出軸與第二減速器151的輸入軸相連，第三錐齒輪152套固在第二減速器151的輸出軸上，第四錐齒輪153套固在第二過渡軸154上，第三錐齒輪152與第四錐齒輪153嚙合。
第二過渡軸154套設在基座1中，第三帶輪155套固在第一過渡軸154上，第四帶輪156活動套接在近關節軸4上，第二傳動帶157連接第三帶輪155和第四帶輪156，第二傳動帶157、第三帶輪155和第四帶輪156形成帶輪傳動關係，傳動帶呈「O」字形。
本實施例中，的第一接觸傳感器163、第二接觸傳感器164、第一停抓傳感器161、第二停抓傳感器162、第一停放傳感器165、第二停放傳感器166和初位傳感器167採用多個位移傳感器、壓力傳感器或力矩傳感器且呈陣列布置而得到的傳感器組合。
本實施例中，的控制模塊121採用計算機、PLD、CPLD、PLC、單片機、DSP和FPGA中一種或幾種的組合，控制模塊121內含有A/D轉換子模塊。
本實施例中，本發明提供的一種採用如權利要求1閉環柔性件雙向感知自適應機器人手指裝置的控制方法，如圖12所示，包括如下步驟：
1)、令復位標誌位為R，令第一停抓標誌位為A，令第二停抓標誌位為B，令第一接觸標誌位為C，令第二接觸標誌位為D，令第一停放標誌位為E，令第二停放標誌位為F，令初位標誌位為G，開始時，令復位標誌位R＝0；
2)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓傳感器的第一停抓信號，則令第一停抓標誌位A＝1，否則令停抓標誌位A＝0；
3)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓傳感器的第二停抓信號，則令第二停抓標誌位B＝1，否則令停抓標誌位B＝0；
4)、當控制模塊的第一接觸輸入端接收到第一接觸傳感器的第一接觸信號，則令第一接觸標誌位C＝1，否則令第一接觸標誌位C＝0；
5)、當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸傳感器的第二接觸信號，則令第二接觸標誌位D＝1，否則令第二接觸標誌位D＝0；
6)、當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放傳感器的第一停放信號，則令第一停放標誌位E＝1，否則令停放標誌位E＝0；
7)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放傳感器的第二停放信號，則令第二停放標誌位F＝1；否則令停放標誌位F＝0；
8)、當控制模塊的初位輸入端接收到初位傳感器的初位信號，則令初位標誌位G＝1，否則令停放標誌位G＝0；
9)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，則令復位標誌位R＝1，並進行步驟11)，否則進行步驟10)；
10)、當控制模塊的第一接觸輸入端接收到第一接觸信號，即第一接觸標誌位C＝1，則進行步驟12)，否則進行步驟13)；
11)、當控制模塊的初位輸入端接收到初位信號，即初位標誌位G＝1，則進行步驟25)，否則進行步驟26)；
12)、控制模塊控制第一電機停轉，當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟23)；
13)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟12)，否則進行步驟14)；
14)、當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放信號，即第一停放標誌位E＝1，則進行步驟15)，否則進行步驟16)；
15)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機正轉，使得第一指段繞近關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟17)，否則進行步驟18)；
16)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機反轉，使得第一指段繞近關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟10)，否則進行步驟11)；
17)、控制模塊控制第一電機停轉，當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟24)；
18)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟17)；否則進行步驟19)；
19)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放信號，即第二停放標誌位F＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟21)；
20)、控制模塊控制第一電機停轉，進行步驟1)；
21)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟15)；
22)、控制模塊控制第二電機停轉，進行步驟1)；
23)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機反轉，使得第二指段繞遠關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟12)；
24)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機正轉，使得第二指段繞遠關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟25)；
25)、當控制模塊的第二停抓輸入端接收到第二停抓信號，即第二停抓標誌位B＝1，則進行步驟22)，否則進行步驟24)；
26)、控制模塊控制第二電機停轉，當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟30)；否則進行步驟31)；
27)、當控制模塊的第一停抓輸入端接收到第一停抓信號，即第一停抓標誌位A＝1，則進行步驟28)，否則進行步驟29)；
28)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機正轉，使得第二指段繞遠關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟27)，否則進行步驟10)；
29)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第二電機反轉，使得第二指段繞遠關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟11)，否則進行步驟10)；
30)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機反轉，使得第一指段繞近關節軸向反向轉動一個小角度，當控制模塊的第一停放輸入端接收到第一停放信號，即第一停放標誌位E＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟33)；
31)、當控制模塊的第二停放輸入端接收到第二停放信號，即第二停放標誌位F＝1，則進行步驟20)，否則進行步驟32)；
32)、在預定的小時間段⊿t內，控制模塊驅動第一電機正轉，使得第一指段繞近關節軸向正向轉動一個小角度，當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟34)，否則進行步驟10)；
33)、當控制模塊的復位端接收到復位信號，即復位標誌位R＝1，則進行步驟34)，否則進行步驟10)；
34)、當控制模塊的第二接觸輸入端接收到第二接觸信號，即第二接觸標誌位D＝1，則進行步驟30)；否則進行步驟31)；
35)、當控制模塊接收到關機信號時，結束，否則進行步驟1)。
下面結合附圖圖11、圖12及圖14至圖35來具體說明本實施例的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置夾取不同物體時的不同模式：
1)正向平行夾持抓取模式；
2)正向先平行夾持，再自適應抓取模式；
3)反向平行夾持抓取模式；
4)反向先平行夾持，再自適應抓取模式；
的詳細過程，敘述如下：
圖14至圖17是圖1所示實施例在進行正向平行夾持過程的示意圖。
本實施例的初始位置為手指向內收緊的狀態，如圖14所示，此時第二指段3相對於基座1呈伸直狀態，第一指段2相對於基座1呈水平狀態。
當使用本實施例正向平行夾持物體17時(即正向平行夾持抓取模式)，如圖14至圖17所示，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14正向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線正向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第二指段3接觸到物體17，第二指段3表面的第一停抓傳感器161將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14停轉，完成正向平行夾持過程。
圖18至圖22是圖1所示實施例在進行正向自適應抓取過程的示意圖。
當使用本實施例正向先平行夾持，再自適應抓取物體17時(即正向先平行夾持，再自適應抓取模式)，如圖18至圖22所示，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14正向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線正向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第一指段2接觸到物體17，第一指段2表面的第一接觸傳感器163將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14停轉，並使第二電機15正向轉動，通過第二傳動機構，帶動第二指段3繞著遠關節軸5的軸線正向轉動一個角度。此時，即第一指段2停住，第二電機15驅動第二指段3向物體17靠近，當第二指段3接觸到物體17時，第二指段3表面的第一停抓傳感器161將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第二電機15停轉，即第二指段3停住，完成正向先平行夾持，再自適應抓取過程。
圖23至圖29是圖1所示實施例在進行反向自適應抓取過程的示意圖。
當使用本實施例反向先平行夾持，再自適應抓取物體17時(即反向平行夾持抓取模式)，如圖23至圖29所示，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14正向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線正向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第一指段2到達正向極限位置時，第一停放傳感器165將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第第一電機14反向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線反向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第一指段2接觸到物體17，第一指段2表面的第二接觸傳感器164將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14停轉，並使第二電機15反向轉動，通過第二傳動機構，帶動第二指段3繞著遠關節軸5的軸線反向轉動一個角度。此時，即第一指段2停住，第二電機15驅動第二指段3向物體17靠近，當第二指段3接觸到物體17時，第二指段3表面的第二停抓傳感器162將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第二電機15停轉，即第二指段3停住，完成反向先平行夾持，再自適應抓取過程。
圖30至圖35是圖1所示實施例在進行反向平行夾持過程的示意圖。
當使用本實施例反向平行夾持物體17時(即反向先平行夾持，再自適應抓取模式)，如圖30至圖35所示，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14正向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線正向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第一指段2到達正向極限位置時，第一停放傳感器165將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第第一電機14反向轉動，通過第一傳動機構，帶動第一指段2繞著近關節軸4的軸線反向轉動一個角度，此時第二指段3保持與初始狀態相平行的姿態靠近物體17，當第二指段3接觸到物體17，第二指段3表面的第二停抓傳感器162將接受到信號，通過控制模塊121和電機驅動模塊122使第一電機14停轉，完成反向平行夾持過程。
當使用本實施例放開物體17時，本實施例可自動檢測當前位置狀態，然後通過控制模塊121和電機驅動模塊122驅動第一電機14和第二電機15轉動，使得手指逐漸遠離物體17從而實現手指恢復初始位置，具體過程與抓取過程類似。
此外，在某些情況下，根據需要可以採用復位信號進行手指裝置的復位，手指將轉動到初始位置。
實施例的作用和有益效果
根據本實施例所提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，由於利用雙電機驅動、柔性傳動件、多傳感器反饋信號、控制模塊和自適應抓取的控制方法，獨創性地實現了雙向抓取功能，並通過採集物體接觸或離開手指的信息，綜合實現了對不同形狀和大小的物體進行平行夾持、感知及自適應的自動抓取功能。
該裝置與傳統欠驅動手指相比，抓取效果更優，第一指段、第二指段對物體的抓取力是相互獨立的，便於穩定抓取，抓取力可控，傳動鏈短，從而減少了傳動間隙和控制死區，抓取過程更穩定，適應範圍更廣。
該裝置與傳統的主動控制靈巧手指相比，不僅具有獨創性的雙向抓取功能，還具有平行夾持和自適應抓取的優點，在對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。利用該裝置可以實現高靈巧自由度、高自適應、低控制難度和高可靠性的機器人手。
所以，本實施例所提供的齒輪傳動雙向平夾感知自適應機器人手指裝置，綜合利用了靈巧手和欠驅動手的結構特點，獨創性地實現了雙向抓取功能，可以更好地實現平行夾持及自適應抓取的功能，能根據目標物體形狀和位置的不同，既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉動第二指段和第一指段自適應不同形狀、大小的物體。同時，該裝置抓取範圍大，抓取過程穩定，抓取力可控，傳動鏈短，對不同物體抓取時無需重新編程，使用簡單方便。