本發(fā)明總體上涉及具有線纜驅(qū)動手指的欠驅(qū)動手。特別地，本公開涉及具有自適應(yīng)抓握的線纜驅(qū)動機(jī)器人手和手指以及用于優(yōu)化線纜驅(qū)動機(jī)器人手和手指的各種設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化框架。
背景技術(shù)：
1、機(jī)器人可以被視為鏈或關(guān)節(jié)的集合，使得機(jī)器人能夠作出期望的運(yùn)動。每個關(guān)節(jié)使得相鄰的結(jié)構(gòu)或元件能夠相對于彼此移動。相鄰元件的運(yùn)動由與關(guān)節(jié)相關(guān)聯(lián)的一個或多個致動器驅(qū)動。計算機(jī)系統(tǒng)控制(一個或多個)致動器以實現(xiàn)期望的(一個或多個)運(yùn)動。
2、關(guān)節(jié)的設(shè)計限定了對應(yīng)相鄰元件的運(yùn)動范圍。此外，關(guān)節(jié)設(shè)計會影響要使用的致動器的數(shù)量和/或(一種或多種)類型以及(一個或多個)致動器的效率。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、由于各種原因，手和手指在機(jī)器人的部件中，當(dāng)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計參數(shù)時，它們呈現(xiàn)非常復(fù)雜和困難的技術(shù)挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)物體的自適應(yīng)和穩(wěn)定的抓握。自適應(yīng)性涉及手指或相應(yīng)關(guān)節(jié)基于與另一個物體接觸的地點和特性來適應(yīng)它們的位置和/或運(yùn)動的能力。穩(wěn)定性是指以物體不滑動或掉落的方式很好地抓握物體。第二技術(shù)挑戰(zhàn)是傳遞，或力或扭矩如何傳遞到手指的不同連桿或構(gòu)件。另一個技術(shù)挑戰(zhàn)是如何優(yōu)化或提高被施加到物體的力的效率。這些和其他技術(shù)挑戰(zhàn)使機(jī)器人手和手指的設(shè)計成為復(fù)雜的多維問題，并且需要新穎的技術(shù)來更接近人手的特性或能力。
2、在本公開中，描述了用于被配置成模仿人手和手指的機(jī)器人手和線纜驅(qū)動手指的系統(tǒng)和方法。特別地，本文描述的系統(tǒng)和方法提供了線纜驅(qū)動手指中線纜的新穎布線，以使得能夠更加自適應(yīng)、穩(wěn)定和有效地抓握物體。本文描述的纜線布線導(dǎo)致力和/或扭矩到手指的各種連桿或結(jié)構(gòu)的不同傳遞模式，并且使得一定范圍的運(yùn)動和/或位置能夠在一定程度上模擬人手指的運(yùn)動或位置。本文描述的手指是欠驅(qū)動的，其中單個致動器驅(qū)動手指的兩個關(guān)節(jié)。
3、在本公開中描述的系統(tǒng)和方法還提供了優(yōu)化和模擬框架，以實現(xiàn)增強(qiáng)的自適應(yīng)性、穩(wěn)定性和效率，尤其關(guān)于本文描述的用手和手指抓握物體。具體地，優(yōu)化和模擬框架使得能夠優(yōu)化本文描述的手指設(shè)計或手指系統(tǒng)的各種參數(shù)。
4、根據(jù)至少一個方面，機(jī)器人手系統(tǒng)可以包括手掌區(qū)域以及一個或多個手指，每個手指包括：致動器設(shè)備；相應(yīng)的近側(cè)構(gòu)件，該近側(cè)構(gòu)件具有機(jī)械地聯(lián)接到手掌區(qū)域機(jī)器人并且被配置成相對于手掌區(qū)域圍繞相應(yīng)的第一樞軸旋轉(zhuǎn)的第一端；相應(yīng)的遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件，該遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件具有機(jī)械地聯(lián)接到近側(cè)構(gòu)件的第二端并且被配置成相對于近側(cè)構(gòu)件圍繞相應(yīng)的第二樞軸旋轉(zhuǎn)的第一端；以及相應(yīng)的纜線，該纜線具有聯(lián)接到致動器的第一部分以及沿近側(cè)構(gòu)件和遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的第二部分，該第二部分與第一樞軸和第二樞軸分開并且具有尺寸大于纜線的直徑的端部，具有較大尺寸的端部被構(gòu)造成當(dāng)纜線被致動器拉動時接合遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件。
5、具有較大尺寸的端部可以在遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)浮動。在一些實施方式中，具有較大尺寸的端部包括封裝端或具有封裝插入件的端部中的至少一者。
6、每個手指可以包括至少部分地沿相應(yīng)的近側(cè)構(gòu)件和相應(yīng)的遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)，該相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)至少部分地容納相應(yīng)的纜線的第二部分。
7、相應(yīng)的線纜的第二部分的具有較大尺寸的端部可以被構(gòu)造成當(dāng)相應(yīng)的線纜被相應(yīng)的致動器拉動時接合相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)的凸緣結(jié)構(gòu)。
8、每個手指可以包括：相應(yīng)的第一扭轉(zhuǎn)彈簧，該相應(yīng)的第一扭轉(zhuǎn)彈簧圍繞相應(yīng)的第一樞軸放置；以及相應(yīng)的第二扭轉(zhuǎn)彈簧，該相應(yīng)的第二扭轉(zhuǎn)彈簧圍繞相應(yīng)的第二樞軸放置。
9、每個手指可以包括：相應(yīng)的磁體，該相應(yīng)的磁體被耦接到相應(yīng)的第一樞軸；以及相應(yīng)的霍爾效應(yīng)傳感器，該相應(yīng)的霍爾傳感器靠近相應(yīng)的磁體放置。在一些實施方式中，相應(yīng)的磁體包括圍繞相應(yīng)的第一樞軸放置的環(huán)形磁體。
10、每個手指可以包括：相應(yīng)的磁體，該相應(yīng)的磁體被耦接到相應(yīng)的第二樞軸；以及相應(yīng)的霍爾效應(yīng)傳感器，該相應(yīng)的霍爾效應(yīng)傳感器靠近相應(yīng)的磁體放置。
11、在相應(yīng)的線纜和相應(yīng)的第一樞軸之間的距離可以變化，和/或在相應(yīng)的線纜和相應(yīng)的第二樞軸之間的距離可以變化。
12、根據(jù)至少一個方面，手指設(shè)備可以包括：致動器設(shè)備；近側(cè)構(gòu)件，該近側(cè)構(gòu)件具有機(jī)械地聯(lián)接到基座構(gòu)件并且被配置成相對于基座構(gòu)件圍繞第一樞軸旋轉(zhuǎn)的第一端；遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件，該遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件具有機(jī)械地聯(lián)接到近側(cè)構(gòu)件的第二端并且被配置成相對于近側(cè)構(gòu)件圍繞第二樞軸旋轉(zhuǎn)的第一端；以及纜線，該纜線具有聯(lián)接到致動器的第一部分以及沿近側(cè)構(gòu)件和遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的第二部分，該第二部分與第一樞軸和第二樞軸分開并且具有尺寸大于纜線的直徑的端部，具有較大尺寸的端部被構(gòu)造成當(dāng)纜線被致動器拉動時接合遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件。
13、具有較大尺寸的端部可以在遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)浮動。
14、具有較大尺寸的端部包括封裝端或具有封裝插入件的端部中的至少一者。
15、手指設(shè)備可以包括至少部分地沿近側(cè)構(gòu)件和遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的通道結(jié)構(gòu)，該通道結(jié)構(gòu)至少部分地容納纜線的第二部分。
16、線纜的第二部分的具有較大尺寸的端部可以被構(gòu)造成當(dāng)相應(yīng)的線纜被相應(yīng)的致動器拉動時接合通道結(jié)構(gòu)的凸緣結(jié)構(gòu)。
17、手指設(shè)備還可以包括：第一扭轉(zhuǎn)彈簧，該第一扭轉(zhuǎn)彈簧圍繞第一樞軸放置；以及第二扭轉(zhuǎn)彈簧，該第二扭轉(zhuǎn)彈簧圍繞第二樞軸放的。
18、手指設(shè)備還可以包括：磁體，該磁體被耦接到第一樞軸；以及霍爾效應(yīng)傳感器，該霍爾效應(yīng)傳感器靠近磁體放置。在一些實施方式中，磁體包括圍繞第一樞軸放置的環(huán)形磁體。
19、在一些實施方式中，手指設(shè)備系統(tǒng)還包括：磁體，該磁體被耦接到第二樞軸；以及霍爾效應(yīng)傳感器，該霍爾效應(yīng)傳感器靠近磁體放置。
20、在纜線和第一樞軸之間的距離可以變化，和/或在纜線和第二樞軸之間的距離可以變化。
1.一種機(jī)器人手系統(tǒng)，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中具有較大尺寸的所述端部在所述遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)浮動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中具有較大尺寸的所述端部包括以下中的至少一個：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中每個手指包括至少部分地沿所述相應(yīng)的近側(cè)構(gòu)件和所述相應(yīng)的遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)，所述相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)至少部分地容納所述相應(yīng)的纜線的所述第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)的線纜的所述第二部分的具有較大尺寸的所述端部被構(gòu)造成當(dāng)所述相應(yīng)的線纜被所述相應(yīng)的致動器拉動時接合所述相應(yīng)的通道結(jié)構(gòu)的凸緣結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中每個手指包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中每個手指包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中所述相應(yīng)的磁體包括圍繞所述相應(yīng)的第一樞軸放置的環(huán)形磁體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，其中每個手指包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人手系統(tǒng)，在所述相應(yīng)的線纜和所述相應(yīng)的第一樞軸之間的距離變化，和/或在所述相應(yīng)的線纜和所述相應(yīng)的第二樞軸之間的距離變化。
11.一種手指設(shè)備，包括：
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的手指設(shè)備，其中具有較大尺寸的所述端部在所述遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)浮動。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的手指設(shè)備，其中具有較大尺寸的所述端部包括以下中的至少一個：
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述手指設(shè)備，還包括至少部分地沿所述近側(cè)構(gòu)件和所述遠(yuǎn)側(cè)構(gòu)件延伸的通道結(jié)構(gòu)，所述通道結(jié)構(gòu)至少部分地容納所述纜線的所述第二部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的手指設(shè)備，其中所述線纜的所述第二部分的具有較大尺寸的所述端部被構(gòu)造成當(dāng)所述相應(yīng)的線纜被所述相應(yīng)的致動器拉動時接合所述通道結(jié)構(gòu)的凸緣結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求q1所述的手指設(shè)備，還包括：
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的手指設(shè)備，還包括：
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的手指設(shè)備，其中所述磁體包括圍繞所述第一樞軸放置的環(huán)形磁體。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的手指設(shè)備系統(tǒng)，還包括：
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手指設(shè)備，在所述線纜和所述第一樞軸之間的距離變化，和/或在所述線纜和所述第二樞軸之間的距離變化。