順從欠促動(dòng)抓緊器的制造方法
【專利說(shuō)明】順從欠促動(dòng)抓緊器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)要求2012年11月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/724，506、2012年11月9日提交的N0.61/724，512，以及2012年11月9日提交的N0.61/724，517 ;以及2013年3月15日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/833，580、2013年3月15日提交的N0.13/833,631和2013年3月15日提交的N0.13/833，687的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，這些申請(qǐng)的公開(kāi)通過(guò)引用以它們的整體并入本文中。
[0002]政府支持聲明
本發(fā)明是在美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研宄項(xiàng)目局(DARPA)關(guān)于DARPA自主機(jī)器人操縱-硬件軌跡(ARM-H)所授予的DARPA合同N0.W91CRB-10-C-0141的支持下完成的。政府對(duì)本發(fā)明具有某些權(quán)利。
【背景技術(shù)】
[0003]端部效應(yīng)器或抓緊器通常安裝在機(jī)器人臂上，并且用于操縱和/或抓持選定環(huán)境中的物體。環(huán)境可為結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括基部和多個(gè)手指。多個(gè)手指中的至少一個(gè)包括:近側(cè)指骨；將近側(cè)指骨連接于基部的近側(cè)接頭；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的遠(yuǎn)側(cè)接頭；以及用于移動(dòng)指骨的部件。近側(cè)接頭和遠(yuǎn)側(cè)接頭中的至少一個(gè)包括撓曲接頭，撓曲接頭具有沿?fù)锨宇^的第一方向的第一順從性和沿?fù)锨宇^的第二方向的第二順從性，其中，第二順從性比第一順從性更硬。遠(yuǎn)側(cè)指骨包括:圓形端面；以及提升部分，其包括在圓形端面附近的提升邊緣。部件平行于撓曲接頭的第一方向起作用。抓緊器進(jìn)一步包括與部件相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)促動(dòng)器。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0005]在一些實(shí)施例中，提升邊緣是自由終端邊緣，并且遠(yuǎn)側(cè)指骨包括限定在圓形端面和提升邊緣之間的提升凹槽。根據(jù)一些實(shí)施例，圓形端面在基本上垂直于提升凹槽的縱向軸線的平面中限定弧形。在一些實(shí)施例中，提升凹槽具有范圍為大約I mm至3 mm的深度。
[0006]圓形端面可由比提升部分更軟的材料形成。在一些實(shí)施例中，圓形端面的更軟的材料具有范圍為大約O肖氏硬度A至60肖氏硬度A的硬度，并且提升部分具有至少大約100 Gpa的硬度。
[0007]抓緊器可包括能夠運(yùn)行來(lái)選擇性地調(diào)節(jié)提升邊緣相對(duì)于圓形端面的位置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0008]在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)側(cè)指骨具有基本上平坦的內(nèi)部抓持面和獨(dú)特的相對(duì)的沿軸向延伸的內(nèi)部側(cè)邊緣。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括基部和多個(gè)手指。多個(gè)手指中的至少一個(gè)包括:近側(cè)指骨；將近側(cè)指骨連接于基部的近側(cè)接頭；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的遠(yuǎn)側(cè)接頭；以及用于移動(dòng)指骨的部件。近側(cè)接頭和遠(yuǎn)側(cè)接頭中的至少一個(gè)包括撓曲接頭，撓曲接頭具有沿?fù)锨宇^的第一方向的第一順從性和沿?fù)锨宇^的第二方向的第二順從性，其中，第二順從性比第一順從性更硬。部件平行于撓曲接頭的第一方向起作用。抓緊器進(jìn)一步包括與部件相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)促動(dòng)器。遠(yuǎn)側(cè)指骨具有基本上平坦的內(nèi)部抓持面和獨(dú)特的相對(duì)的沿軸向延伸的內(nèi)部側(cè)邊緣。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0010]在一些實(shí)施例中，平坦內(nèi)部抓持面基本上平行于撓曲接頭的主彎曲軸線。
[0011]平坦內(nèi)部抓持面可由彈性體材料形成。
[0012]在一些實(shí)施例中，撓曲接頭包括由彈性體材料形成的撓曲連結(jié)件。
[0013]在一些實(shí)施例中，遠(yuǎn)側(cè)指骨在垂直于第一方向的橫截面中為基本上長(zhǎng)方形。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括基部、兩個(gè)手指趾和與兩個(gè)手指趾相對(duì)的拇指趾。手指趾和拇指趾均包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將近側(cè)指骨直接連接于遠(yuǎn)側(cè)指骨的遠(yuǎn)側(cè)接頭，遠(yuǎn)側(cè)接頭沿第一方向是順從的；將近側(cè)指骨直接連接于基部的近側(cè)接頭，近側(cè)接頭沿第二方向是順從的；以及用于移動(dòng)近側(cè)指骨和遠(yuǎn)側(cè)指骨的腱索，其中，腱索基本上平行于順從性的第一方向，并且基本上改變遠(yuǎn)側(cè)接頭沿第一方向的順從性。抓緊器進(jìn)一步包括用以移動(dòng)手指趾和拇指趾的至少一個(gè)促動(dòng)器。各個(gè)遠(yuǎn)側(cè)指骨具有為連接于其的近側(cè)指骨的長(zhǎng)度的0.60倍至0.66倍的長(zhǎng)度。兩個(gè)手指趾中的各個(gè)的近側(cè)接頭與拇指的平均距離是兩個(gè)手指趾的近側(cè)指骨的平均長(zhǎng)度的1.30倍至1.44倍。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0015]在一些實(shí)施例中，基部包括在手指趾和拇指趾之間的手掌，并且手掌具有范圍為近側(cè)指骨的平均長(zhǎng)度的大約1.21倍至1.33倍的主要尺寸。
[0016]在一些實(shí)施例中，手指趾的近側(cè)接頭之間的間距的范圍為近側(cè)指骨的平均長(zhǎng)度的大約0.97倍至1.08倍。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括手掌基部和兩個(gè)手指。手指中的各個(gè)包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的順從撓曲接頭；以及將近側(cè)指骨連接于手掌基部的銷接頭，銷接頭約束近側(cè)指骨相對(duì)于手掌基部的角移動(dòng)，以圍繞銷樞轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。抓緊器進(jìn)一步包括用以移動(dòng)手指的至少一個(gè)促動(dòng)器。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0018]抓緊器可進(jìn)一步包括與各個(gè)手指相關(guān)聯(lián)的銷接頭角傳感器。
[0019]抓緊器可進(jìn)一步包括將各個(gè)手指連接于手掌基部的旋轉(zhuǎn)接頭，其中，手指可相對(duì)于手掌基部圍繞旋轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)，以使其銷樞轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于手掌基部重新定向。
[0020]在一些實(shí)施例中，抓緊器進(jìn)一步包括拇指和用以獨(dú)立于手指來(lái)移動(dòng)拇指的至少一個(gè)促動(dòng)器。拇指包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的順從撓曲接頭；以及將近側(cè)指骨連接于手掌基部的銷接頭，銷接頭約束近側(cè)指骨相對(duì)于手掌基部的角移動(dòng)，以圍繞銷樞轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括手掌基部和兩個(gè)手指。手指中的各個(gè)包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的順從撓曲接頭；將近側(cè)指骨連接于手掌基部的銷接頭，銷接頭具有圍繞銷樞轉(zhuǎn)軸線的占優(yōu)勢(shì)自由度；以及腱索，其用于移動(dòng)近側(cè)指骨和遠(yuǎn)側(cè)指骨，使得腱索的移動(dòng)生成近側(cè)指骨以大于遠(yuǎn)側(cè)指骨圍繞撓曲接頭的角運(yùn)動(dòng)的速率圍繞銷樞轉(zhuǎn)軸線的角運(yùn)動(dòng)。抓緊器進(jìn)一步包括用以移動(dòng)手指的至少一個(gè)促動(dòng)器。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0022]在一些實(shí)施例中，撓曲接頭包括由順從彈性體材料形成的撓曲連結(jié)件。
[0023]根據(jù)一些實(shí)施例，樞轉(zhuǎn)接頭將近側(cè)指骨連接于手掌基部，用于圍繞樞轉(zhuǎn)接頭沿第一方向和第二方向旋轉(zhuǎn)，抓緊器包括返回偏動(dòng)彈簧，其用以沿第二方向?qū)⒔鼈?cè)指骨驅(qū)動(dòng)到返回位置，返回偏動(dòng)彈簧具有第一彈簧速率，撓曲接頭構(gòu)造成將遠(yuǎn)側(cè)指骨偏置到相對(duì)于近側(cè)指骨的打開(kāi)位置，并且具有第二彈簧速率，并且第二彈簧速率大于第一彈簧速率。在一些實(shí)施例中，第二彈簧速率是第一彈簧速率的至少八倍。在一些實(shí)施例中，第一彈簧速率足以在腱索松馳的情況下在抓緊器的任何定向上將近側(cè)指骨固持在返回位置，并且第二彈簧速率足以在腱索松馳的情況下在抓緊器的任何定向上將遠(yuǎn)側(cè)指骨固持在打開(kāi)位置。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括手掌基部和兩個(gè)手指。手指中的各個(gè)包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將遠(yuǎn)側(cè)指骨連接于近側(cè)指骨的順從撓曲接頭；樞轉(zhuǎn)接頭，其將近側(cè)指骨連接于手掌基部，用于圍繞樞轉(zhuǎn)接頭沿第一方向和第二方向旋轉(zhuǎn)；用于使近側(cè)指骨沿第一方向移動(dòng)的腱索；用以沿第二方向?qū)⒔鼈?cè)指骨驅(qū)動(dòng)到返回位置的返回偏動(dòng)彈簧，其中，返回偏動(dòng)彈簧的彈簧速率足以在腱索松馳的情況下在抓緊器的任何定向上將近側(cè)指骨固持在返回位置。抓緊器進(jìn)一步包括與各個(gè)腱索相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)促動(dòng)器。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0025]在一些實(shí)施例中，返回偏動(dòng)彈簧包括扭轉(zhuǎn)彈簧。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種抓緊器包括基部、手指、腱索和磁分離機(jī)構(gòu)。手指具有通過(guò)近側(cè)接頭連接于基部的近側(cè)端部。腱索構(gòu)造成相對(duì)于基部移動(dòng)手指。磁分離機(jī)構(gòu)將手指可釋放地聯(lián)接于基部。
[0027]在一些實(shí)施例中，腱索延伸穿過(guò)磁分離機(jī)構(gòu)并且延伸到手指。磁分離機(jī)構(gòu)可包括:手指基臺(tái)，其中，手指通過(guò)近側(cè)接頭可樞轉(zhuǎn)地連接于手指基臺(tái)；以及在基部上的基部基臺(tái)；其中，手指基臺(tái)和基部基臺(tái)彼此磁吸引，并且手指基臺(tái)經(jīng)由基部基臺(tái)連接于基部。根據(jù)一些實(shí)施例，磁分離機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)定位器特征，其用以在手指基臺(tái)和基部基臺(tái)分開(kāi)并且重新連結(jié)時(shí)，重新對(duì)齊手指基臺(tái)與基部基臺(tái)。至少一個(gè)定位器特征可包括環(huán)形或半環(huán)形凹槽。
[0028]在一些實(shí)施例中，磁分離機(jī)構(gòu)運(yùn)行來(lái)在負(fù)載超過(guò)施加于手指的閾值負(fù)載時(shí)釋放手指，以相對(duì)于基部偏轉(zhuǎn)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括基部、兩個(gè)手指趾和與兩個(gè)手指趾相對(duì)的拇指趾。手指趾和拇指趾均包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將近側(cè)指骨直接連接于遠(yuǎn)側(cè)指骨的遠(yuǎn)側(cè)接頭，遠(yuǎn)側(cè)接頭沿第一方向是順從的；將近側(cè)指骨直接連接于基部的近側(cè)接頭，近側(cè)接頭沿第二方向是順從的；以及用于移動(dòng)近側(cè)指骨和遠(yuǎn)側(cè)指骨的腱索，其中，腱索基本上平行于順從性的第一方向，并且基本上改變遠(yuǎn)側(cè)接頭沿第一方向的順從性。抓緊器進(jìn)一步包括用以移動(dòng)手指趾和拇指趾的至少一個(gè)促動(dòng)器。拇指趾進(jìn)一步包括第二腱索，其用于選擇性地抑制其與第一腱索相對(duì)的近側(cè)指骨，以使得遠(yuǎn)側(cè)指骨能夠獨(dú)立于近側(cè)指骨移動(dòng)。抓緊器具有少于自由度的促動(dòng)器。
[0030]在一些實(shí)施例中，抓緊器包括用以促動(dòng)拇指趾的第一腱索的第一促動(dòng)器和用以促動(dòng)拇指趾的第二腱索的第二促動(dòng)器。
[0031]根據(jù)一些實(shí)施例，各個(gè)手指趾不包括腱，其用于選擇性地抑制其與其腱索相對(duì)的近側(cè)指骨，以使得遠(yuǎn)側(cè)指骨能夠獨(dú)立于近側(cè)指骨移動(dòng)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種順從欠促動(dòng)抓緊器包括基部、兩個(gè)手指趾和與兩個(gè)手指趾相對(duì)的拇指趾。手指趾和拇指趾均包括:近側(cè)指骨；遠(yuǎn)側(cè)指骨；將近側(cè)