CN100368162C

CN100368162C - 多关节操作杆

Info

Publication number: CN100368162C
Application number: CNB2005100425712A
Authority: CN
Inventors: 朱苏宁; 戴炬
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2005-03-21
Filing date: 2005-03-21
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2025-03-21
Also published as: CN1836852A

Abstract

本发明涉及主从机械手操作主手领域，尤其是一种多关节操作杆。由基座、尾摆动杆、变向摆动杆、同向摆动杆、头摆动杆、回转杆、按钮依次首尾联接构成。联接部位为活动关节，从而构成了第一回转关节(F)、第一摆动关节(E)、第二摆动关节(D)、第三摆动关节(C)、第二回转关节(B)和按钮开关关节(A)；各摆动和回转关节的中心位置安装中空薄膜电位器和空心轴，按钮开关关节A内装薄膜开关；整体机构可通过基座上连接孔安装于操作台上。本发明结构合理紧凑，轻便灵活，应用操作手感好，位置保持性好；线缆内藏安全、简洁；并可按需要进行多种形式组合，扩展使用范围。这种多关节结构形式操作杆，可应用于主从式机械手遥操作领域，及需要遥控操作的其他领域。

Description

多关节操作杆

一、技术领域

本发明涉及主从机械手操作主手领域，尤其是一种多关节操作杆。

二、背景技术

主从式机械手作业，通常用按钮式操作杆或捆绑于人手臂的气、液助力式操作手或与从手同构的操作主手来远距离控制机器人进行操作。按钮式操作杆中，一是廉价的游戏操作杆，二是工程机械和飞行器用操作杆，按钮式操作杆不宜布置较多的按钮，而且后者往往价格昂贵；捆绑式操作主手必须与人手臂捆绑成一体，不但价格昂贵，且结构复杂；与从手同构主手，同样也是结构复杂，成本较高，且体积较大。

主从式机械手从事复杂作业时，不但需要通过灵巧操作杆(手)对机械手遥操作控制，同时需要解放人的两只手从事一些辅助性的工作。

三、发明内容

本发明的目的是，针对主从式机械手进行复杂作业的需要，设计一种与按钮式操作杆一样小巧灵活，采用中空薄膜电位器，多关节式的，价格低廉的主从机械手操纵用操作杆。

本发明的基本构思是：由基座、尾摆动杆、变向摆动杆、同向摆动杆、头摆动杆、回转杆、按钮依次首尾联接构成，联接部位为活动关节；从而构成了第一回转关节F、第一摆动关节E、第二摆动关节D、第三摆动关节C、第二回转关节B和按纽开关关节A；各摆动和回转关节的中心位置安装中空薄膜电位器和空心轴，其中，中空薄膜电位器由薄膜电位器套、贴于薄膜电位器套内表面的电阻膜及底部镶在空心轴上的中空薄膜电位器电刷片组成，中空薄膜电位器电刷片的触头可在薄膜电位器套的电阻膜上弹性接触滑动；按纽开关关节A内装薄膜开关；整体机构可通过基座上连接孔安装于操作台上。

第一回转关节F由基座、空心轴、中空薄膜电位器、尾摆动杆的首端构成，第一摆动关节E由尾摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、变向摆动杆的首端构成，第二摆动关节D由变向摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、同向摆动杆的首端构成，第三摆动关节C由同向摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、头摆动杆的首端构成，第二回转关节B由头摆动杆尾端、空心轴、中空薄膜电位器、回转杆的首端构成，按纽开关关节A由回转杆的尾端、薄膜按钮开关和按纽构成。

关节内安装的中空薄膜电位器型号相同，关节内安装的空心轴也为相同的零件。

构成关节的部件尾摆动杆、变向摆动杆、同向摆动杆、头摆动杆、回转杆均为标准化零部件；各部件均采用绝缘材料制作；部件内部设有贯通两端的穿线孔，各部件安装后，从按纽端至基座端形成贯通整体的线缆通道，可以将线缆束收藏其间，不外露。

构成摆动关节的配合面之间设阻尼结构。可以使摆动关节部件相对摆动时，可靠停止在任意位置，位置保持性好；构成回转关节部件之间，依靠所选择的绝缘材料本身摩擦阻尼特性和回转孔和轴之间的配合关系，可以使转动关节相对转动时，可靠的停止在任意位置，位置保持性好。

本发明结构合理紧凑，轻便灵活，应用操作手感好，位置保持性好；线缆内藏安全、简洁；并可按需要进行多种形式组合，扩展使用范围；这种多关节结构形式操作杆，不但应用于主从式机械手遥操作领域，也可以推广至需要遥控操作的其他领域，如工程机械、核处理、航天、医疗等。

四、附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的主视图；

图3为中空薄膜电位器示意图。

附图标记：

1、按纽2、薄膜按钮开关3、紧定螺钉4、空心轴5、回转杆6、中空薄膜电位器7头摆动杆8、挡圈9、薄螺母10、同向摆动杆11、密封盖12、变向摆动杆13、尾摆动杆14、基座15、线缆束

6-1、薄膜电位器电刷片6-2、薄膜电位器套6-3、引出线束

A、按纽开关关节B、第二回转关节C、第三摆动关节D、第二摆动关节E、第一摆动关节F、第一回转关节

五、具体实施方式

如图3所示，中空薄膜电位器的工作原理是：中空薄膜电位器的电阻膜，贴在薄膜电位器套6-2的内表面，中空薄膜电位器电刷片6-1的底部镶在空心轴上，中空薄膜电位器电刷片6-1的触头在薄膜电位器套6-2内的电阻膜上弹性接触滑动，当中空薄膜电位器电刷片6-1随结构零件空心轴转动时，其位置信号由薄膜电位器套一边的引出线束输出。

如图1、图2所示：本实施例中，基座14上部设有与空心轴配合的孔，并用紧定螺钉将一个空心轴与其连接为一体。同时其上部设有与尾摆动杆13首端回转轴相配合的孔，两孔同心。

尾摆动杆13的首端为与基座14上部的孔配合的回转轴，该端还设有与中空薄膜电位器套紧配合的孔，可以使薄膜电位器与尾摆动杆13连为一体，使薄膜电位器随其转动；尾摆动杆13回转轴根部设环形槽。用一个装于基座14上的销钉，通过该环形槽，使尾摆动杆13与基座14实现轴向定位连接，形成回转关节F。

尾摆动杆13的尾端为半圆柱结构，半圆柱端设有空心轴的支承孔，和固定中空薄膜电位器套的安装孔，两孔同心；而且尾端半圆柱中心平面上设有环形槽，槽内安装橡胶O形圈。

变向摆动杆12，其首尾两端均为半圆柱体结构，两半圆柱体中心平面扭转90度，且两半圆柱体外端面均加工成半圆形；其首端半圆柱体中心平面设有空心轴安装孔，空心轴通过一个扁螺母和一个安装于空心轴4的挡圈，与变向摆动杆12连成一体；同时该端还设有支承安装于尾摆动杆13尾端的中空电位器套的孔。

变向摆动杆12首端通过固结其上的空心轴，插入尾摆动杆13尾端的空心轴支承孔，用一个安装于空心轴上的挡圈，与摆动杆13尾端连接，形成摆动关节E。

变向摆动杆12的尾端半圆柱体中心平面设有空心轴支承孔，和固定中空薄膜电位器套的孔，两孔同心；一个中空薄膜电位器与其连成一体；并且该端半圆柱体中心平面设有环形槽，槽内安装橡胶O形圈。

同向摆动杆10的首尾两端也为半圆柱体结构，其两端半圆柱体扭转180度，且两半圆柱体外端面均加工成半圆形；其首端半圆柱体中心平面设有一个空心轴安装孔，空心轴通过一个扁螺母和一个安装于空心轴上的挡圈，与同向摆动杆10连成一体；同时设有支承安装于变向摆动杆12尾端的中空电位器套的孔。

同向摆动杆10首端通过固结其上的空心轴，插入变向摆动杆12尾端的空心轴支承孔，用一个安装于空心轴上的挡圈，与变向摆动杆12尾端连接，形成摆动关节D。

同向摆动杆10的尾端半圆柱体中心平面设有空心轴支承孔，和固定中空薄膜电位器套6-2的孔，两孔同心；一个中空薄膜电位器与其连成一体；并且该端半圆柱体中心平面设有环形槽，槽内安装橡胶O形圈。

头摆动杆7的首端也是半圆柱体结构，其半圆柱外端面加工成半圆形；半圆柱体中心平面设有一个空心轴4安装孔，空心轴通过一个扁螺母和一个安装于空心轴上的挡圈，与头摆动杆7连成一体；同时设有支承安装于同向摆动杆10尾端的中空电位器套的孔。

头摆动杆7通过其上的空心轴，插入同向摆动杆10的空心轴支承孔，用一个安装于空心轴上的挡圈，与同向摆动杆10实现连接，形成摆动关节C。

头摆动杆7尾端设有与半圆柱体同轴的半轴，半轴与回转杆5首端的孔配合；半轴内设有与半轴同心的空心轴支承孔和中空薄膜电位器套的安装孔，分别支承空心轴转动和固定安装中空薄膜电位器；半轴外设有环形槽，头摆动杆7尾端通过该槽和安装于回转杆5上的一个紧定螺钉，与回转杆5首端实现轴向定位连接，形成回转关节B。

回转杆5首端，还设有一个空心轴4的固定安装孔；用紧定螺钉将空心轴与其连为一体；回转杆5的尾端设有安装薄膜按纽开关和按纽1的结构，形成按纽开关关节A。

由于基座14和尾摆动杆13、头摆动杆7和回转杆5的绝缘材料本身的阻尼特性和他们之间轴和孔的配合特性，使回转杆5绕头摆动杆7半轴的转动是有阻尼运动；由于尾摆动杆13和变向摆动杆12、变向摆动杆12和同向摆动杆10、同向摆动杆10和头摆动杆7之间均设有橡胶O形圈，它们之间的摆动是有阻尼运动；有阻尼运动结构，可使各杆件相对运动时，可靠地停止在任意一个位置，使操作杆关节具有良好位置保持性。

各部件内部均设有贯通两端的穿线孔，整体安装后，其各部件内的穿线孔与空心轴内孔可以形成整体贯通的线缆束通道，可以将线缆束15完全收藏于结构内部，使操作杆外观简洁，也不会因线缆造成操作杆关节部件之间的运动干涉及挂碰等意外事故。且各摆动关节外用密封盖11密封，使操作杆内部形成密封腔体，避免外部环境对内部电器元件污染。

所有部件，除了安装于结构内部的空心轴外，均采用绝缘材料制成，可使人手与关节内部电器元件绝缘，避免人手对关节内电位器输入输出电信号的干扰。

结构中，关节部件尾摆动杆13，变向摆动杆12，同向摆动杆10，头摆动杆7，回转杆5，空心轴4，均为标准化结构部件，而且摆动和回转关节中均安装相同型号的中空薄膜电位器6，因此可以根据所需控制的从手的结构形式和作业特点，采用以上各类标准化的关节部件，组合成不同关节形式和不同关节数量的操作杆。

操作杆整体结构近似圆柱形，小巧轻便，适宜人手握持和进行操作。当人手握持操作杆操作时，可以灵活驱动第一回转关节F中的部件尾摆动杆13相对基座14转动，并带动关节内的中空薄膜电位器套转动，使关节内的中空薄膜电位器输出一组位置信号，来控制从手相应关节的运动；可以驱动第一摆动关节E中的部件变向摆动杆12相对于尾摆动杆13摆动，并带动关节内的空心轴转动，使关节内的中空薄膜电位器输出一组位置信号，来控制从手相应关节的运动；可以驱动第二摆动关节D中的部件同向摆动杆10相对于变向摆动杆12摆动，并带动关节内的空心轴转动，使关节内的中空薄膜电位器输出一组位置信号，来控制从手相应关节的运动；可以驱动第三摆动关节C中的部件头摆动杆7相对于同向摆动杆10摆动，并带动关节内的空心轴转动，使关节内的中空薄膜电位器输出一组位置信号，来控制从手相应关节的运动；可以驱动第二回转关节B中的回转部件5相对于头摆动杆7回转，并带动关节内的空心轴转动，使关节内的中空薄膜电位器输出一组位置信号，来控制从手相应关节的运动；按下按钮开关关节A中的按钮1可以触动薄膜按钮开关发出一个开关信号，来控制从手上相应装置(如手爪)的运动。人手握持操作杆操作时，可以操纵单个关节独立运动，也可同时操纵多个关节联动。

本发明采用中空薄膜式电位器，及绝缘材料，研制了一种外观简洁，结构轻巧灵活，适宜人手操作的，串联式多关节操作杆，不仅适用于主从式机械手操作，更适合于面对复杂作业人机结合作业的要求，还可以广泛应用于航天，危险作业环境机器人，工程机械，医疗等领域。

Claims

1.多关节操作杆，其特征为由基座、尾摆动杆、变向摆动杆、同向摆动杆、头摆动杆、回转杆、按钮依次首尾联接构成，联接部位为活动关节；从而构成了第一回转关节(F)、第一摆动关节(E)、第二摆动关节(D)、第三摆动关节(C)、第二回转关节(B)和按纽开关关节(A)；各摆动和回转关节的中心位置安装中空薄膜电位器和空心轴，其中，中空薄膜电位器由薄膜电位器套、贴于薄膜电位器套内表面的电阻膜及底部镶在空心轴上的中空薄膜电位器电刷片组成，中空薄膜电位器电刷片的触头可在薄膜电位器套的电阻膜上弹性接触滑动；按纽开关关节(A)内装薄膜开关；整体机构可通过基座上连接孔安装于操作台上。

2.根据权利要求1所述的多关节操作杆，其特征为所述的第一回转关节(F)由基座、空心轴、中空薄膜电位器、尾摆动杆的首端构成，第一摆动关节(E)由尾摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、变向摆动杆的首端构成，第二摆动关节(D)由变向摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、同向摆动杆的首端构成，第三摆动关节(C)由同向摆动杆的尾端、空心轴、中空薄膜电位器、头摆动杆的首端构成，第二回转关节(B)由头摆动杆尾端、空心轴、中空薄膜电位器、回转杆的首端构成，按纽开关关节(A)由回转杆的尾端、薄膜按钮开关和按纽构成。

3.根据权利要求1所述的多关节操作杆，其特征为构成关节的部件除空心轴外，其余部件均采用绝缘材料制作；各部件内部设有贯通两端的穿线孔，各部件的穿线孔在整体安装后能与空心轴内孔形成一整体贯通的线缆束通道，以将线缆束完全收藏于结构内部。

4.根据权利要求1所述的多关节操作杆，其特征为通过在所述的摆动关节和回转关节的配合面之间设置阻尼结构，和选择所述摆动关节和回转关节的配合面之间的配合关系，来实现阻尼效果。