CN104816315B - 一种纤维收缩控制的仿生机械手臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维收缩控制的仿生机械手臂，包含上支架、下支架；所述上支架的上端设置有第一圆凸台；所述下支架的上端设置有第二圆凸台；所述上支架的下端和下支架的上端呈铰链连接，且第一圆凸台和第二圆凸台之间圆周方向上竖直的设置有多根均匀且互相平行放置的纤维；所述每根纤维内设置有多组竖直间隔且水平放置的金属薄片组；所述每组金属薄片组内设置有两片竖直间隔且水平放置的薄膜，且两片薄膜之间设置有弹性绝缘材料；本发明结构紧凑、控制简单、不存在电磁耦合和磨损、抗干扰、稳定性好，从而提高了生产效率，也降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制领域，特指一种结构紧凑、控制简单的纤维收缩控制的仿生机械手臂。
背景技术
机械手臂能够接受指令，精确的定位到三维空间上某一点进行工作，广泛应用于半导体、制造、工业、医疗、军事以及太空探索等领域；如图1所示，传统机械手臂传动靠驱动电机并通过减速装置实现工作的，由于传统的机械手臂结构比较复杂，导致对电机以及减速器的要求较高，增加了生产成本；面临复杂任务时需要使用较多的关节，增加了控制难度，为此，我们研发了一种结构紧凑、控制简单的纤维收缩控制的仿生机械手臂，从而提高了生产效率，也降低了生产成本。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种结构紧凑、控制简单的纤维收缩控制的仿生机械手臂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纤维收缩控制的仿生机械手臂，包含上支架、下支架；所述上支架的上端设置有第一圆凸台；所述下支架的上端设置有第二圆凸台；所述上支架的下端和下支架的上端呈铰链连接，且第一圆凸台和第二圆凸台之间圆周方向上竖直的设置有多根均匀且互相平行放置的纤维；所述每根纤维内设置有多组竖直间隔且水平放置的金属薄片组；所述每组金属薄片组内设置有两片竖直间隔且水平放置的薄膜，且两片薄膜之间设置有弹性绝缘材料；在工作时，通过给每组金属薄片组内两片薄膜上施加正负相反的电荷或同种电荷时会产生方向不同的库仑力，通过库仑力改变每组金属薄片组内两片薄膜的上下距离，从而控制每根纤维的伸缩尺寸，使手臂完成各种期望动作。
优选的，所述上支架的下端设置有球体；所述下支架的上端中心设置有球形凹槽；所述上支架下端的球体设置在下支架上端的球形凹槽内呈球铰链连接，且上支架可以绕着下支架水平360度转动。
优选的，所述相邻的金属薄片组之间设置有弹性绝缘材料；所述两片薄膜同时平面螺旋成截面呈梯形状的金属薄片组，增加了每组金属薄片组内两片薄膜的受力面积。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂通过给金属薄片组内两片薄膜上施加不同的电荷，控制各纤维的伸缩尺寸，使手臂能够自然弯曲，完成各种期望动作，且结构紧凑、控制简单、不存在电磁耦合和磨损、抗干扰、稳定性好，从而提高了生产效率，也降低了生产成本。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为传统机械臂传动的流程图；
附图2为本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂的剖视图；
附图3为本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂的运动示意图；
附图4为本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂中纤维通同种电荷时的结构示意图；
附图5为本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂中纤维通正负相反的电荷时的结构示意图；
附图6为本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂中一组金属薄片中两片薄膜的结构示意图；
其中：1、上支架；2、下支架；3、纤维；4、金属薄片组；5、薄膜。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图2-5本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂，包含上支架1和下支架2；所述上支架1的上端设置有第一圆凸台，下端设置有球体；所述下支架2的上端设置有第二圆凸台，且中心设置有球形凹槽；所述上支架1下端的球体设置在下支架2上端的球形凹槽内呈球铰链连接，且上支架1可以绕着下支架2水平360度转动；所述第一圆凸台和第二圆凸台之间圆周方向上竖直的设置有多根均匀且互相平行放置的纤维3；所述每根纤维3内设置有多组竖直间隔且水平放置的金属薄片组4；所述相邻的金属薄片组4之间设置有弹性绝缘材料；所述每组金属薄片组4内设置有两片竖直间隔且水平放置的薄膜5；所述两片薄膜5之间设置有弹性绝缘材料，防止通电后每组金属薄片组4被击穿，且所述金属薄片组4可以等效为一个平板电容，则有C =，其中ε为介电常数、s为每组金属薄片组4内两片薄膜5的受力面积、d为每组金属薄片组4内两片薄膜5的间距；在工作时，通过给每组金属薄片组4内两片薄膜5上施加正负相反的电荷U或同种电荷U时会产生方向不同的库仑力，通过库仑力改变每组金属薄片组4内两片薄膜5的上下距离，从而控制每根纤维3的伸缩尺寸，使手臂完成各种期望动作;所述库仑力的计算公式F = EQ = ε·υ2 ，只有在每组金属薄片组4内两片薄膜5的受力面积S足够大，且每组金属薄片组4内两片薄膜5的间距d足够小时，每片金属薄片4上才能获得较大的库仑力；如图6所示，将所述两片薄膜5同时平面螺旋成竖直截面呈梯形状的金属薄片组4，在所述纤维3横截面不变下增加了每组金属薄片组4内两片薄膜5的受力面积，能产生更大的库仑力。
使用时：当给本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂左侧纤维3中每组金属薄片组4内两片薄膜5上施加正负相反的电荷时，每组金属薄片组4内两片薄膜5之间产生相吸的库仑力，使两片薄膜5之间的上下距离减少；纤维3通过多组金属薄片组4内两片薄膜5之间的上下距离同时减少而收缩；同时，给本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂右侧纤维中每组金属薄片组4内两片薄膜5上施加同种电荷时，每组金属薄片组4内两片薄膜5之间产生相斥的库仑力，使两片薄膜5之间的上下距离增加；纤维3通过多组金属薄片组4内两片薄膜5之间的上下距离同时增加而伸长；此时，本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂则向左弯曲。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述的纤维收缩控制的仿生机械手臂通过给金属薄片组内两片薄膜上施加不同的电荷，控制各纤维的伸缩尺寸，使手臂能够自然弯曲，完成各种期望动作，且结构紧凑、控制简单、不存在电磁耦合和磨损、抗干扰、稳定性好，从而提高了生产效率，也降低了生产成本。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (1)
1.一种纤维收缩控制的仿生机械手臂，其特征在于：包含上支架、下支架；所述上支架的上端设置有第一圆凸台；所述下支架的上端设置有第二圆凸台；所述上支架的下端和下支架的上端呈铰链连接，且第一圆凸台和第二圆凸台之间圆周方向上竖直的设置有多根均匀且互相平行放置的纤维；所述每根纤维内设置有多组竖直间隔且水平放置的金属薄片组；所述每组金属薄片组内设置有两片竖直间隔且水平放置的薄膜，且两片薄膜之间设置有弹性绝缘材料；在工作时，通过给每组金属薄片组内两片薄膜上施加正负相反的电荷或同种电荷时会产生方向不同的库仑力，通过库仑力改变每组金属薄片组内两片薄膜的上下距离，从而控制每根纤维的伸缩尺寸，使手臂完成各种期望动作；所述上支架的下端设置有球体；所述下支架的上端中心设置有球形凹槽；所述上支架下端的球体设置在下支架上端的球形凹槽内呈球铰链连接，且上支架可以绕着下支架水平360度转动；所述相邻的金属薄片组之间设置有弹性绝缘材料；所述两片薄膜同时平面螺旋成截面呈梯形状的金属薄片组，增加了每组金属薄片组内两片薄膜的受力面积。
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