CN105328710B - 一种基于钢丝传动的多自由度机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机械手技术领域,尤其涉及一种基于钢丝传动的多自由度机械手,它包括第一副指、第二副指、主指、手指支撑板、手指弯曲电机、钢丝等,其中,第一副指和第二副指安装在手指支撑板上,主指安装在手指支撑板上。每个机械指上安装有弯曲电机,通过弯曲电机拉伸钢丝来控制每个机械指的弯曲运动;另外,每个机械指可以通过人为相互之间摆动并且固定在一定的位置上使用。本发明中还增加钢丝调节结构,能够在弯曲电机通过拉伸钢丝控制机械指的时候调节钢丝的横向运动幅度,来进一步增加机械指的运动稳定性和定位准确性,具有较好的实用效果;又因为机械指之间的摆动通过人为控制,所以在能够很好的仿真手指运动的同时,结构更为简单。

Description

一种基于钢丝传动的多自由度机械手
技术领域
本发明属于机械手技术领域,尤其涉及一种基于钢丝传动的多自由度机械手。
背景技术
目前机械手的驱动方式多使用伺服电机驱动、钢丝驱动、液压驱动等,少部分使用人造肌肉驱动;其中人造肌肉驱动,虽然驱动的方式先进,但是制造成本目前很高,液压驱动需要强大的动力来对液压油增压驱动,将会增加设备的重量和对技术成熟度要求较高,所以成本也较高;那么在仿真机械手驱动上伺服电机驱动和钢丝驱动较为常见,伺服电机驱动为在每个关节上安装一个伺服电机,这将会导致机械手上的机构很不美观,伺服电机的尺寸外形将决定机械手的外形和功能;目前使用最多的、成本最低的是采用钢丝驱动,将伺服电机集中安装在手臂处,机械手机构较为简单,控制较为容易,但是钢丝驱动中容易出现机械指定位不准、手指虚位摆动等情况。
本发明设计一种基于钢丝传动的多自由度机械手解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷,本发明公开一种基于钢丝传动的多自由度机械手,它是采用以下技术方案来实现的。
一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:它包括第二副指、第一副指、副指固定摆块、独立电源、主指、手指支撑板、机械手固定结构、机械手固定套、手指力量调节旋钮、副指摆动轴、主指固定摆块、主指固定摆块支撑,其中两个副指摆动轴安装在手指支撑板一侧的两端,第一副指和第二副指均通过副指固定摆块分别安装在两个副指摆动轴上,主指固定摆块支撑安装在手指支撑板上,主指固定摆块通过转轴安装在主指固定摆块支撑上,独立电源安装在手指支撑板上,副指与独立电源位于手指支撑板两侧,机械手固定结构安装在手指支撑板上且与独立电源紧贴,机械手固定套一端安装在机械手固定结构上;手指力量调节旋钮安装在独立电源上。
机械指通过电源带动电机控制,手指力量调节旋钮控制电源电流大小,进而控制电机的扭矩。
上述第一副指和第二副指具有相同的结构,对于任意一个副指,它包括固定环、副指第一支架、副指第二支架、第一钢丝调节结构、机械指受力结构、副指第三支架、第二钢丝调节结构、副指第四支架、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、副指第一支架圆柱销、第一钢丝驱动轮、第二钢丝驱动轮、钢丝调节结构支架、副指第三支架圆柱销、副指第四支架圆柱销、副指第四支架弯曲钢丝、副指第三支架弯曲钢丝、手指弯曲电机、弯曲电机固定结构,其中副指第一支架安装在副指固定摆块上,副指第二支架通过固定在副指第一支架上的副指第一支架圆柱销安装在副指第一支架上,副指第三支架通过固定在副指第三支架上的副指第三支架圆柱销安装在副指第二支架上,副指第四支架通过固定在副指第四支架上的副指第四支架圆柱销安装在副指第三支架上,第一钢丝驱动轮和第二钢丝驱动轮并排安装在副指第一支架圆柱销上,第一钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第二支架上且靠近副指第三支架处,第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第三支架上且靠近副指第四支架处;两个机械指受力结构分别安装在副指第三支架和副指第四支架上,且安装在副指第三支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第二支架,安装在副指第四支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第三支架;固定环安装在副指第二支架侧面,且轴线与副指第一支架圆柱销轴线重合,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在副指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接;副指第三支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第三支架上的机械指受力结构上端,穿过第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第二钢丝驱动轮上并从第二钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第三支架弯曲钢丝交叉后穿过第一钢丝调节结构下端,最后连接在安装在副指第三支架上的机械指受力结构下端;副指第四支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第四支架上的机械指受力结构上端,经过第二钢丝调节结构上端、第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第一钢丝驱动轮上,并从第一钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第四支架弯曲钢丝交叉,穿过第一钢丝调节结构下侧,第二钢丝调节结构下侧,最后连接到安装在副指第四支架上的机械指受力结构下端。
本发明中通过弯曲电机带动弯曲电机驱动皮带轮,进而带动机械指皮带轮摆动,带动副指第二支架围绕副指第一支架圆柱销摆动一定的角度,缠绕在第二钢丝驱动轮上的钢丝相对于其他支架会有一定的位移,通过交叉布丝,经过第一钢丝调节结构,会对副指第三支架上的机械指受力结构产生拉力,使副指第三支架相对于副指第二支架弯曲的运动;同样缠绕在第一钢丝驱动轮上的钢丝相对于副指的其他支架会有相对移动,钢丝绳通过交叉布丝,经过第一钢丝调节机构和第二钢丝调节结构,对副指第四支架上的机械指固定结构产生拉力,使副指第四支架相对于副指第三支架弯曲。进而模仿人手。
上述主指包括主指第三支架、主指第二支架、主指第一支架、主指第一支架圆柱销、弯曲电机固定结构、第三钢丝驱动轮、主指固定摆块、主指第三支架圆柱销、固定环、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、手指弯曲电机、机械指受力结构、第二钢丝调节结构、钢丝调节结构支架,其中主指第一支架安装在主指固定摆块上,主指第二支架通过固定在主指第一支架上的主指第一支架圆柱销安装在主指第一支架上,主指第三支架通过固定在主指第三支架上的主指第三支架圆柱销安装在主指第二支架上,第三钢丝驱动轮安装在主指第一支架圆柱销上;第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在主指第二支架上且靠近主指第三支架,机械指受力结构安装在主指第三支架上且靠近主指第二支架;固定环安装在主指第二支架侧面,且轴线与主指第一支架圆柱销轴线重合,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在主指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接。
主指第一支架、主指第二支架和主指第三支架的布丝方式同副指第一支架、副指第二支架、副指第三支架的副指第三支架弯曲钢丝的布丝方式相似。
上述第一钢丝调节结构包括调节结构支撑、弹簧卡片、钢丝导环、弹簧、钢丝导环支撑、内套结构、外套结构、调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽、内套结构导块、外套结构导块、外套结构套孔、内套结构导块滑槽、导块限位环,其中调节结构支撑安装在钢丝调节机构支架上,调节结构支撑上开有调节结构支撑套孔,调节结构支撑套孔侧面开有外套结构导块滑槽;外套结构为空心圆柱体,外套结构上开有外套结构套孔,外套结构套孔侧面开有内套结构导块滑槽,外套结构外侧一端安装有外套结构导块,内套结构外侧一端安装有内套结构导块;内套结构外侧面、内套结构导块分别与外套结构套孔、内套机构导块滑槽配合;外套结构外侧面、外套结构导块分别与调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽配合;调节结构支撑套孔外安装有导块限位环,外套结构套孔外侧也安装有导块限位环;内套结构向调节结构支撑上侧滑出,外套结构向调节结构支撑下侧滑出;两个弹簧卡片分别安装在内套结构的一端和外套结构的一端,且两个弹簧卡片位于调节结构支撑两侧,在两个弹簧卡片和调节结构支撑之间安装有两个弹簧,且两弹簧分别外套在内套结构和外套结构上;两个钢丝导环分别安装在两个弹簧卡片上;钢丝导环支撑穿过并安装在调节结构支撑上,且与调节结构支撑套孔并列,两个钢丝导环分别安装在钢丝导环支撑两端。
本发明中增加了第一钢丝调节结构,而在第一钢丝调节结构中大致分为两组钢丝导环,一组安装有弹簧并且可以伸缩,一组为固定结构安装,副指第三支架弯曲钢丝通过具有弹簧的钢丝导环,具有弹簧的钢丝导环对副指第三支架弯曲钢丝起到张紧和软限长度的作用,所谓软限钢丝长度就是在副指支架相互之间弯曲的时候,钢丝是随着支架之间弯折而弯折的,通过调节弹簧的拉伸与压缩能够调节钢丝弯折的角度进而使钢丝对支架的拉力达到最佳的状态,从而确保钢丝控制的机械手指运动定位准确。对于副指第四支架弯曲钢丝通过第二钢丝调节结构起到相同的作用,而没有弹簧的钢丝导环仅仅起到对副指第四支架弯曲钢丝引导作用。
上述第二钢丝调节结构除没有钢丝导环支撑及位于钢丝导环支撑上的钢丝导环外,其结构与第一钢丝调节结构完全相同。
作为本技术的进一步改进,上述第一钢丝驱动轮直径大于第二钢丝驱动轮直径。
当副指第二支架摆动一定的角度时,为了让副指第三支架和副指第四支架相互弯曲,必须使副指第四支架弯曲钢丝的位移大于副指第三钢丝的位移,所以缠绕副指第四弯曲钢丝的第一钢丝驱动轮直径必须大于第二钢丝驱动轮的直径。
作为本技术的进一步改进,上述副指固定摆块在副指摆动轴上转动具有一定的阻力,主指固定摆块通过转轴在主指固定摆块支撑上转动具有一定的阻力。
本发明中可电机控制的自由度为三个,两个副指弯曲,主指弯曲。机械手上还有另外三个自由度,两个副指摆动自由度,和一个主指摆动自由度,设计中这三个没有被控制的自由度,通过具有一定阻力的旋转副固定着,需要人为的根据抓取物体的外形进行调节,在此基础上通过电机弯曲机械指握紧物体。握紧物体的力度通过手指力量调节旋钮控制,本发明中的机械手不是很智能,进而成本很低,但是能够模仿大部分人手的动作,能够适用于需要但是经济条件不好的人们使用。
作为本技术的进一步改进,上述外套在内套结构上的弹簧始终为拉伸状态,外套在外套结构上的弹簧始终为压缩状态。因为手指弯曲的方向是一定的,所以一般情况下,弹簧的状态如上所述。另外选着内套结构上的弹簧为拉伸状态,是因为内套结构能够比外套结构伸出调节结构支撑表面更长的距离。
作为本技术的进一步改进,上述机械指受力结构上下两端各安装有一个钢丝受力环,钢丝通过固定在钢丝受力环上而与机械指受力结构连接。
相对于传统的机械手技术,本发明中第一副指和第二副指安装在手指支撑板上,主指安装在手指支撑板上,两个副指模仿人手的食指和中指,主指模仿人手的拇指,三根机械指的使用能够在简化结构的基础上,基本仿真人手的抓取运动。每个机械指上安装有弯曲电机,通过弯曲电机拉伸钢丝来控制每个机械指的弯曲运动;另外,每个机械指可以通过人为相互之间摆动并且固定在一定的位置上使用。本发明中还增加钢丝调节结构,能够在弯曲电机通过拉伸钢丝控制机械指的时候调节钢丝的横向运动幅度,来进一步增加机械指的运动稳定性和定位准确性,具有较好的实用效果;又因为机械指之间的摆动通过人为控制,所以在能够很好的仿真手指运动的同时,结构更为简单。
附图说明
图1是机械手整体部件结构示意图。
图2是电源安装及机械手固定结构安装示意图。
图3是手指支撑板结构及摆动轴安装示意图。
图4是副指结构示意图。
图5是副指第一支架结构示意图。
图6是副指第二支架结构示意图。
图7是副指第三支架结构示意图。
图8是副指第四支架结构示意图。
图9是主指结构示意图。
图10是主指第一支架结构示意图。
图11是主指第二支架结构示意图。
图12是主指第三支架结构示意图。
图13是固定环及机械指驱动皮带轮安装示意图。
图14是钢丝绳安装示意图。
图15是机械指受力结构的示意图。
图16是第一钢丝调节结构示意图。
图17是第一钢丝调节结构放大图。
图18是调节结构支撑结构示意图。
图19是内套结构示意图。
图20是外套结构示意图。
图21是导块限位环结构示意图。
图22是第一钢丝调节结构使用实例示意图。
图中标号名称:1、第二副指,2、第一副指,3、固定环,4、副指固定摆块,5、独立电源,6、主指,7、手指支撑板,8、手指弯曲电机,9、机械手固定结构,10、机械手固定套,11、手指力量调节旋钮,12、副指摆动轴,13、主指固定摆块支撑,14、副指第一支架,15、副指第二支架,16、第一钢丝调节结构,17、机械指受力结构,18、副指第三支架,19、第二钢丝调节结构,20、副指第四支架,21、机械指驱动皮带轮,22、弯曲电机驱动皮带轮,23、副指第一支架圆柱销,24、第一钢丝驱动轮,25、第二钢丝驱动轮,26、钢丝调节结构支架,27、钢丝受力环,28、副指第三支架圆柱销,29、副指第四支架圆柱销,30、主指第三支架,31、主指第二支架,32、主指第一支架,33、主指第一支架圆柱销,34、弯曲电机固定结构,35、第三钢丝驱动轮,36、主指固定摆块,37、主指第三支架圆柱销,38、主指第四支架弯曲钢丝,39、主指第三支架弯曲钢丝,40、调节结构支撑,41、弹簧卡片,42、钢丝导环,43、弹簧,44、钢丝导环支撑,45、内套结构,46、外套结构,47、调节结构支撑套孔,48、外套结构导块滑槽,49、内套结构导块,50、外套结构导块,51、外套结构套孔,52、内套结构导块滑槽,53、导块限位环。
具体实施方式
如图1、2所示,它包括第二副指、第一副指、副指固定摆块、独立电源、主指、手指支撑板、机械手固定结构、机械手固定套、手指力量调节旋钮、副指摆动轴、主指固定摆块、主指固定摆块支撑,其中如图3所示,两个副指摆动轴安装在手指支撑板一侧的两端,如图1所示,第一副指和第二副指均通过副指固定摆块分别安装在两个副指摆动轴上,主指固定摆块支撑安装在手指支撑板上,主指固定摆块通过转轴安装在主指固定摆块支撑上,独立电源安装在手指支撑板上,副指与独立电源位于手指支撑板两侧,机械手固定结构安装在手指支撑板上且与独立电源紧贴,机械手固定套一端安装在机械手固定结构上;手指力量调节旋钮安装在独立电源上。
机械指通过电源带动电机控制,手指力量调节旋钮控制电源电流大小,进而控制电机的扭矩。
如图4所示,上述第一副指和第二副指具有相同的结构,对于任意一个副指,它包括固定环、副指第一支架、副指第二支架、第一钢丝调节结构、机械指受力结构、副指第三支架、第二钢丝调节结构、副指第四支架、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、副指第一支架圆柱销、第一钢丝驱动轮、第二钢丝驱动轮、钢丝调节结构支架、副指第三支架圆柱销、副指第四支架圆柱销、副指第四支架弯曲钢丝、副指第三支架弯曲钢丝、手指弯曲电机、弯曲电机固定结构,其中副指第一支架安装在副指固定摆块上,副指第二支架通过固定在副指第一支架上的副指第一支架圆柱销安装在副指第一支架上,副指第三支架通过固定在副指第三支架上的副指第三支架圆柱销安装在副指第二支架上,副指第四支架通过固定在副指第四支架上的副指第四支架圆柱销安装在副指第三支架上,如图5所示,第一钢丝驱动轮和第二钢丝驱动轮并排安装在副指第一支架圆柱销上,如图6所示,第一钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第二支架上且靠近副指第三支架处,如图7所示,第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第三支架上且靠近副指第四支架处;如图7、8所示,两个机械指受力结构分别安装在副指第三支架和副指第四支架上,且安装在副指第三支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第二支架,安装在副指第四支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第三支架;固定环安装在副指第二支架侧面,且轴线与副指第一支架圆柱销轴线重合,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在副指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接;如图14所示,副指第三支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第三支架上的机械指受力结构上端,穿过第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第二钢丝驱动轮上并从第二钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第三支架弯曲钢丝交叉后穿过第一钢丝调节结构下端,最后连接在安装在副指第三支架上的机械指受力结构下端;副指第四支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第四支架上的机械指受力结构上端,经过第二钢丝调节结构上端、第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第一钢丝驱动轮上,并从第一钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第四支架弯曲钢丝交叉,穿过第一钢丝调节结构下侧,第二钢丝调节结构下侧,最后连接到安装在副指第四支架上的机械指受力结构下端。
本发明中通过弯曲电机带动弯曲电机驱动皮带轮,进而带动机械指皮带轮摆动,带动副指第二支架围绕副指第一支架圆柱销摆动一定的角度,缠绕在第二钢丝驱动轮上的钢丝相对于其他支架会有一定的位移,通过交叉布丝,经过第一钢丝调节结构,会对副指第三支架上的机械指受力结构产生拉力,使副指第三支架相对于副指第二支架弯曲的运动;同样缠绕在第一钢丝驱动轮上的钢丝相对于副指的其他支架会有相对移动,钢丝绳通过交叉布丝,经过第一钢丝调节机构和第二钢丝调节结构,对副指第四支架上的机械指固定结构产生拉力,使副指第四支架相对于副指第三支架弯曲。进而模仿人手。
如图9所示,上述主指包括主指第三支架、主指第二支架、主指第一支架、主指第一支架圆柱销、弯曲电机固定结构、第三钢丝驱动轮、主指固定摆块、主指第三支架圆柱销、固定环、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、手指弯曲电机、机械指受力结构、第二钢丝调节结构、钢丝调节结构支架,其中主指第一支架安装在主指固定摆块上,主指第二支架通过固定在主指第一支架上的主指第一支架圆柱销安装在主指第一支架上,主指第三支架通过固定在主指第三支架上的主指第三支架圆柱销安装在主指第二支架上,如图10所示,第三钢丝驱动轮安装在主指第一支架圆柱销上;如图11所示,第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在主指第二支架上且靠近主指第三支架,如图12所示,机械指受力结构安装在主指第三支架上且靠近主指第二支架;固定环安装在主指第二支架侧面,且轴线与主指第一支架圆柱销轴线重合,如图13所示,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在主指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接。
主指第一支架、主指第二支架和主指第三支架的布丝方式同副指第一支架、副指第二支架、副指第三支架的副指第三支架弯曲钢丝的布丝方式相似。
如图16、17所示,上述第一钢丝调节结构包括调节结构支撑、弹簧卡片、钢丝导环、弹簧、钢丝导环支撑、内套结构、外套结构、调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽、内套结构导块、外套结构导块、外套结构套孔、内套结构导块滑槽、导块限位环,其中调节结构支撑安装在钢丝调节机构支架上,如图18所示,调节结构支撑上开有调节结构支撑套孔,调节结构支撑套孔侧面开有外套结构导块滑槽;如图20所示,外套结构为空心圆柱体,外套结构上开有外套结构套孔,外套结构套孔侧面开有内套结构导块滑槽,外套结构外侧一端安装有外套结构导块,如图19所示,内套结构外侧一端安装有内套结构导块;内套结构外侧面、内套结构导块分别与外套结构套孔、内套机构导块滑槽配合;外套结构外侧面、外套结构导块分别与调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽配合;如图21、22所示,调节结构支撑套孔外安装有导块限位环,外套结构套孔外侧也安装有导块限位环;内套结构向调节结构支撑上侧滑出,外套结构向调节结构支撑下侧滑出;两个弹簧卡片分别安装在内套结构的一端和外套结构的一端,且两个弹簧卡片位于调节结构支撑两侧,在两个弹簧卡片和调节结构支撑之间安装有两个弹簧,且两弹簧分别外套在内套结构和外套结构上;两个钢丝导环分别安装在两个弹簧卡片上;钢丝导环支撑穿过并安装在调节结构支撑上,且与调节结构支撑套孔并列,两个钢丝导环分别安装在钢丝导环支撑两端。
本发明中增加了第一钢丝调节结构,而在第一钢丝调节结构中大致分为两组钢丝导环,一组安装有弹簧并且可以伸缩如图22所示,一组为固定结构安装,副指第三支架弯曲钢丝通过具有弹簧的钢丝导环,具有弹簧的钢丝导环对副指第三支架弯曲钢丝起到张紧和软限长度的作用,所谓软限钢丝长度就是在副指支架相互之间弯曲的时候,钢丝是随着支架之间弯折而弯折的,通过调节弹簧的拉伸与压缩能够调节钢丝弯折的角度进而使钢丝对支架的拉力达到最佳的状态。对于副指第四支架弯曲钢丝通过第二钢丝调节结构起到相同的作用,而没有弹簧的钢丝导环仅仅起到对副指第四支架弯曲钢丝引导作用。
如图6、7所示,上述第二钢丝调节结构除没有钢丝导环支撑及位于钢丝导环支撑上的钢丝导环外,其结构与第一钢丝调节结构完全相同。
如图5所示,上述第一钢丝驱动轮直径大于第二钢丝驱动轮直径。
当副指第二支架摆动一定的角度时,为了让副指第三支架和副指第四支架相互弯曲,必须使副指第四支架弯曲钢丝的位移大于副指第三钢丝的位移,所以缠绕副指第四弯曲钢丝的第一钢丝驱动轮直径必须大于第二钢丝驱动轮的直径。
上述副指固定摆块在副指摆动轴上转动具有一定的阻力,主指固定摆块通过转轴在主指固定摆块支撑上转动具有一定的阻力。
本发明中可电机控制的自由度为三个,两个副指弯曲,主指弯曲。机械手上还有另外三个自由度,两个副指摆动自由度,和一个主指摆动自由度,设计中这三个没有被控制的自由度,通过具有一定阻力的旋转副固定着,需要人为的根据抓取物体的外形进行调节,在此基础上通过电机弯曲机械指握紧物体。握紧物体的力度通过手指力量调节旋钮控制,本发明中的机械手不是很智能,进而成本很低,但是能够模仿大部分人手的动作,能够适用于需要但是经济条件不好的人们使用。
上述外套在内套结构上的弹簧始终为拉伸状态,外套在外套结构上的弹簧始终为压缩状态。因为手指弯曲的方向是一定的,所以一般情况下,弹簧的状态如上所述。另外选着内套结构上的弹簧为拉伸状态,是因为内套结构能够比外套结构伸出调节结构支撑表面更长的距离。
如图15所示,上述机械指受力结构上下两端各安装有一个钢丝受力环,钢丝通过固定在钢丝受力环上而与机械指受力结构连接。
综上所述,本发明中第一副指和第二副指安装在手指支撑板上,主指安装在手指支撑板上,两个副指模仿人手的食指和中指,主指模仿人手的拇指,三根机械指的使用能够在简化结构的基础上,基本仿真人手的抓取运动。每个机械指上安装有弯曲电机,通过弯曲电机拉伸钢丝来控制每个机械指的弯曲运动;另外,每个机械指可以通过人为相互之间摆动并且固定在一定的位置上使用。本发明中还增加钢丝调节结构,能够在弯曲电机通过拉伸钢丝控制机械指的时候调节钢丝的横向运动幅度,来进一步增加机械指的运动稳定性和定位准确性,具有较好的实用效果;又因为机械指之间的摆动通过人为控制,所以在能够很好的仿真手指运动的同时,结构更为简单。

Claims (5)

1.一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:它包括第二副指、第一副指、副指固定摆块、独立电源、主指、手指支撑板、机械手固定结构、机械手固定套、手指力量调节旋钮、副指摆动轴、主指固定摆块、主指固定摆块支撑,其中两个副指摆动轴安装在手指支撑板一侧的两端,第一副指和第二副指均通过副指固定摆块分别安装在两个副指摆动轴上,主指固定摆块支撑安装在手指支撑板上,主指固定摆块通过转轴安装在主指固定摆块支撑上,独立电源安装在手指支撑板上,副指与独立电源位于手指支撑板两侧,机械手固定结构安装在手指支撑板上且与独立电源紧贴,机械手固定套一端安装在机械手固定结构上;手指力量调节旋钮安装在独立电源上;
上述第一副指和第二副指具有相同的结构,对于任意一个副指,它包括固定环、副指第一支架、副指第二支架、第一钢丝调节结构、机械指受力结构、副指第三支架、第二钢丝调节结构、副指第四支架、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、副指第一支架圆柱销、第一钢丝驱动轮、第二钢丝驱动轮、钢丝调节结构支架、副指第三支架圆柱销、副指第四支架圆柱销、副指第四支架弯曲钢丝、副指第三支架弯曲钢丝、手指弯曲电机、弯曲电机固定结构,其中副指第一支架安装在副指固定摆块上,副指第二支架通过固定在副指第一支架上的副指第一支架圆柱销安装在副指第一支架上,副指第三支架通过固定在副指第三支架上的副指第三支架圆柱销安装在副指第二支架上,副指第四支架通过固定在副指第四支架上的副指第四支架圆柱销安装在副指第三支架上,第一钢丝驱动轮和第二钢丝驱动轮并排安装在副指第一支架圆柱销上,第一钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第二支架上且靠近副指第三支架处,第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在副指第三支架上且靠近副指第四支架处;两个机械指受力结构分别安装在副指第三支架和副指第四支架上,且安装在副指第三支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第二支架,安装在副指第四支架上的机械指受力结构安装位置靠近副指第三支架;固定环安装在副指第二支架侧面,且轴线与副指第一支架圆柱销轴线重合,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在副指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接;副指第三支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第三支架上的机械指受力结构上端,穿过第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第二钢丝驱动轮上并从第二钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第三支架弯曲钢丝交叉后穿过第一钢丝调节结构下端,最后连接在安装在副指第三支架上的机械指受力结构下端;副指第四支架弯曲钢丝一端连接安装在副指第四支架上的机械指受力结构上端,经过第二钢丝调节结构上端、第一钢丝调节结构上端,从下侧缠绕在第一钢丝驱动轮上,并从第一钢丝驱动轮上侧伸出,经过与之前的副指第四支架弯曲钢丝交叉,穿过第一钢丝调节结构下侧,第二钢丝调节结构下侧,最后连接到安装在副指第四支架上的机械指受力结构下端;
上述主指包括主指第三支架、主指第二支架、主指第一支架、主指第一支架圆柱销、弯曲电机固定结构、第三钢丝驱动轮、主指固定摆块、主指第三支架圆柱销、固定环、机械指驱动皮带轮、弯曲电机驱动皮带轮、手指弯曲电机、机械指受力结构、第二钢丝调节结构、钢丝调节结构支架,其中主指第一支架安装在主指固定摆块上,主指第二支架通过固定在主指第一支架上的主指第一支架圆柱销安装在主指第一支架上,主指第三支架通过固定在主指第三支架上的主指第三支架圆柱销安装在主指第二支架上,第三钢丝驱动轮安装在主指第一支架圆柱销上;第二钢丝调节结构通过钢丝调节结构支架安装在主指第二支架上且靠近主指第三支架,机械指受力结构安装在主指第三支架上且靠近主指第二支架;固定环安装在主指第二支架侧面,且轴线与主指第一支架圆柱销轴线重合,机械指驱动皮带轮安装在固定环上,手指弯曲电机通过弯曲电机固定结构安装在主指第一支架上,弯曲电机驱动皮带轮安装在手指弯曲电机转轴上,弯曲电机驱动皮带轮通过皮带与机械指驱动皮带轮连接;
上述第一钢丝调节结构包括调节结构支撑、弹簧卡片、钢丝导环、弹簧、钢丝导环支撑、内套结构、外套结构、调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽、内套结构导块、外套结构导块、外套结构套孔、内套结构导块滑槽、导块限位环,其中调节结构支撑安装在钢丝调节机构支架上,调节结构支撑上开有调节结构支撑套孔,调节结构支撑套孔侧面开有外套结构导块滑槽;外套结构为空心圆柱体,外套结构上开有外套结构套孔,外套结构套孔侧面开有内套结构导块滑槽,外套结构外侧一端安装有外套结构导块,内套结构外侧一端安装有内套结构导块;内套结构外侧面、内套结构导块分别与外套结构套孔、内套机构导块滑槽配合;外套结构外侧面、外套结构导块分别与调节结构支撑套孔、外套结构导块滑槽配合;调节结构支撑套孔外安装有导块限位环,外套结构套孔外侧也安装有导块限位环;内套结构向调节结构支撑上侧滑出,外套结构向调节结构支撑下侧滑出;两个弹簧卡片分别安装在内套结构的一端和外套结构的一端,且两个弹簧卡片位于调节结构支撑两侧,在两个弹簧卡片和调节结构支撑之间安装有两个弹簧,且两弹簧分别外套在内套结构和外套结构上;两个钢丝导环分别安装在两个弹簧卡片上;钢丝导环支撑穿过并安装在调节结构支撑上,且与调节结构支撑套孔并列,两个钢丝导环分别安装在钢丝导环支撑两端;
上述第二钢丝调节结构除没有钢丝导环支撑及位于钢丝导环支撑上的钢丝导环外,其结构与第一钢丝调节结构完全相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:上述第一钢丝驱动轮直径大于第二钢丝驱动轮直径。
3.根据权利要求1所述的一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:上述副指固定摆块在副指摆动轴上转动具有一定的阻力,主指固定摆块通过转轴在主指固定摆块支撑上转动具有一定的阻力。
4.根据权利要求1所述的一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:上述外套在内套结构上的弹簧始终为拉伸状态,外套在外套结构上的弹簧始终为压缩状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于钢丝传动的多自由度机械手,其特征在于:上述机械指受力结构上下两端各安装有一个钢丝受力环,钢丝通过固定在钢丝受力环上而与机械指受力结构连接。
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