CN106113018A - 一种适用于变径杆的柔性环抱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于变径杆的柔性环抱装置，包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构；环抱执行机构包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节转轴、第二关节转轴、第三关节转轴和第四关节转轴，环抱施力机构包括第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴、第三后推杆轴、第一受力轴、第二受力轴、第三受力轴、第四受力轴、第一施力轴、第二施力轴、第三施力轴、第一前推杆、第二前推杆、第三前推杆、第一后推杆、第二后推杆、第三后推杆、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆。本发明可以完成在圆锥形变径杆件、阶梯型变径杆件以及不同直径尺寸圆柱形杆件等多变径情况下的环抱动作。

Description

一种适用于变径杆的柔性环抱装置

技术领域

本发明涉及杆件夹持装置领域，更具体地说，尤其涉及一种适用于变径杆的柔性环抱装置。

背景技术

目前，现有的杆件攀爬机器人环抱装置主要分为全包覆式、半包覆式以及夹持式等。在机器人沿杆件攀爬过程中，环抱装置的主要作用一是包覆杆件使机器人攀附在杆件表面；二是通过施加径向作用力，为攀爬机构提供可靠的摩擦驱动力。在完成攀爬条件的基础上，现有的环抱机构针对杆件形状尺寸的适应性较低，尤其是当攀爬较大变径尺寸的杆件时同等体积的机器人环抱装置在结构功能上仍然略显不足或只能完成小范围变径杆件的攀爬。现有的杆件攀爬机器人并没有相应结构完成多变径杆件、大变径尺寸杆件的包覆动作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的杆件攀爬机器人环抱装置无法完成多变径杆件和大变径尺寸杆件的包覆和攀爬问题，提供了一种适用于变径杆的柔性环抱装置，该装置既可以攀附在杆件表面，为攀爬机构提供可靠的攀附驱动力，也能够适应较大的变径尺寸范围，还可以完成在圆锥形变径杆件、阶梯型变径杆件以及不同直径尺寸圆柱形杆件等多变径情况下的环抱动作。

本发明的技术方案是这样实现的：一种适用于变径杆的柔性环抱装置，包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构；

所述驱动机构包括箱体、步进电机、联轴器、后轴承座、前轴承座、蜗杆、不完全蜗轮、蜗轮转轴、主推杆、推杆转轴和卡簧，所述步进电机固定在箱体的后端，步进电机通过联轴器连接所述蜗杆的一端，蜗杆的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座和后轴承座上，所述前轴承座和后轴承座均固定在所述箱体内部，所述步进电机的转轴、联轴器、蜗杆、后轴承座和前轴承座的轴心位于同一条直线上；所述不完全蜗轮通过蜗轮转轴铰接在所述箱体上，所述不完全蜗轮与所述蜗杆啮合，所述不完全蜗轮与其轴向垂直的中心面与箱体的中心面重合，不完全蜗轮的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮上还安装有推杆转轴，所述主推杆的后端通过所述推杆转轴铰接在所述不完全蜗轮上；

所述环抱执行机构包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节转轴、第二关节转轴、第三关节转轴和第四关节转轴，所述箱体的前端和第一关节的前端通过第一关节转轴铰接，所述第一关节的后端和第二关节的前端通过第二关节转轴铰接，所述第二关节的后端和第三关节的前端通过第三关节转轴铰接，所述第三关节的后端和第四关节的前端通过第四关节转轴铰接；所述第一关节、第二关节、第三关节和第四关节均由关节左侧板、关节右侧板和间隔柱构成，关节左侧板通过均布的多个间隔柱与关节右侧板固定连接；所述关节左侧板和关节右侧板的中心位置均开设有幺型孔滑槽；

所述环抱施力机构包括第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴、第三后推杆轴、第一受力轴、第二受力轴、第三受力轴、第四受力轴、第一施力轴、第二施力轴、第三施力轴、第一前推杆、第二前推杆、第三前推杆、第一后推杆、第二后推杆、第三后推杆、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第三伸缩杆、第一伸缩弹簧、第二伸缩弹簧、第三伸缩弹簧；所述主推杆的后端通过第一受力轴铰接在第一关节的前端，所述第一前推杆的前端通过第一施力轴与箱体铰接，所述第一前推杆轴的后端与第一伸缩杆的前端通过第一前推杆轴铰接，所述第一伸缩杆的后端与第一后推杆的前端通过第一后推杆轴铰接，所述第一后推杆的后端通过第二受力轴铰接在第二关节的前端；所述第二前推杆的前端通过第二施力轴铰接在第一关节的后端，所述第二前推杆的后端与第二伸缩杆的前端通过第二前推杆轴铰接，所述第二伸缩杆的后端与第二后推杆的前端通过第二后推杆轴铰接，所述第二后推杆轴的后端通过第三受力轴铰接在第三关节的前端；所述第三前推杆的前端通过第三施力轴交接在第二关节的后端，所述第三前推杆的后端与第三伸缩杆的前端通过第三前推杆轴铰接，所述第三伸缩杆的后端与第三后推杆的前端通过第三后推杆轴铰接，所述第三后推杆轴的前端通过第四受力轴铰接在所述第四关节的前端；所述第一伸缩弹簧套装在所述第一伸缩杆上，所述第二伸缩弹簧套装在所述第二伸缩杆上，所述第三伸缩弹簧套装在第三伸缩杆上；所述第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴和第三后推杆轴的两端均套装有滑块，第一前推杆轴和第一后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第一关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的幺型孔滑槽相配合，第二前推杆轴和第二后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第二关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的幺型孔滑槽相配合，第三前推杆轴和第三后推杆轴通过其左右两端的滑块与所述第三关节的关节左侧板和关节右侧板上开设的幺型孔滑槽相配合。

进一步的，所述第一前推杆轴、第一后推杆轴、第二前推杆轴、第二后推杆轴、第三前推杆轴、第三后推杆轴的两端均与滑块通过螺纹连接，滑块位于第一关节、第二关节和第三关节的幺型孔滑槽内并能沿相应的幺型孔滑槽进行滑动。

进一步的，所述第一前推杆、第二前推杆、第三前推杆、第一后推杆、第二后推杆、第三后推杆、第一伸缩杆、第二伸缩杆和第三伸缩杆均位于第一关节、第二关节、第三关节和箱体的中心面上。

进一步的，所述第一关节转轴、第二关节转轴、第三关节转轴和第四关节转轴上均安装有扭簧。

本发明的有益效果在于：本发明结构简单紧凑，生产成本低，使用方便，能够适应较大的变径杆件的环抱，还可以完成在圆锥形变径杆件、阶梯型变径杆件以及不同直径尺寸圆柱形杆件等多变径情况下的环抱动作；本装置中在每个关节的转轴上均安装有扭簧，可以抵消本装置在传动过程中力的衰减并减轻电机的负载；本装置环抱施力机构提供了一种新的机构，既可以完成变径环抱动作，又可以实现在驱动停转情况下对杆件持续施力的要求，通过伸缩弹簧与滑块的配合，使得本装置具有良好的柔性，可以在完成环抱动作的基础上提供持续的夹持力。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一种适用于变径杆的柔性环抱装置的立体结构示意图。

图2是本发明一种适用于变径杆的柔性环抱装置另一个角度的立体结构示意图。

图3是本发明驱动机构的结构示意图。

图4是本发明驱动机构的俯视图。

图5的本发明环抱执行机构和环抱施力机构的部分视图。

图中，1-箱体、2-步进电机、3-联轴器、4-后轴承座、5-前轴承座、6-蜗杆、7-不完全蜗轮、8-蜗轮转轴、9-主推杆、10-推杆转轴、11-第一关节、12-第二关节、13-第三关节、14-第四关节、15-第一关节转轴、16-第二关节转轴、17-第三关节转轴、18-第四关节转轴、19-关节左侧板、20-关节右侧板、21-间隔柱、22-幺型孔滑槽、23-第一前推杆轴、24-第一后推杆轴、25-第二前推杆轴、26-第二后推杆轴、27-第三前推杆轴、28-第四后推杆轴、29-第一受力轴、30-第二受力轴、31-第三受力轴、32-第四受力轴、33-第一施力轴、34-第二施力轴、35-第三施力轴、36-第一前推杆、37-第二前推杆、38-第三前推杆、39-第一后推杆、40-第二后推杆、41-第三后推杆、42-第一伸缩杆、43-第二伸缩杆、44-第三伸缩杆、45-第一伸缩弹簧、46-第二伸缩弹簧、47-第三伸缩弹簧、48-滑块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

参阅图1～5所示，一种适用于变径杆的柔性环抱装置，其特征在于：包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构。

所述驱动机构包括箱体1、步进电机2、联轴器3、后轴承座4、前轴承座5、蜗杆6、不完全蜗轮7、蜗轮转轴8、主推杆9、推杆转轴10和卡簧，所述步进电机2固定在箱体1的后端，步进电机2通过联轴器3连接所述蜗杆6的一端，蜗杆6的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座5和后轴承座4上，所述前轴承座5和后轴承座4均固定在所述箱体1内部，所述步进电机2的转轴、联轴器3、蜗杆6、后轴承座4和前轴承座5的轴心位于同一条直线上；所述不完全蜗轮7通过蜗轮转轴8铰接在所述箱体1上，所述不完全蜗轮7与所述蜗杆6啮合，所述不完全蜗轮7与其轴向垂直的中心面与箱体1的中心面重合，不完全蜗轮7的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮7上还安装有推杆转轴10，所述主推杆9的后端通过所述推杆转轴10铰接在所述不完全蜗轮7上。

所述环抱执行机构包括第一关节11、第二关节12、第三关节13、第四关节14、第一关节转轴15、第二关节转轴16、第三关节转轴17和第四关节转轴18，所述箱体1的前端和第一关节11的前端通过第一关节转轴15铰接，所述第一关节11的后端和第二关节12的前端通过第二关节转轴16铰接，所述第二关节12的后端和第三关节13的前端通过第三关节转轴17铰接，所述第三关节13的后端和第四关节14的前端通过第四关节转轴18铰接；所述第一关节11、第二关节12、第三关节13和第四关节14均由关节左侧板19、关节右侧板20和间隔柱21构成，关节左侧板19通过均布的多个间隔柱21与关节右侧板20固定连接；所述关节左侧板19和关节右侧板20的中心位置均开设有幺型孔滑槽22。

所述环抱施力机构包括第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27、第三后推杆轴28、第一受力轴29、第二受力轴30、第三受力轴31、第四受力轴32、第一施力轴33、第二施力轴34、第三施力轴35、第一前推杆36、第二前推杆37、第三前推杆38、第一后推杆39、第二后推杆40、第三后推杆41、第一伸缩杆42、第二伸缩杆43、第三伸缩杆44、第一伸缩弹簧45、第二伸缩弹簧46、第三伸缩弹簧47；所述主推杆9的后端通过第一受力轴29铰接在第一关节11的前端，所述第一前推杆36的前端通过第一施力轴33与箱体1铰接，所述第一前推杆轴23的后端与第一伸缩杆42的前端通过第一前推杆轴23铰接，所述第一伸缩杆42的后端与第一后推杆39的前端通过第一后推杆轴24铰接，所述第一后推杆39的后端通过第二受力轴30铰接在第二关节12的前端；所述第二前推杆37的前端通过第二施力轴34铰接在第一关节11的后端，所述第二前推杆37的后端与第二伸缩杆43的前端通过第二前推杆轴25铰接，所述第二伸缩杆43的后端与第二后推杆40的前端通过第二后推杆轴26铰接，所述第二后推杆轴26的后端通过第三受力轴31铰接在第三关节13的前端；所述第三前推杆38的前端通过第三施力轴35交接在第二关节12的后端，所述第三前推杆38的后端与第三伸缩杆44的前端通过第三前推杆轴27铰接，所述第三伸缩杆44的后端与第三后推杆41的前端通过第三后推杆轴28铰接，所述第三后推杆轴28的前端通过第四受力轴32铰接在所述第四关节14的前端。

所述第一伸缩弹簧45套装在所述第一伸缩杆42上，所述第二伸缩弹簧46套装在所述第二伸缩杆43上，所述第三伸缩弹簧47套装在第三伸缩杆44上。在需要松开本装置时只需要关闭步进电机2，第一伸缩杆42在第一伸缩弹簧45的作用下回复到初始位置，第二伸缩杆43在第二伸缩弹簧46的作用下回复到初始位置，第三伸缩杆44在第三伸缩弹簧47的作用下回复的初始位置，从而实现第一关节11、第二关节12、第三关节13和第四关节14的复位。

所述第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27和第三后推杆轴28的两端均套装有滑块48，第一前推杆轴23和第一后推杆轴24通过其左右两端的滑块48与所述第一关节11的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的幺型孔滑槽22相配合，第二前推杆轴25和第二后推杆轴26通过其左右两端的滑块48与所述第二关节12的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的幺型孔滑槽22相配合，第三前推杆轴27和第三后推杆轴28通过其左右两端的滑块48与所述第三关节13的关节左侧板19和关节右侧板20上开设的幺型孔滑槽22相配合。

所述第一前推杆轴23、第一后推杆轴24、第二前推杆轴25、第二后推杆轴26、第三前推杆轴27、第三后推杆轴28的两端均与滑块48通过螺纹连接，滑块48位于第一关节11、第二关节12和第三关节13的幺型孔滑槽22内并能沿相应的幺型孔滑槽22进行滑动。

所述第一前推杆36、第二前推杆37、第三前推杆38、第一后推杆39、第二后推杆40、第三后推杆41、第一伸缩杆42、第二伸缩杆43和第三伸缩杆44均位于第一关节11、第二关节12、第三关节13和箱体1的中心面上。

所述第一关节转轴15、第二关节转轴16、第三关节转轴17和第四关节转轴18上均安装有扭簧。扭簧能够抵消本装置在传动过程中力的衰减，从而减轻电机的负载。

本装置在具体工作时，步进电机2转动，通过联轴器3带动蜗杆6的转动；由于蜗杆6与不完全蜗轮7啮合，所以蜗杆6转动时会带动不完全蜗轮7绕所述蜗轮转轴8在一定范围内进行摆动，摆动幅度由不完全蜗轮7的齿数确定；不完全蜗轮7摆动时带动推杆转轴10一起摆动，由于箱体1和第一关节11通过第一关节转轴15铰接在一起，推杆转轴10摆动时带动主推杆9绕所述推杆转轴10进行来回摆动，从而实现第一关节11的收缩；与此同时，第一关节11整体运动时，由于第一前推杆36的前端通过第一施力轴33与箱体1铰接，第一施力轴33是固定不动的，所述第一前推杆36随着第一关节11的运动而运动，从而带动第一关节11上的滑块48沿其幺型孔滑槽22运动，第一关节11上的滑块48运动时带动第一伸缩杆42运动，从而带动与第一伸缩杆42的后端铰接的第一后推杆39的运动，由于第一关节11和第二关节12通过第二关节转轴16铰接在一起，所以第一后推杆39运动时会带动第二关节12的收缩，以此类推，第三关节13和第四关节14也会跟着一起收缩，从而实现杆件的抱紧。

中部的第二关节12和第三关节13的数量并不限制为只有两个，第一关节11和最后一个关节的结构略有不同，中部可以添加任意数量的关节以及相应的施力机构，从而使本装置能够适应更大直径杆件的环抱。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种适用于变径杆的柔性环抱装置，其特征在于：包括驱动机构、环抱执行机构和环抱施力机构；

所述驱动机构包括箱体(1)、步进电机(2)、联轴器(3)、后轴承座(4)、前轴承座(5)、蜗杆(6)、不完全蜗轮(7)、蜗轮转轴(8)、主推杆(9)、推杆转轴(10)和卡簧，所述步进电机(2)固定在箱体(1)的后端，步进电机(2)通过联轴器(3)连接所述蜗杆(6)的一端，蜗杆(6)的前后两端分别通过轴承固定在前轴承座(5)和后轴承座(4)上，所述前轴承座(5)和后轴承座(4)均固定在所述箱体(1)内部，所述步进电机(2)的转轴、联轴器(3)、蜗杆(6)、后轴承座(4)和前轴承座(5)的轴心位于同一条直线上；所述不完全蜗轮(7)通过蜗轮转轴(8)铰接在所述箱体(1)上，所述不完全蜗轮(7)与所述蜗杆(6)啮合，所述不完全蜗轮(7)与其轴向垂直的中心面与箱体(1)的中心面重合，不完全蜗轮(7)的两侧均通过卡簧进行约束，所述不完全蜗轮(7)上还安装有推杆转轴(10)，所述主推杆(9)的后端通过所述推杆转轴(10)铰接在所述不完全蜗轮(7)上；

所述环抱执行机构包括第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)、第四关节(14)、第一关节转轴(15)、第二关节转轴(16)、第三关节转轴(17)和第四关节转轴(18)，所述箱体(1)的前端和第一关节(11)的前端通过第一关节转轴(15)铰接，所述第一关节(11)的后端和第二关节(12)的前端通过第二关节转轴(16)铰接，所述第二关节(12)的后端和第三关节(13)的前端通过第三关节转轴(17)铰接，所述第三关节(13)的后端和第四关节(14)的前端通过第四关节转轴(18)铰接；所述第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)和第四关节(14)均由关节左侧板(19)、关节右侧板(20)和间隔柱(21)构成，关节左侧板(19)通过均布的多个间隔柱(21)与关节右侧板(20)固定连接；所述关节左侧板(19)和关节右侧板(20)的中心位置均开设有幺型孔滑槽(22)；

所述环抱施力机构包括第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)、第三后推杆轴(28)、第一受力轴(29)、第二受力轴(30)、第三受力轴(31)、第四受力轴(32)、第一施力轴(33)、第二施力轴(34)、第三施力轴(35)、第一前推杆(36)、第二前推杆(37)、第三前推杆(38)、第一后推杆(39)、第二后推杆(40)、第三后推杆(41)、第一伸缩杆(42)、第二伸缩杆(43)、第三伸缩杆(44)、第一伸缩弹簧(45)、第二伸缩弹簧(46)、第三伸缩弹簧(47)；所述主推杆(9)的后端通过第一受力轴(29)铰接在第一关节(11)的前端，所述第一前推杆(36)的前端通过第一施力轴(33)与箱体(1)铰接，所述第一前推杆轴(23)的后端与第一伸缩杆(42)的前端通过第一前推杆轴(23)铰接，所述第一伸缩杆(42)的后端与第一后推杆(39)的前端通过第一后推杆轴(24)铰接，所述第一后推杆(39)的后端通过第二受力轴(30)铰接在第二关节(12)的前端；所述第二前推杆(37)的前端通过第二施力轴(34)铰接在第一关节(11)的后端，所述第二前推杆(37)的后端与第二伸缩杆(43)的前端通过第二前推杆轴(25)铰接，所述第二伸缩杆(43)的后端与第二后推杆(40)的前端通过第二后推杆轴(26)铰接，所述第二后推杆轴(26)的后端通过第三受力轴(31)铰接在第三关节(13)的前端；所述第三前推杆(38)的前端通过第三施力轴(35)交接在第二关节(12)的后端，所述第三前推杆(38)的后端与第三伸缩杆(44)的前端通过第三前推杆轴(27)铰接，所述第三伸缩杆(44)的后端与第三后推杆(41)的前端通过第三后推杆轴(28)铰接，所述第三后推杆轴(28)的前端通过第四受力轴(32)铰接在所述第四关节(14)的前端；所述第一伸缩弹簧(45)套装在所述第一伸缩杆(42)上，所述第二伸缩弹簧(46)套装在所述第二伸缩杆(43)上，所述第三伸缩弹簧(47)套装在第三伸缩杆(44)上；所述第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)和第三后推杆轴(28)的两端均套装有滑块(48)，第一前推杆轴(23)和第一后推杆轴(24)通过其左右两端的滑块(48)与所述第一关节(11)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的幺型孔滑槽(22)相配合，第二前推杆轴(25)和第二后推杆轴(26)通过其左右两端的滑块(48)与所述第二关节(12)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的幺型孔滑槽(22)相配合，第三前推杆轴(27)和第三后推杆轴(28)通过其左右两端的滑块(48)与所述第三关节(13)的关节左侧板(19)和关节右侧板(20)上开设的幺型孔滑槽(22)相配合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于变径杆的柔性环抱装置，其特征在于：所述第一前推杆轴(23)、第一后推杆轴(24)、第二前推杆轴(25)、第二后推杆轴(26)、第三前推杆轴(27)、第三后推杆轴(28)的两端均与滑块(48)通过螺纹连接，滑块(48)位于第一关节(11)、第二关节(12)和第三关节(13)的幺型孔滑槽(22)内并能沿相应的幺型孔滑槽(22)进行滑动。

3.根据权利要求1所述的一种适用于变径杆的柔性环抱装置，其特征在于：所述第一前推杆(36)、第二前推杆(37)、第三前推杆(38)、第一后推杆(39)、第二后推杆(40)、第三后推杆(41)、第一伸缩杆(42)、第二伸缩杆(43)和第三伸缩杆(44)均位于第一关节(11)、第二关节(12)、第三关节(13)和箱体(1)的中心面上。

4.根据权利要求1所述的一种适用于变径杆的柔性环抱装置，其特征在于：所述第一关节转轴(15)、第二关节转轴(16)、第三关节转轴(17)和第四关节转轴(18)上均安装有扭簧。