CN111761603A - 一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，包括驱动部、夹持部和直线驱动器；驱动部包括两块等腰梯形结构的驱动板，两块驱动板的上底相对滚动铰接；夹持部的数量为两个，且分别对称布置在驱动部的两侧；夹持部包括两块等腰梯形结构的夹持板，两块夹持板的下底相对滚动铰接；两块夹持板同侧的腰分别与两块驱动板同侧的腰相对滚动铰接；直线驱动器的两端分别与两块驱动板靠近其下底的板面处铰接。本发明通过在驱动板和夹持板上自由灵活的进行折痕排列以及折痕角度的设计，能够产生大量组成夹持器结构的基础单元构型，相较于传统夹持器，设计灵活性高，结构更简单。

Description

一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器

技术领域

本发明涉及工业工程、航天探索、医疗器械、机器人等高尖端科学技术领域，更具体的说是涉及一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器。

背景技术

随着科技的发展，各种机器人的应用规模越来越大，所工作的环境越来越复杂，机器人所抓持的对象也越来越多样化，传统的夹持装置在一些特定的场合已经不能满足工作任务的要求。例如在对较大体积目标进行抓取时，要求夹持器具有较大的夹持范围，较大的抓取力，和较高的抓取稳定性等，这使得针对大型目标抓取的机械手末端夹持器的设计极具挑战性，此外，大夹持范围导致夹持器尺寸较大，这就要求夹持器具有折叠展开功能以方便储藏和运输，而大的抓取力和高稳定性则要求夹持器具备较好的结构刚度。

因此，如何提供一种针对体积较大目标进行抓取时具有夹持范围广，夹持稳定性高，夹持力大，并且具有折叠展开功能的夹持器，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，包括：驱动部、夹持部和直线驱动器；

所述驱动部包括两块等腰梯形结构的驱动板，两块所述驱动板的上底相对滚动铰接；

所述夹持部的数量为两个，且分别对称布置在所述驱动部的两侧；所述夹持部包括两块等腰梯形结构的夹持板，两块所述夹持板的下底相对滚动铰接；两块所述夹持板同侧的腰分别与两块所述驱动板同侧的腰相对滚动铰接；

所述直线驱动器的两端分别与两块所述驱动板靠近其下底的板面处铰接。

通过上述技术方案，本发明采用了Miura-Ori折纸原理，驱动部和每个夹持部都组成一个Miura-Ori折纸单元，通过在驱动板和夹持板上自由灵活的进行折痕排列以及折痕角度的设计，能够产生大量组成夹持器结构的基础单元构型，相较于传统夹持器，设计灵活性高，结构更简单。

折纸结构具有结构简单、灵活性高、易于控制、加工成本低、适用范围广等优点，在可展开式结构、结构组装与自成型等领域有着广阔的应用前景。折纸结构的这些优点使得其可用于可展式夹持器的结构设计。直线驱动器具有稳定性好、响应快、输出力大和成本低等特点，适宜于作为可展式夹持器的动力输入来源，能满足夹持器所需的输出力、响应速度和夹持稳定性的工作要求。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，所述驱动板和夹持板的形状尺寸相同。使得结构整体性更强。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，所述夹持板朝向所述驱动板的下底处的折角通过倒直角处理。防止驱动板和夹持板在折叠时的位置干涉。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，当所述直线驱动器带动两块所述驱动板在同一平面时，所述夹持板同时与所述驱动板在同一平面；当所述直线驱动器带动所述驱动板和夹持板进行折叠运动时，两块所述驱动板的上底之间的连接线、以及所述驱动板与夹持板的腰之间的连接线形成向外弯折的山线折痕；两块所述夹持板的下底之间的连接线形成向内弯折的谷线折痕。控制简单方便，且在非工作状态下可以完全展开为一个平板而节约空间资源，方便储存与运输。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，所述驱动板和夹持板的厚度不产生折叠干涉。根据不同的使用需求，可以对厚度进行相应的调整。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，所述驱动板和夹持板的相对滚动铰接处的边沿通过倒圆角处理。提高滚动铰接运动的顺畅度和稳定性。

本发明还提供了相应的基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，包括第一铰接板、第二铰接板、第一钢丝绳和第二钢丝绳；

所述第一铰接板的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第一矩形槽；所述第一矩形槽的外露边沿具有凸出的第一弧形对接铰块；所述第一矩形槽的内部两个折角处开设有上下贯通的第一通孔和第二通孔；

所述第二铰接板的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第二矩形槽；所述第二矩形槽的外露边沿具有凸出的第二弧形对接铰块，所述第二弧形对接铰块和第一弧形对接铰块相对滚动贴合，且其两端与所述第一铰接板和第二铰接板的对接处分别形成第三通孔和第四通孔；所述第二矩形槽的内部两个折角处开设有上下贯通的第五通孔和第六通孔；

所述第一钢丝绳的两端分别从所述第一通孔和第二通孔的上方向下穿入，再从所述第三通孔和第四通孔的下方向上穿出，最后从所述第五通孔和第六通孔的上方向下穿入后对接绑定；

所述第二钢丝绳的两端分别从所述第五通孔和第六通孔的上方向下穿入，再从所述第三通孔和第四通孔的下方向上穿出，最后从所述第一通孔和第二通孔的上方向下穿入后对接绑定。

通过上述技术方案，本发明提供的相对滚动铰接结构适用于基于厚板折纸结构的可展式夹持器中，连接简单方便，滚动铰接效果好，简化了现有的复杂结构。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构中，所述第一钢丝绳和第二钢丝绳的绳体内嵌在所述第一矩形槽和第二矩形槽内。矩形槽的设计目的在于为第一钢丝绳和第二钢丝绳提供安装槽，防止钢丝绳突出，影响运动效果。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构中，所述第一铰接板和第二铰接板的对接处边沿通过倒圆角处理。提高滚动铰接运动的顺畅度和稳定性。

优选的，在上述一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构中，所述第一钢丝绳和第二钢丝绳绑定后的紧固力能够保证第一弧形对接铰块和第二弧形对接铰块贴合并进行相对滚动。能够对连接的紧固作用力进行适应性的调整。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，具有以下有益效果：

1、本发明采用了Miura-Ori折纸原理，驱动部和每个夹持部都组成一个Miura-Ori折纸单元，通过在驱动板和夹持板上自由灵活的进行折痕排列以及折痕角度的设计，能够产生大量组成夹持器结构的基础单元构型，相较于传统夹持器，设计灵活性高，结构更简单。

2、本发明所设计的夹持器相比于传统的夹持器优势在于结构只具有一个自由度的特点，所需驱动简单，只需要一个动力输入。

3、本发明所设计的夹持器相比于传统的夹持器优势在于机械效率高，末端夹持范围广，夹持稳定性高，夹持力大，在非工作状态下可以完全展开为一个平板而节约空间资源，方便储存与运输。

4、本发明所设计的夹持器具有灵活性高、易于控制、加工成本低、适用范围广等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的可展式夹持器工作状态的结构示意图；

图2附图为本发明提供的可展式夹持器非工作状态的结构示意图；

图3附图为本发明提供的可展式夹持器展开时折痕的结构示意图；

图4附图为本发明提供的相对滚动铰接结构的结构示意图。

其中：

1-驱动部；

11-驱动板；

2-夹持部；

21-夹持板；

3-直线驱动部；

4-山线折痕；

5-谷线折痕；

6-第一铰接板；

61-第一矩形槽；

62-第一弧形对接铰块；

63-第一通孔；

64-第二通孔；

7-第二铰接板；

71-第二矩形槽；

72-第二弧形对接铰块；

73-第三通孔；

74-第四通孔；

75-第五通孔；

76-第六通孔；

8-第一钢丝绳；

9-第二钢丝绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见附图1至附图3，本发明实施例公开了一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，包括：驱动部1、夹持部2和直线驱动器3；

驱动部1包括两块等腰梯形结构的驱动板11，两块驱动板11的上底相对滚动铰接；

夹持部2的数量为两个，且分别对称布置在驱动部1的两侧；夹持部2包括两块等腰梯形结构的夹持板21，两块夹持板21的下底相对滚动铰接；两块夹持板21同侧的腰分别与两块驱动板11同侧的腰相对滚动铰接；

直线驱动器3的两端分别与两块驱动板11靠近其下底的板面处铰接。

为了进一步优化上述技术方案，驱动板11和夹持板21的形状尺寸相同。

为了进一步优化上述技术方案，夹持板21朝向驱动板的11下底处的折角通过倒直角处理。

为了进一步优化上述技术方案，当直线驱动器3带动两块驱动板11在同一平面时，夹持板21同时与驱动板11在同一平面；当直线驱动器3带动驱动板11和夹持板21进行折叠运动时，两块驱动板11的上底之间的连接线、以及驱动板11与夹持板21的腰之间的连接线形成向外弯折的山线折痕4；两块夹持板21的下底之间的连接线形成向内弯折的谷线折痕5。

为了进一步优化上述技术方案，驱动板11和夹持板21的厚度不产生折叠干涉。

为了进一步优化上述技术方案，驱动板11和夹持板21的相对滚动铰接处的边沿通过倒圆角处理。

采用直线驱动器3作为驱动源，对直线驱动器3进行伸缩驱动，进而驱动夹持器进行折展运动以此来实现夹持功能。夹持器展开的状态如图2所示，工作夹持的状态如图1所示，通过两组两块夹持板21之间的尖角进行夹持。

实施例2：

参见附图4，本发明实施例公开了一种实施例1中基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，包括第一铰接板6、第二铰接板7、第一钢丝绳8和第二钢丝绳9；

第一铰接板6的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第一矩形槽61；第一矩形槽61的外露边沿具有凸出的第一弧形对接铰块62；第一矩形槽61的内部两个折角处开设有上下贯通的第一通孔63和第二通孔64；

第二铰接板7的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第二矩形槽71；第二矩形槽71的外露边沿具有凸出的第二弧形对接铰块72，第二弧形对接铰块72和第一弧形对接铰块62相对滚动贴合，且其两端与第一铰接板6和第二铰接板7的对接处分别形成第三通孔73和第四通孔74；第二矩形槽72的内部两个折角处开设有上下贯通的第五通孔75和第六通孔76；

第一钢丝绳8的两端分别从第一通孔63和第二通孔64的上方向下穿入，再从第三通孔73和第四通孔74的下方向上穿出，最后从第五通孔75和第六通孔76的上方向下穿入后对接绑定；

第二钢丝绳9的两端分别从第五通孔75和第六通孔76的上方向下穿入，再从第三通孔73和第四通孔74的下方向上穿出，最后从第一通孔63和第二通孔64的上方向下穿入后对接绑定。

为了进一步优化上述技术方案，第一钢丝绳8和第二钢丝绳9的绳体内嵌在第一矩形槽61和第二矩形槽71内。

为了进一步优化上述技术方案，第一铰接板6和第二铰接板7的对接处边沿通过倒圆角处理。

为了进一步优化上述技术方案，第一钢丝绳8和第二钢丝绳9绑定后的紧固力能够保证第一弧形对接铰块62和第二弧形对接铰块72贴合并进行相对滚动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，包括：驱动部(1)、夹持部(2)和直线驱动器(3)；

所述驱动部(1)包括两块等腰梯形结构的驱动板(11)，两块所述驱动板(11)的上底相对滚动铰接；

所述夹持部(2)的数量为两个，且分别对称布置在所述驱动部(1)的两侧；所述夹持部(2)包括两块等腰梯形结构的夹持板(21)，两块所述夹持板(21)的下底相对滚动铰接；两块所述夹持板(21)同侧的腰分别与两块所述驱动板(11)同侧的腰相对滚动铰接；

所述直线驱动器(3)的两端分别与两块所述驱动板(11)靠近其下底的板面处铰接。

2.根据权利要求1所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，所述驱动板(11)和夹持板(21)的形状尺寸相同。

3.根据权利要求1所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，所述夹持板(21)朝向所述驱动板的(11)下底处的折角通过倒直角处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，当所述直线驱动器(3)带动两块所述驱动板(11)在同一平面时，所述夹持板(21)同时与所述驱动板(11)在同一平面；当所述直线驱动器(3)带动所述驱动板(11)和夹持板(21)进行折叠运动时，两块所述驱动板(11)的上底之间的连接线、以及所述驱动板(11)与夹持板(21)的腰之间的连接线形成向外弯折的山线折痕(4)；两块所述夹持板(21)的下底之间的连接线形成向内弯折的谷线折痕(5)。

5.根据权利要求4所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，所述驱动板(11)和夹持板(21)的厚度不产生折叠干涉。

6.根据权利要求1所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器，其特征在于，所述驱动板(11)和夹持板(21)的相对滚动铰接处的边沿通过倒圆角处理。

7.一种权利要求1-6任一项所述的基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，其特征在于，包括第一铰接板(6)、第二铰接板(7)、第一钢丝绳(8)和第二钢丝绳(9)；

所述第一铰接板(6)的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第一矩形槽(61)；所述第一矩形槽(61)的外露边沿具有凸出的第一弧形对接铰块(62)；所述第一矩形槽(61)的内部两个折角处开设有上下贯通的第一通孔(63)和第二通孔(64)；

所述第二铰接板(7)的一侧边的上下板面具有对应的向内凹陷的第二矩形槽(71)；所述第二矩形槽(71)的外露边沿具有凸出的第二弧形对接铰块(72)，所述第二弧形对接铰块(72)和第一弧形对接铰块(62)相对滚动贴合，且其两端与所述第一铰接板(6)和第二铰接板(7)的对接处分别形成第三通孔(73)和第四通孔(74)；所述第二矩形槽(72)的内部两个折角处开设有上下贯通的第五通孔(75)和第六通孔(76)；

所述第一钢丝绳(8)的两端分别从所述第一通孔(63)和第二通孔(64)的上方向下穿入，再从所述第三通孔(73)和第四通孔(74)的下方向上穿出，最后从所述第五通孔(75)和第六通孔(76)的上方向下穿入后对接绑定；

所述第二钢丝绳(9)的两端分别从所述第五通孔(75)和第六通孔(76)的上方向下穿入，再从所述第三通孔(73)和第四通孔(74)的下方向上穿出，最后从所述第一通孔(63)和第二通孔(64)的上方向下穿入后对接绑定。

8.根据权利要求7所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，其特征在于，所述第一钢丝绳(8)和第二钢丝绳(9)的绳体内嵌在所述第一矩形槽(61)和第二矩形槽(71)内。

9.根据权利要求7所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，其特征在于，所述第一铰接板(6)和第二铰接板(7)的对接处边沿通过倒圆角处理。

10.根据权利要求7所述的一种基于厚板折纸结构的可展式夹持器的相对滚动铰接结构，其特征在于，所述第一钢丝绳(8)和第二钢丝绳(9)绑定后的紧固力能够保证第一弧形对接铰块(62)和第二弧形对接铰块(72)贴合并进行相对滚动。

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