CN113386161B - 一种抗蠕变绳驱机械手指 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手指技术领域，且公开了一种抗蠕变绳驱机械手指，包括指节、绳驱动系统和关节锁定系统；所述指节包括第一指节、第二指节和第三指节；所述第一指节、第二指节和第三指节之间均通过关节锁定系统连接，且第一指节、第二指节和第三指节之间通过绳驱动系统传动。该抗蠕变绳驱机械手指，通过设计温度驱动的关节锁定系统，避免了绳驱式机械手在高温下驱动绳在负载作用下蠕变的问题。并通过合理的设计关节结构，保障在常温下关节灵活。另外通过设计调整螺套可以进行磨损补偿及锁定稳定阈值的调整，极有较高的灵活性和实用性。

Description

一种抗蠕变绳驱机械手指

技术领域

本发明涉及机械手指技术领域，具体为一种抗蠕变绳驱机械手指。

背景技术

作为机器人的执行机构的一种，相比于传统的更接近工业工具的执行末端，仿人机械手在原本为人类设计的场景具备更好的适应性，得到了越来越多的应用。而另一方面，作为替代人类进行危险复杂环境作业的机器人，仿人机械手也需要适应人类无法工作的复杂环境，例如高温高压，有毒有害的冶金、化工、火灾等生产或救援场景。

机械手目前有连杆传动、绳(丝)传动、关节直驱及软体结构等，其中绳传动由于可以极大的缩小传动尺寸，并通过较长的传动链将动力源后置，在仿人机械手上获得了较为广泛的应用。但也由于绳传动需要钢丝持续处于张紧状态，在一些需要长时间保持握力的场合容易发生蠕变，尤其是在高温环境中，高温会加剧金属的蠕变，导致机械手的握力变化或进一步导致机械手结构损坏。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种抗蠕变绳驱机械手指。

本发明提供如下技术方案：一种抗蠕变绳驱机械手指，包括指节、绳驱动系统和关节锁定系统；

所述指节包括第一指节、第二指节和第三指节；

所述第一指节、第二指节和第三指节之间均通过关节锁定系统连接，且第一指节、第二指节和第三指节之间通过绳驱动系统传动。

优选的，所述绳驱动系统采用键-滑轮结构，驱动形式为拉-拉闭环驱动，每个关节由两条拉绳驱动。

一种关节锁定系统，包括关节轴、蝶形垫片、膨胀锥、调整螺套和锁紧螺母，所述蝶形垫片套在关节轴的轴帽处，且关节轴的另一端通过膨胀锥、调整螺套和锁紧螺母紧固。

优选的，所述膨胀锥所采用材料的热膨胀系数大于指节所采用材料的膨胀系数，所述膨胀锥与关节轴枢转固定，沿轴线可滑动，膨胀锥外表面为锥面，并与指节的内锥面锥度一致。

优选的，常温情况下膨胀锥的外表面与指节的内锥面留有间隙，关节可以在绳索拉力的作用下自由转动。

优选的，所述指节上内置的温度传感器在检测到温度到达锁定阈值后，可降低绳索的张紧力，绳索应力降低，当温度降低至阈值附近时，可控制绳索再次张紧。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

该抗蠕变绳驱机械手指，通过设计温度驱动的关节锁定系统，避免了绳驱式机械手在高温下驱动绳在负载作用下蠕变的问题。并通过合理的设计关节结构，保障在常温下关节灵活。另外通过设计调整螺套可以进行磨损补偿及锁定稳定阈值的调整，极有较高的灵活性和实用性。

附图说明

图1为本发明机械手指结构示意图；

图2为本发明图1的侧视结构示意图；

图3为本发明图1的剖视结构示意图；

图4为本发明图1的拆分结构示意图；

图5为本发明第三指节绳驱动形式结构示意图；

图6为本发明第二指节绳驱动形式结构示意图；

图7为本发明第一指节绳驱动形式结构示意图。

图中：1、指节；101、第一指节；102、第二指节；103、第三指节；2、绳驱动系统；3、关节锁定系统；301、关节轴；302、蝶形垫片；303、膨胀锥；304、调整螺套；305、锁紧螺母。

具体实施方式

为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1-7，一种抗蠕变绳驱机械手指，包括指节1、绳驱动系统2和关节锁定系统3；

所述指节1包括第一指节101、第二指节102和第三指节103；

所述第一指节101、第二指节102和第三指节103之间均通过关节锁定系统3连接，且第一指节101、第二指节102和第三指节103之间通过绳驱动系统2传动。

所述绳驱动系统2采用键-滑轮结构，驱动形式为拉-拉闭环驱动，每个关节由两条拉绳驱动，无弹性单元，以免在高温下弹性单元蠕变失效或导致负载急剧变化。

拉-拉闭环形式的绳驱动结构虽然可以减少弹性负载的影响，但是机械手在抓取时需要抵抗被抓取物的负载，抓取物体或保持机械手对被抓取物包络的力由绳产生，一侧的绳为保持手指的定位需要持续张紧。目前拉绳为多为刚强度金属丝，如不锈钢、镍基合金等，或高强度有机纤维材料如凯夫拉，200-300℃的高温会使有机纤维强度迅速下降甚至破坏，因此应用于高温环境中的绳驱动机械多采用金属丝，金属材料在高温环境下有应力松弛或蠕变现象，尤其是在温度超过金属熔点60％以上的环境中，大部分金属会在低于屈服极限的应力下持续伸长直至断裂。

所述关节锁定系统3包括关节轴301、蝶形垫片302、膨胀锥303、调整螺套304和锁紧螺母305，所述蝶形垫片302套在关节轴301的轴帽处，且关节轴301的另一端通过膨胀锥303、调整螺套304和锁紧螺母305紧固。

所述膨胀锥303所采用材料的热膨胀系数大于指节1所采用材料的膨胀系数，所述膨胀锥303与关节轴301枢转固定，沿轴线可滑动，膨胀锥303外表面为锥面，并与指节1的内锥面锥度一致，膨胀锥303的外表面锥度应根据摩擦锥原理使得两个锥面压紧的情况下可以自锁。

常温情况下膨胀锥303的外表面与指节1的内锥面留有间隙，关节可以在绳索拉力的作用下自由转动，蝶形垫片302用于将膨胀锥推向锥面相互远离的一侧，防止在常温工作时锥面相互摩擦导致的异常锁定或阻力不稳定。调整螺套304可以调整膨胀锥303与第二指节102之间的初始间隙，以便在特定温度下实现锁定，并且可以定期进行调整，以便补偿锥面磨损量或通过调整间隙改变锁定阈值稳定。

高温情况下膨胀锥303的热膨胀量大于第二指节102内锥面膨胀量，膨胀锥303的滑移被调整螺套304限制，进而压缩蝶形垫片302，并与第二指节102的内锥面形成自锁的紧配合。机械手关节上内置的温度传感器在检测到温度到达锁定阈值后，可降低绳索的张紧力，绳索应力降低，此次由于关节已经自锁，机械手仍可保持原有包络状态，继续握持负载；

当温度降低至阈值附近时，可控制绳索再次张紧。温度低至阈值时，膨胀锥303原有尺寸，并在蝶形垫片304下与第二指节102的内锥面分离，机械手可恢复自由运动。

进一步的为保障高温性能，蝶形垫片的材料为耐高温合金，如耐高温合金钢或镍基合金。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种抗蠕变绳驱机械手指，其特征在于：包括指节(1)、绳驱动系统(2)和关节锁定系统(3)；

所述指节(1)包括第一指节(101)、第二指节(102)和第三指节(103)；

所述第一指节(101)、第二指节(102)和第三指节(103)之间均通过关节锁定系统(3)连接，且第一指节(101)、第二指节(102)和第三指节(103)之间通过绳驱动系统(2)传动；

所述关节锁定系统(3)包括关节轴(301)、蝶形垫片(302)、膨胀锥(303)、调整螺套(304)和锁紧螺母(305)，所述蝶形垫片(302)套在关节轴(301)的轴帽处，且关节轴(301)的另一端通过膨胀锥(303)、调整螺套(304)和锁紧螺母(305)紧固；

所述膨胀锥(303)所采用材料的热膨胀系数大于指节(1)所采用材料的膨胀系数，所述膨胀锥(303)与关节轴(301)枢转固定，沿轴线可滑动，膨胀锥(303)外表面为锥面，并与指节(1)的内锥面锥度一致；

常温情况下膨胀锥(303)的外表面与指节(1)的内锥面留有间隙，关节可以在绳索拉力的作用下自由转动；

所述指节(1)上内置的温度传感器在检测到温度到达锁定阈值后，可降低绳索的张紧力，绳索应力降低，当温度降低至阈值附近时，可控制绳索再次张紧。

2.根据权利要求1所述的一种抗蠕变绳驱机械手指，其特征在于：所述绳驱动系统(2)采用键-滑轮结构，驱动形式为拉-拉闭环驱动，每个关节由两条拉绳驱动。

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