CN113733072B - 一种缩放环模式的半柔性机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种缩放环模式的半柔性机械手，属于柔性机械手领域。它包括连接板、步进电机、主动轮，牵引绳A、牵引绳B、同轴转动装设的绕线轮A和从动轮A、同轴转动装设绕线轮B与从动轮B、滑块、机械手本体和变心调位弹簧；机械手本体包括牵引杆A、牵引杆B、伸缩摩擦杆A、伸缩摩擦杆B、伸缩摩擦杆C、伸缩摩擦杆D、伸缩摩擦杆E、平面扭簧A、平面扭簧B、平面扭簧C、平面扭簧D、平面扭簧E和平面扭簧F。本发明是一种结构简单合理、具有开口环状结构和抓取中心位置自调节功能、通过缩放开口环结构自适应被抓取物体的横截面形状，抓取稳定性更高的半柔性机械手。
Description
技术领域
本发明主要涉及柔性机械手领域，特指一种缩放环模式的半柔性机械手。
背景技术
机械手作为工业机器人的一个重要组成部件因可以抓取或释放物体而受到广泛的关注。现有技术中的机械手大多为纯刚性机械手，在夹持物体时整体不会发生适应物体不规则形状的变形，从而降低了抓取稳定性；更为重要的是，纯刚性机械手抓取非金属薄壁物体尤其陶瓷类制品时，由于因抓取接触面积太小而导致通过增加抓取压力来提高抓取稳定性常常损坏被抓取物体。因此，设计一种半柔性机械手具有十分重要的应用价值。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、具有开口环状结构和抓取中心位置自调节功能、通过缩放开口环结构自适应被抓取物体的横截面形状，抓取稳定性更高的半柔性机械手。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种缩放环模式的半柔性机械手，包括连接板，装设在所述连接板上的步进电机，固定装设在所述步进电机输出轴上的主动轮，牵引绳A和牵引绳B。
所述连接板上同步同轴装设有绕线轮A与从动轮A，所述连接板上同步同轴装设有绕线轮B与从动轮B；所述从动轮A与所述主动轮外啮合，所述从动轮B与所述从动轮A外啮合。
所述连接板上开设有直线型滑块槽，所述滑块槽中滑动装设有滑块，所述滑块上转动装设有机械手本体；所述滑块槽中装设有变心调位弹簧，变心调位弹簧的一端与所述滑块相连，另一端与所述连接板相连。
所述机械手本体包括左端同点铰接装设在所述滑块上的牵引杆A和牵引杆B，左端铰接装设于所述牵引杆A右端的伸缩摩擦杆A，左端铰接装设于所述伸缩摩擦杆A右端的伸缩摩擦杆B，上端铰接装设于所述伸缩摩擦杆B右端的伸缩摩擦杆C，右端铰接装设于所述伸缩摩擦杆C下端的伸缩摩擦杆D，右端铰接装设于所述伸缩摩擦杆D左端的伸缩摩擦杆E，装设在所述伸缩摩擦杆A与伸缩摩擦杆B之间的平面扭簧A，装设在所述伸缩摩擦杆B与伸缩摩擦杆C之间的平面扭簧B，装设在所述伸缩摩擦杆C与伸缩摩擦杆D之间的平面扭簧C，装设在所述伸缩摩擦杆D与伸缩摩擦杆E之间的平面扭簧D，装设在所述伸缩摩擦杆E与牵引杆B之间的平面扭簧E，装设在所述伸缩摩擦杆A与牵引杆A之间的平面扭簧F；所述牵引杆B的右端与伸缩摩擦杆E的左端铰接相连。
所述伸缩摩擦杆A与所述伸缩摩擦杆B、伸缩摩擦杆C、伸缩摩擦杆D以及伸缩摩擦杆E结构完全相同，均包括空心杆A，一端滑动装设在所述空心杆A内部另一端延伸在外的空心杆B，两端分别与相应的铰接点相连且中部穿过所述空心杆A和空心杆B的伸缩螺旋弹簧。
所述平面扭簧A、平面扭簧B、平面扭簧C、平面扭簧D处于零变形状态时，所述伸缩摩擦杆A与所述伸缩摩擦杆B、伸缩摩擦杆C、伸缩摩擦杆D以及伸缩摩擦杆E组成开口环状结构。
平面扭簧E和平面扭簧F处于零变形状态时，所述牵引杆A与伸缩摩擦杆A共线，所述牵引杆B与伸缩摩擦杆E共线。
所述牵引绳A的一端缠绕在所述绕线轮A上，另一端依次穿过所述牵引杆B、伸缩摩擦杆E、伸缩摩擦杆D和伸缩摩擦杆C，并与所述伸缩摩擦杆C上端的铰接点相连；所述牵引绳B的一端缠绕在所述绕线轮B上，另一端依次穿过所述牵引杆A、伸缩摩擦杆A、伸缩摩擦杆B和伸缩摩擦杆C，并与所述伸缩摩擦杆C下端的铰接点相连。
进一步地，所述从动轮B与所述从动轮A结构相同，所述绕线轮B与绕线轮A半径相等。
进一步地，所述变心调位弹簧为拉压螺旋弹簧，其刚度不小于所述伸缩螺旋弹簧刚度的十倍。
进一步地，所述牵引杆A的轴向设有允许所述牵引绳B通过的通孔，所述牵引杆B的轴向设有允许牵引绳A通过的通孔。
进一步地，所述牵引绳A和牵引绳B穿过相对应的伸缩螺旋弹簧。
进一步地，所述开口环状结构关于所述滑块槽的长度方向对称。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种缩放环模式的半柔性机械手设有伸缩摩擦杆和伸缩螺旋弹簧，从而使得本发明的机械手在抓取圆形物体时柔性地改变接触圆的半径；相连的伸缩摩擦杆之间设有铰链和平面扭簧，可以在抓取非圆形物体时柔性地适应被抓取物体的形状，增加接触面积和接触力，提高柔性抓取的稳定性；牵引绳A和牵引绳B缠绕或释放时，变形调位弹簧可以改变本发明机械手的中心位置，从而减小抓取物体时的对准精度，且能够吸收抓取或释放时的冲击力。由此可知，本发明是一种结构简单合理、具有开口环状结构和抓取中心位置自调节功能、通过缩放开口环结构自适应被抓取物体的横截面形状，抓取稳定性更高的半柔性机械手。
附图说明
图1是本发明的一种缩放环模式的半柔性机械手的结构原理示意图。
图中，10—连接板；101—滑块槽；11—步进电机；12—主动轮；13—从动轮A；14—绕线轮A；15—从动轮B；16—绕线轮B；17—牵引绳A；18—牵引绳B；19—滑块；21—伸缩摩擦杆A；22—伸缩摩擦杆B；23—伸缩摩擦杆C；24—伸缩摩擦杆D；25—伸缩摩擦杆E；26—牵引杆A；27—牵引杆B；31—空心杆A；32—空心杆B；33—伸缩螺旋弹簧；41—平面扭簧A；42—平面扭簧B；43—平面扭簧C；44—平面扭簧D；45—平面扭簧E；46—平面扭簧F；47—变心调位弹簧。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明的一种缩放环模式的半柔性机械手，它包括连接板10，装设在连接板10上的步进电机11，固定装设在步进电机11输出轴上的主动轮12，牵引绳A17和牵引绳B18。
连接板10上装设有绕线轮A14与从动轮A13，绕线轮A14与从动轮A13同轴同步转动设置，连接板10上装设有绕线轮B16与从动轮B15，绕线轮B16与从动轮B15同轴同步转动设置；从动轮A13与主动轮12外啮合，从动轮B15与从动轮A13外啮合。
连接板10上开设有直线型滑块槽101，滑块槽101中滑动装设有滑块19，滑块19上转动装设有机械手本体；滑块槽101中装设有变心调位弹簧47，变心调位弹簧47的一端与滑块19相连，另一端与连接板10相连。
机械手本体包括左端同点铰接装设在滑块19上的牵引杆A26和牵引杆B27，左端铰接装设于牵引杆A26右端的伸缩摩擦杆A21，左端铰接装设于伸缩摩擦杆A21右端的伸缩摩擦杆B22，上端铰接装设于伸缩摩擦杆B22右端的伸缩摩擦杆C23，右端铰接装设于伸缩摩擦杆C23下端的伸缩摩擦杆D24，右端铰接装设于伸缩摩擦杆D24左端的伸缩摩擦杆E25，装设在伸缩摩擦杆A21与伸缩摩擦杆B22之间的平面扭簧A41，装设在伸缩摩擦杆B22与伸缩摩擦杆C23之间的平面扭簧B42，装设在伸缩摩擦杆C23与伸缩摩擦杆D24之间的平面扭簧C43，装设在伸缩摩擦杆D24与伸缩摩擦杆E25之间的平面扭簧D44，装设在伸缩摩擦杆E25与牵引杆B27之间的平面扭簧E45，装设在伸缩摩擦杆A21与牵引杆A26之间的平面扭簧F46；牵引杆B27的右端与伸缩摩擦杆E25的左端铰接相连。
伸缩摩擦杆A21与伸缩摩擦杆B22、伸缩摩擦杆C23、伸缩摩擦杆D24以及伸缩摩擦杆E25结构完全相同，均包括空心杆A31，一端滑动装设在空心杆A31内部另一端延伸在外的空心杆B32，两端分别与相应的铰接点相连且中部穿过空心杆A31和空心杆B32的伸缩螺旋弹簧33。
平面扭簧A41、平面扭簧B42、平面扭簧C43、平面扭簧D44处于零变形状态时，伸缩摩擦杆A21与伸缩摩擦杆B22、伸缩摩擦杆C23、伸缩摩擦杆D24以及伸缩摩擦杆E25组成开口环状结构。
平面扭簧E45和平面扭簧F46处于零变形状态时，牵引杆A26与伸缩摩擦杆A21共线，牵引杆B27与伸缩摩擦杆E25共线。
牵引绳A17的一端缠绕在绕线轮A14上，另一端依次穿过牵引杆B27、伸缩摩擦杆E25、伸缩摩擦杆D24和伸缩摩擦杆C23，并与伸缩摩擦杆C23上端的铰接点相连；牵引绳B18的一端缠绕在绕线轮B16上，另一端依次穿过牵引杆A26、伸缩摩擦杆A21、伸缩摩擦杆B22和伸缩摩擦杆C23，并与伸缩摩擦杆C23下端的铰接点相连。
作为优选地，从动轮B15与从动轮A13结构相同，绕线轮B16与绕线轮A14半径相等。
作为优选地，变心调位弹簧47为拉压螺旋弹簧，其刚度不小于伸缩螺旋弹簧33刚度的十倍。
作为优选地，牵引杆A26的轴向设有允许牵引绳B18通过的通孔，牵引杆B27的轴向设有允许牵引绳A17通过的通孔。
作为优选地，牵引绳A17和牵引绳B18穿过相对应的伸缩螺旋弹簧33。
作为优选地，开口环状结构关于滑块槽101的长度方向对称。
本发明的工作原理和工作过程如下：
步进电机11逆时针方向转动，通过主动轮12带动从动轮A13顺时针方向转动，同轴装设的绕线轮A14顺时针方向转动释放牵引绳A17；从动轮A13顺时针方向转动，与从动轮A13外啮合的从动轮B15逆时针方向转动，同轴装设的绕线轮B16逆时针方向释放牵引绳B18。
相反地，步进电机11顺时针方向转动，绕线轮A14逆时针方向转动缠绕牵引绳A17，同时绕线轮B16顺时针方向转动缠绕牵引绳B18；牵引绳A17缠绕时，伸缩螺旋弹簧33的长度逐渐减小，使得空心杆B32逐渐滑进空心杆A31，因此伸缩摩擦杆D24和伸缩摩擦杆E25的长度同时缩短，牵引杆B27逆时针方向转动；牵引绳B18缠绕时，伸缩螺旋弹簧33的长度逐渐减小，使得空心杆B32逐渐滑进空心杆A31，因此伸缩摩擦杆A21和伸缩摩擦杆B22的长度同时缩短，牵引杆A26顺时针方向转动；因此步进电机11顺时针方向转动时，由伸缩摩擦杆A21与伸缩摩擦杆B22、伸缩摩擦杆C23、伸缩摩擦杆D24以及伸缩摩擦杆E25组成开口环状结构的半径逐渐减小，直至压紧被抓取的物体，这里被抓取物体的横截面可以是圆形、椭圆和矩形。开口环状结构的半径减小的过程中，伸缩螺旋弹簧33、平面扭簧A41、平面扭簧B42、平面扭簧C43、平面扭簧D44、平面扭簧E45和平面扭簧F46发生弹性变形从而储存弹性势能，当步进电机11逆时针方向转动释放牵引绳A17和牵引绳B18时，储存的弹性势能驱动空心杆B32逐渐滑出空心杆A31，从而使得伸缩摩擦杆A521、伸缩摩擦杆B522、伸缩摩擦杆C523、伸缩摩擦杆D524和伸缩摩擦杆E525的总长度变长，而且相邻的两个伸缩摩擦杆之间的夹角也逐渐增加，即开口环状结构的半径逐渐增加直至回到初始状态。
在伸缩摩擦杆长度变化的过程中，由于牵引绳A17和牵引绳B18的作用，以及伸缩螺旋弹簧和平面扭簧的作用，从而使得开口环状结构与被抓取物体接触或释放的瞬时产生一定的冲击力，由于变形调位弹簧47可以发生微小的变形，从而使得滑块19可以沿滑块槽101发生一定的位移，从而改变了开口环状结构的中心位置，实现了变形调位功能，同时吸收了冲击能量，增加了抓取和释放物体时的稳定性。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种缩放环模式的半柔性机械手，包括连接板(10)，装设在所述连接板(10)上的步进电机(11)，固定装设在所述步进电机(11)输出轴上的主动轮(12)，牵引绳A(17)和牵引绳B(18)；其特征在于：
所述连接板(10)上同步同轴转动装设有绕线轮A(14)与从动轮A(13)，所述连接板(10)上同步同轴装设有绕线轮B(16)与从动轮B(15)；所述从动轮A(13)与所述主动轮(12)外啮合，所述从动轮B(15)与所述从动轮A(13)外啮合；
所述连接板(10)上开设有直线型滑块槽(101)，所述滑块槽(101)中滑动装设有滑块(19)，所述滑块(19)上转动装设有机械手本体；所述滑块槽(101)中装设有变心调位弹簧(47)，变心调位弹簧(47)的一端与所述滑块(19)相连，另一端与所述连接板(10)相连；
所述机械手本体包括左端同点铰接装设在所述滑块(19)上的牵引杆A(26)和牵引杆B(27)，左端铰接装设于所述牵引杆A(26)右端的伸缩摩擦杆A(21)，左端铰接装设于所述伸缩摩擦杆A(21)右端的伸缩摩擦杆B(22)，上端铰接装设于所述伸缩摩擦杆B(22)右端的伸缩摩擦杆C(23)，右端铰接装设于所述伸缩摩擦杆C(23)下端的伸缩摩擦杆D(24)，右端铰接装设于所述伸缩摩擦杆D(24)左端的伸缩摩擦杆E(25)，装设在所述伸缩摩擦杆A(21)与伸缩摩擦杆B(22)之间的平面扭簧A(41)，装设在所述伸缩摩擦杆B(22)与伸缩摩擦杆C(23)之间的平面扭簧B(42)，装设在所述伸缩摩擦杆C(23)与伸缩摩擦杆D(24)之间的平面扭簧C(43)，装设在所述伸缩摩擦杆D(24)与伸缩摩擦杆E(25)之间的平面扭簧D(44)，装设在所述伸缩摩擦杆E(25)与牵引杆B(27)之间的平面扭簧E(45)，装设在所述伸缩摩擦杆A(21)与牵引杆A(26)之间的平面扭簧F(46)；所述牵引杆B(27)的右端与伸缩摩擦杆E(25)的左端铰接相连；所述牵引杆A(26)的轴向设有允许所述牵引绳B(18)通过的通孔，所述牵引杆B(27)的轴向设有允许牵引绳A(17)通过的通孔；
所述伸缩摩擦杆A(21)与所述伸缩摩擦杆B(22)、伸缩摩擦杆C(23)、伸缩摩擦杆D(24)以及伸缩摩擦杆E(25)结构完全相同，均包括空心杆A(31)，一端滑动装设在所述空心杆A(31)内部另一端延伸在外的空心杆B(32)，两端分别与相应的铰接点相连且中部穿过所述空心杆A(31)和空心杆B(32)的伸缩螺旋弹簧(33)；所述牵引绳A(17)和牵引绳B(18)穿过相对应的伸缩螺旋弹簧(33)；
所述平面扭簧A(41)、平面扭簧B(42)、平面扭簧C(43)、平面扭簧D(44)处于零变形状态时，所述伸缩摩擦杆A(21)与所述伸缩摩擦杆B(22)、伸缩摩擦杆C(23)、伸缩摩擦杆D(24)以及伸缩摩擦杆E(25)组成开口环状结构；
平面扭簧E(45)和平面扭簧F(46)处于零变形状态时，所述牵引杆A(26)与伸缩摩擦杆A(21)共线，所述牵引杆B(27)与伸缩摩擦杆E(25)共线；
所述牵引绳A(17)的一端缠绕在所述绕线轮A(14)上，另一端依次穿过所述牵引杆B(27)、伸缩摩擦杆E(25)、伸缩摩擦杆D(24)和伸缩摩擦杆C(23)，并与所述伸缩摩擦杆C(23)上端的铰接点相连；所述牵引绳B(18)的一端缠绕在所述绕线轮B(16)上，另一端依次穿过所述牵引杆A(26)、伸缩摩擦杆A(21)、伸缩摩擦杆B(22)和伸缩摩擦杆C(23)，并与所述伸缩摩擦杆C(23)下端的铰接点相连。
2.根据权利要求1所述的一种缩放环模式的半柔性机械手，其特征在于：所述从动轮B(15)与所述从动轮A(13)结构相同，所述绕线轮B(16)与绕线轮A(14)半径相等。
3.根据权利要求1所述的一种缩放环模式的半柔性机械手，其特征在于：所述变心调位弹簧(47)为拉压螺旋弹簧，其刚度不小于所述伸缩螺旋弹簧(33)刚度的十倍。
4.根据权利要求1所述的一种缩放环模式的半柔性机械手，其特征在于：所述开口环状结构关于所述滑块槽(101)的长度方向对称。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Application publication date: 20211203 Assignee: Yancheng Haoxin Technology Co.,Ltd. Assignor: CHANGZHOU University Contract record no.: X2023980052004 Denomination of invention: A semi flexible robotic arm with scaled loop mode Granted publication date: 20220923 License type: Common License Record date: 20231213 |