CN114368004A - 一种多自由度液压作业机械手的主臂控制手 - Google Patents

一种多自由度液压作业机械手的主臂控制手 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多自由度液压作业机械手主臂控制手。它包括旋转座臂以及分别由圆盘阻尼组件对多节连杆臂进行连接所构成多个阻尼关节，每个阻尼关节的圆盘阻尼组件均包括扁销轴、能够由扁销轴进行限制的固定盘和金属片、能够绕扁销轴进行旋转的旋转盘以及套装在扁销轴上的碟簧，旋转盘在转动的过程中能够与金属片产生摩擦阻尼并能够通过碟簧调整阻尼力的大小。采用上述的结构后，其结构简单，阻尼可调且其巧妙地配合关系使其安全可靠并能使整个主臂机械手的关节保持正确的位置姿态，另外，通过对角度传感器的安装结构进行设计，利用安装的角度传感器方便对关节转角进行检测，有利于机械手的控制。

Description

一种多自由度液压作业机械手的主臂控制手
技术领域
本发明涉及一种深海多自由度液压作业机械手的附属结构，具体的说是一种多自由度液压作业机械手主臂控制手，属于机械人及机械手技术领域。
背景技术
水下多自由度机械手是水下作业的核心装备之一，主要搭载于水下机器人，在海洋资源开发、水下采样及开发深水油气田发挥至关重要的作用。多自由度液压机械手可搭载于作业型ROV上，针对海底采油树工作要求，可与专用工具相配合，完成水下采油巡检和管道阀门开启和关闭作业。
在对多自由度机械人及机械手进行主从控制时，控制主臂机械手往往按照操作从臂机械手等比例缩放设计，使得人体手臂可以方便的通过控制主臂机械手的动作或运动，实现对操作从臂机械手的控制，因此控制主臂机械手一般尺寸不大，并且要保证每个活动关节的连接在人手施加作用力以后，可以保持运动姿态不变，为此每个活动关节连接处都需要一定的阻尼。
现有技术中，一般的阻尼器由于结构设计原因，要么尺寸较大，不能满足活动关节连接处较小的尺寸限制要求，并且安全可靠性差，不适合控制主臂机械手活动关节连接的应用，要么结构设计较为复杂，成本较高，同时也不方便在活动关节处设置角度传感器对关节的转角进行检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、体积小巧、阻尼可调、安全可靠并且能使整个主臂控制手的关节保持正确的位置姿态，同时方便对关节转角进行检测，有利于从臂的多自由度液压作业机械手的主臂控制手。
为了解决上述技术问题，本发明的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，包括能够在能够在水平方向摆动的旋转座臂以及分别由圆盘阻尼组件对多节连杆臂进行连接所构成多个阻尼关节，第一节连杆臂同样通过圆盘阻尼组件连接在旋转座臂上构成一个阻尼关节，每个阻尼关节的圆盘阻尼组件均包括扁销轴、能够由扁销轴进行限制的固定盘和金属片、能够绕扁销轴进行旋转的旋转盘以及套装在扁销轴上的碟簧，旋转盘在转动的过程中能够与金属片产生摩擦阻尼并能够通过碟簧调整阻尼力的大小。
所述固定盘和金属片均具有与扁销轴相配合的中心扁孔，所述旋转盘具有中心圆孔，所述扁销轴依次穿过固定盘、两片金属片和旋转盘后再穿过一片金属片并套装所述碟簧后通过一个自锁螺母锁紧固定。
所述碟簧设置为一对并且该对碟簧呈反方向布置。
每个所述阻尼关节的固定盘上均固定安装有连接块并且在该阻尼关节中的其中一节所述连杆臂上固定安装有传感器支架，所述传感器支架上通过传感器连接片固定安装有角度传感器，所述角度传感器的削边转轴插入到连接块内，从而能够通过角度传感器测量固定盘和旋转盘的相对转动角度。
所述连接块上设置有容纳扁销轴的底孔，所述连接块通过紧固件固定安装在固定盘上。
所述传感器支架上设置有C形连接臂，所述角度传感器通过传感器连接片连接在C形连接臂上。
所述旋转座臂以及各节所述连杆臂上均设置有延伸至各个所述阻尼关节的固定盘外侧端面的第一连接法兰和延伸至旋转盘外侧端面的第二连接法兰。
所述旋转座臂安装在一个底板上，所述底板上设置有用于限制旋转座臂的水平方向摆动转角范围的两个水平位限位块以及用于限制与旋转座臂连接的第一节所述连杆臂垂直向下的角度范围的竖直位限位块。
采用上述的结构后，通过由圆盘阻尼组件对多节连杆臂进行连接所构成多个阻尼关节并且其圆盘阻尼组件由扁销轴、固定盘和金属片、旋转盘以及碟簧构成，由此巧妙地利用了扁销轴对固定盘和金属片的旋转进行限制并使得旋转盘通过其中心圆孔绕扁销轴进行旋转，由此使得旋转盘在转动的过程中能够与金属片产生摩擦阻尼，而旋转盘侧端面压有的金属片和碟簧使得摩擦力稳定且能够可靠地调整阻尼力的大小，其结构简单，阻尼可调且其巧妙地配合关系使其安全可靠并能使整个主臂机械手的关节保持正确的位置姿态，另外，通过对角度传感器的安装结构进行设计，利用安装的角度传感器方便对关节转角进行检测，有利于机械手的控制。
附图说明
图1为本发明多自由度液压作业机械手的主臂控制手的主视图；
图2为本发明多自由度液压作业机械手的主臂控制手的俯视图；
图3为本发明中第二连杆臂和第三连杆臂（+900时）的阻尼连接状态立体图；
图4为本发明的实施例第二连杆臂和第三连杆臂（+900时）的阻尼连接主视图；
图5为本发明的实施例第二连杆臂和第三连杆臂（+900时）的阻尼连接侧视图；
图6为图4的B-B向剖视图；
图7为本发明中圆盘阻尼组件的结构示意图；
图8为图7的A-A向剖视图；
图9为本发明中固定盘的结构示意图；
图10为本发明中旋转盘的结构示意图；
图11为本发明中扁销轴的结构示意图；
图12为本发明中金属片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的多自由度液压作业机械手的主臂控制手作进一步详细说明。
实施例一：
如图所示，本发明的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，包括能够在能够在水平方向摆动的旋转座臂1以及分别由圆盘阻尼组件对多节连杆臂进行连接所构成多个阻尼关节，第一节连杆臂同样通过圆盘阻尼组件连接在旋转座臂1上构成一个阻尼关节，旋转座臂1安装在一个底板16上，底板16上设置有用于限制旋转座臂1的水平方向摆动转角范围的两个水平位限位块17以及用于限制与旋转座臂1连接的第一节连杆臂垂直向下的角度范围的竖直位限位块18，水平位限位块17和竖直位限位块1起到硬限位的作用，由图1所示，多节连杆臂包括有第一连杆臂12、第二连杆臂13、第三连杆臂14以及第四连杆臂15，旋转座臂1和第一连杆臂12之间、第一连杆臂12与第二连杆臂13之间、第二连杆臂13与第三连杆臂14之间以及第三连杆臂14与第四连杆臂15之间均通过圆盘阻尼组件进行阻尼连接，从而构成多个阻尼关节，当然，第四连杆臂15也可与旋转机构臂19通过圆盘阻尼组件阻尼连接，每个阻尼关节的圆盘阻尼组件均包括扁销轴6（带螺纹的扁销轴）、能够由扁销轴进行限制的固定盘2和金属片3、能够绕扁销轴进行旋转的旋转盘4以及套装在扁销轴上的碟簧5，如图7、图8所示，固定盘2和金属片3均具有与扁销轴相配合的中心扁孔，旋转盘4具有中心圆孔，再者，固定盘2具有四个均布的带有螺纹的连接孔，旋转盘4也具有与固定盘2相同的四个均布的连接孔，金属片3的面积小于固定盘2和旋转盘4的面积，从而让开固定盘2和旋转盘4上四个均布的连接孔，安装时，扁销轴6依次穿过固定盘2、两片金属片3和旋转盘4后再穿过一片金属片3并套装碟簧5后通过一个自锁螺母7锁紧固定，所说的碟簧5设置为一对并且该对碟簧呈反方向布置，旋转盘4在转动的过程中能够与金属片3产生摩擦阻尼并能够通过碟簧5调整阻尼力的大小，具体地说锁紧固定后的扁销轴6能够对固定盘2和金属片4的旋转进行限制并使得旋转盘4能够通过其中心圆孔绕扁销轴6进行旋转，也就是说带螺纹的扁销轴6可以通过固定盘2的中心扁孔限位固定盘2的旋转，旋转盘4可以在带螺纹的扁销轴6的圆周轴颈部分旋转。
对于其具体的连接结构来说，旋转座臂1以及第一连杆臂、第二连杆臂、第三连杆臂与和第四连杆臂上均设置有延伸至各个阻尼关节的固定盘2外侧端面的第一连接法兰和延伸至旋转盘4外侧端面的第二连接法兰，以图3-6所示的第二连杆臂和第三连杆臂的阻尼连接为例对其进行说明，由图可见，第二连杆臂13上设置有延伸至固定盘2外侧端面的第一连接法兰，第三连杆臂14上设置有延伸至旋转盘4外侧端面的第二连接法兰，固定盘2的外侧端面上通过四个一号内六角圆柱头螺钉20与第二连杆臂13的第一连接法兰固定安装，旋转盘4的外侧端面上通过四个二号内六角圆柱头螺钉21与第三连杆臂14的第二连接法兰固定安装，旋转盘4在转动的过程中能够与金属片3产生摩擦阻尼，并能够通过微调自锁螺母7的紧固力，改变碟簧5的力值，调整旋转盘4与金属片3之间的阻尼力大小。
实施例二：
在实施例一的基础上，进一步地为了满足检测的需求，每个阻尼关节的固定盘2上均利用螺纹固定安装有连接块8，为使结构紧凑，连接块8上设置有容纳扁销轴的底孔，将连接块8固定安装在固定盘2上后使得扁销轴6的头部限位在底孔内，同样以第二连杆臂和第三连杆臂为例，第三连杆臂14上利用三号内六角圆柱头螺钉22固定连接有传感器支架9，传感器支架9的顶部设置为C形连接臂，角度传感器11通过传感器连接片10利用螺钉连接在传感器支架9的C形连接臂上，同时由于传感器支架9与第三连杆臂14螺纹连接，所以角度传感器11相当于与旋转盘4固接，角度传感器11的底端带有削边转轴，连接块8的中部还设置有与底孔贯通的安置孔，安置孔与削边转轴相适应，角度传感器11的削边转轴插入到连接块8的安置孔内，从而能够通过角度传感器11测量固定盘2和旋转盘4的相对转动角度，实现对活动关节的角度检测。
其动作原理如下：
当控制深海多自由度液压作业机械手的控制手动作时，此控制手相当于操作的控制杆，各个阻尼关节将随着控制动作而作相应动作，以第二连杆臂13和第三连杆臂14的活动关节为例进行说明，由于第二连杆臂13与固定盘2固连，第三连杆臂14与旋转盘4固连，当第二连杆臂13和第三连杆臂14发生一个转动角度时，固定盘2和旋转盘4也将转动相同的相对角度，固定盘2由于有带螺纹的扁销轴6的限位，不会发生转动，所以只有旋转盘4发生转动，旋转盘4在转动的过程中，将与两侧的金属片3发生摩擦，同样由于带螺纹的扁销轴6的限位作用，两侧的金属片3都不发生转动，同时金属片3本身采用硬质金属制造，摩擦系数比较稳定，在此充当摩擦片的作用，由于碟簧5对金属片3施加压力和自锁螺母7的锁定作用，可以使得施加在旋转盘4上的摩擦力相对稳定，并可利用微调自锁螺母7，来调整碟簧5对金属片3施加压力的大小，从而使施加在旋转盘4上的摩擦力可保证第二连杆臂13和第三连杆臂14在转动一个角度后停留在此角度，但又不至于阻力过大，实现阻尼定位的功能；对阻尼关节转角的测量借助角度传感器11进行，因角度传感器11的削边转轴插入进连接块8，连接块8又与固定盘2连接，所以相当于固定盘2与角度传感器11的削边转轴固接；角度传感器11的传感器连接片10和传感器支架9进行连接，传感器支架9与第三连杆臂14螺纹连接，所以角度传感器11相当于与旋转盘4固接，通过角度传感器11测量固定盘2和旋转盘4的相对转动角度，以此实现对第二连杆臂13和第三连杆臂14的转动角度检测，在多自由度机械人及机械手的控制臂中，其余阻尼关节同第二连杆臂13和第三连杆臂14进行相同设置。

Claims (8)

1.一种多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：包括能够在能够在水平方向摆动的旋转座臂（1）以及分别由圆盘阻尼组件对多节连杆臂进行连接所构成多个阻尼关节，第一节所述连杆臂同样通过圆盘阻尼组件连接在旋转座臂（1）上构成一个阻尼关节，每个所述阻尼关节的圆盘阻尼组件均包括扁销轴（6）、能够由扁销轴进行限制的固定盘（2）和金属片（3）、能够绕扁销轴进行旋转的旋转盘（4）以及套装在扁销轴上的碟簧（5），所述旋转盘（4）在转动的过程中能够与金属片（3）产生摩擦阻尼并能够通过碟簧（5）调整阻尼力的大小。
2.按照权利要求1所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述固定盘（2）和金属片（3）均具有与扁销轴相配合的中心扁孔，所述旋转盘（4）具有中心圆孔，所述扁销轴（6）依次穿过固定盘（2）、两片金属片（3）和旋转盘（4）后再穿过一片金属片（3）并套装所述碟簧（5）后通过一个自锁螺母（7）锁紧固定。
3.按照权利要求1或2所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述碟簧（5）设置为一对并且该对碟簧呈反方向布置。
4.按照权利要求3所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：每个所述阻尼关节的固定盘（2）上均固定安装有连接块（8）并且在该阻尼关节中的其中一节所述连杆臂上固定安装有传感器支架（9），所述传感器支架（9）上通过传感器连接片（10）固定安装有角度传感器（11），所述角度传感器（11）的削边转轴插入到连接块（8）内，从而能够通过角度传感器测量固定盘（2）和旋转盘（4）的相对转动角度。
5.按照权利要求4所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述连接块（8）上设置有容纳扁销轴的底孔，所述连接块（8）通过紧固件固定安装在固定盘（2）上。
6.按照权利要求5所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述传感器支架（9）上设置有C形连接臂，所述角度传感器（11）通过传感器连接片（10）连接在C形连接臂上。
7.按照权利要求6所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述旋转座臂（1）以及各节所述连杆臂上均设置有延伸至各个所述阻尼关节的固定盘（2）外侧端面的第一连接法兰和延伸至旋转盘（4）外侧端面的第二连接法兰。
8.按照权利要求7所述的多自由度液压作业机械手的主臂控制手，其特征在于：所述旋转座臂（1）安装在一个底板（16）上，所述底板（16）上设置有用于限制旋转座臂（1）的水平方向摆动转角范围的两个水平位限位块（17）以及用于限制与旋转座臂（1）连接的第一节所述连杆臂垂直向下的角度范围的竖直位限位块（18）。
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