CN203409780U - 仿生机械手臂 - Google Patents

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应申舜
张洪涛
王晓
蔡东海
计时鸣
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Abstract

本实用新型公开了仿生机械手臂,包括输出机构及驱动机构,输出机构包括手掌和手指,手指包括铰链机构的远指关节、中指关节及近指关节,驱动机构为手臂,包括骨架和SMA弹簧组,每根手指对应一组SMA弹簧组,每组SMA弹簧组中的各SMA弹簧通过连接线串联,连接线的一端与骨架固接,另一端连接设置复位条,复位条纵穿手指内部且与对应铰链轴紧贴,复位条的另一端与指尖固定连接。本实用新型通过SMA弹簧组来驱动手指关节的运动,结构简捷、自重轻、动作柔顺、操作灵活、制造成本低。每只手指通过一组SMA弹簧来控制,可根据不同的需求来确定需要动作的手指及手指弯曲程度,实现对不同形状、尺寸的物体的灵巧抓取和精细操作。

Description

仿生机械手臂
技术领域
[0001] 本实用新型属于机器人技术领域,具体涉及一种用于仿生机械手臂。
背景技术
[0002] 仿生机械手臂是机械制造与自动化领域机器人方向的研究热点。在康复辅助机器人、服务机器人、仿生机械等应用领域具有广阔的应用前景。目前仿生机械手臂以电机驱动为主,在关节柔性、动态刚度和能量密度等方面都难以满足使用要求。美国华盛顿大学、英国影子公司、日本早稻田大学和北京理工大学等单位都开展了气动人工肌肉等非电机驱动的仿生机械臂的研究,以期获得优秀的仿生性能,并得了一定的研究成果,特别是英国影子公司推出的〃Shadow〃机械臂,是其中的杰出代表。但上述产品都存在造价高昂的缺陷。另夕卜,目前市场上出现的仿生机械手臂,其使用的机构数目众多,驱动装置结构较为复杂,使用的灵活性受到一定的限制。
实用新型内容
[0003] 针对现有技术中存在的问题,本实用新型的目的在于在提供一种以SMA弹簧模拟生物肌肉,构建SMA弹簧集群驱动的仿生机械手臂。
[0004] 本实用新型通过以下技术方案加以实现:
[0005] 所述的仿生机械手臂,包括输出机构及与输出机构螺接设置的驱动机构,所述输出机构包括手掌和配合设置在手掌上的五个手指,每个手指结构相同,包括依次连接设置的远指关节、中指关节及近指关节,手指各关节为铰链机构,所述驱动机构为手臂,其特征在于所述手臂包括作为支撑结构的骨架和提供动力的SMA弹簧组,每根手指对应一组SMA弹簧组,每组SMA弹簧组中的各个SMA弹簧通过连接线串联,连接线的一端与骨架固接,另一端穿过上端骨架进入到手掌内部,其上配合连接设置PVC材料制成的复位条,所述复位条纵穿相应手指内部且与对应铰链轴紧贴,复位条的另一端与相应指尖固定连接。
[0006] 所述的仿生机械手臂,其特征在于所述骨架至少设置有五个,各个骨架通过连接轴连接设置,各骨架对应位置分别设置有连接线穿插孔,相邻骨架之间通过连接线设置五个SMA弹簧。
[0007] 所述的仿生机械手臂,其特征在于所述每组SMA弹簧组中各SMA弹簧串联组成,分设在相邻骨架之间。
[0008] 所述的仿生机械手臂,其特征在于所述手掌与最上端骨架螺接设置。
[0009] 所述的仿生机械手臂,其特征在于所述连接线为尼龙绳。
[0010] 本实用新型仿生机械手臂,通过将SMA弹簧组取代电机作为驱动机构来驱动手指关节的运动,结构简捷、自重轻、动作柔顺、操作灵活、制造成本低。该机械手臂结构基于仿生学原理设计,使机械手臂的运动更接近人手的动作,每只手指通过一组SMA弹簧来控制,可根据不同的需求来确定需要动作的手指及手指弯曲程度,实现对不同形状、尺寸的物体的灵巧抓取和精细操作。附图说明
[0011] 图1为本实用新型的结构示意图;
[0012] 图中:1_远指关节,2-中指关节,3-近指关节,4-手臂,5-骨架,6-SMA弹簧,7-连接线,8-复位条,9-铰链轴,10-连接轴。
具体实施方式
[0013] 以下结合说明书附图对本实用新型作进一步详细说明,并给出具体实施方式。
[0014] 如图1所示,本实用新型仿生机械手臂,包括输出机构及与输出机构螺接设置的驱动机构,输出机构包括手掌和配合设置在手掌上的五个手指,手掌和手指机械本体为带孔的钣金,手指和手掌之间通过螺钉连接,每个手指结构相同,由依次连接设置的远指关节
1、中指关节2及近指关节3组成,各关节为铰链机构,驱动机构为手臂4,包括作为支撑结构的骨架5和提供动力的SMA弹簧组,骨架5至少设置有五个,最上端的骨架5与手掌螺接设置,各个骨架5通过连接轴10连接设置,各骨架5对应位置分别设置有连接线穿插孔,相邻骨架之间通过连接线7设置五个SMA弹簧6,上下对应的SMA弹簧组成一组,每根手指对应一组SMA弹簧组,每组SMA弹簧组中各SMA弹簧6串联组成,分设在相邻骨架5之间,共有五组SMA弹簧组,每组SMA弹簧组中的各个SMA弹簧6通过连接线7串联,连接线7的一端与骨架5固接,另一端穿过上端骨架5进入到手掌内部,其上配合连接设置PVC材料制成的复位条8,复位条8纵穿相应手指内部且与对应铰链轴9紧贴,复位条8的另一端与相应指尖固定连接。连接线7采用尼龙绳,也可用质量较好的钓鱼绳,复位条8穿过手指钣金,且在对应相应铰链轴9的位置处与铰链轴紧贴,在SMA弹簧6收缩拉动手指绕三个关节弯曲时,手指钣金又能对复位条形成一定的约束。
[0015] 工作时,需要另外连接一套控制设备进行控制,先选择对应手指的一组弹簧,确定需要动作的手指,再选择该组中需要收缩的弹簧的数量,使各手指得到不同的弯曲程度及不同的握紧力,动作时,SMA弹簧通电加热,SMA弹簧受热相变收缩,拉动手指弯曲,由此,得到手掌整体的各种输出。

Claims (5)

1.仿生机械手臂,包括输出机构及与输出机构螺接设置的驱动机构,所述输出机构包括手掌和配合设置在手掌上的五个手指,每个手指结构相同,包括依次连接设置的远指关节(I)、中指关节(2)及近指关节(3),手指各关节为铰链机构,所述驱动机构为手臂(4),其特征在于所述手臂(4)包括作为支撑结构的骨架(5)和提供动力的SMA弹簧组,每根手指对应一组SMA弹簧组,每组SMA弹簧组中的各个SMA弹簧(6)通过连接线(7)串联,连接线(7)的一端与骨架(5)固接,另一端穿过上端骨架进入到手掌内部,其上配合连接设置PVC材料制成的复位条(8),所述复位条(8)纵穿相应手指内部且与对应铰链轴(9)紧贴,复位条(8)的另一端与相应指尖固定连接。
2.根据权利要求1所述的仿生机械手臂,其特征在于所述骨架(5)至少设置有五个,各个骨架(5)通过连接轴(10)连接设置,各骨架对应位置分别设置有连接线穿插孔,相邻骨架(5)之间通过连接线(7)设置五个SMA弹簧(6)。
3.根据权利要求1所述的仿生机械手臂,其特征在于所述每组SM弹簧组中各SM弹簧(6)串联组成,分设在相邻骨架(5)之间。
4.根据权利要求1所述的仿生机械手臂,其特征在于所述手掌与最上端骨架螺接设置。
5.根据权利要求1所述的仿生机械手臂,其特征在于所述连接线(7)为尼龙绳。
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