一种大变形三自由度柔顺机械手制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大变形三自由度柔顺机械手，包括动力组件、柔性组件和抓取组件；所述的动力组件包括基座、电动缸、电动机、拉线和钢丝软轴，所述的柔性组件包括多层串联的柔性单元，每层柔性单元包括6个柔性元件B和一个中间连接板；所述的抓取组件包括头部连接板、丝杠、球形铰链和柔性元件A。本实用新型专利技术采用电动缸组合牵引拉线驱动第一层到第七层柔性单元，实现其绕X、Y的转动和沿Z移动，实现机械手的精确定位。本实用新型专利技术采用电动机通过钢丝软轴、丝杠、球形铰链驱动机械手开合，实现机械手的准确抓取。本实用新型专利技术采用柔性元件的串并联，使得装置运动更灵活，范围更大。

A large deformation flexible manipulator with three degrees of freedom

The utility model discloses a flexible manipulator with large deformation and three degrees of freedom, which comprises a power component, a flexible component and a grasping component; the power component comprises a base, an electric cylinder, a motor, a cable and a steel wire flexible shaft; the flexible component comprises a multi-layer flexible element in series, and each flexible element comprises six flexible elements. Part B and an intermediate connecting plate; the grabbing assembly comprises a head connecting plate, a screw, a spherical hinge and a flexible element A. The utility model adopts an electric cylinder combined traction wire to drive the flexible units from the first layer to the seventh layer, realizes the rotation of the flexible units around X and Y and the movement along Z, and realizes the precise positioning of the manipulator. The utility model adopts an electric motor to drive the manipulator to open and close through a steel wire flexible shaft, a lead screw and a spherical hinge, so as to realize the accurate grasping of the manipulator. The utility model adopts the series and parallel connection of the flexible elements to make the device move more flexibly and wider.

【技术实现步骤摘要】
一种大变形三自由度柔顺机械手
本技术涉及一种柔顺抓取装置，尤其是多自由度柔顺抓取装置。
技术介绍
机械手广泛应用于自动化装备或面向对特定对象的抓取、搬运和拿放。刚体机械手一般零部件繁多、体积较大、结构复杂、运动形式单一且不能做到运行平滑连续，若要实现机械手多自由度灵活运动，那么它的结构和驱动系统就会很复杂，且整个抓取过程缓慢。柔顺机构具有结构紧凑、易于小型化、无间隙、无需润滑、运动平滑连续和位移分辨率高等一系列优点，目前已经在航空、医疗、精密测量、光学工程领域得到重要的应用。中国专利CN106625628A公开了一种柔顺抓取机械手，该技术将驱动爪手开合的三个液压缸布置在柔顺手臂上，这就增加了整个装置的负载，从而影响其运动的灵活性；中国专利CN106826902A公开了一种仿生机械手，该技术是通过拉线驱动机械手抓取物品的，这种情况不能对机械手的开合做到精确控制。为了适应新的需求，亟需提出一种既能实现空间多自由度灵活运动，又能实现对物品快速精准抓取的装置。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本技术要设计一种既能实现三自由度空间大范围运动，又能实现对物品快速精准抓取的大变形三自由度柔顺机械手。为了实现上述目标，本技术的技术方案如下：一种大变形三自由度柔顺机械手，包括动力组件、柔性组件和抓取组件；所述的动力组件包括基座、电动缸、电动机、拉线和钢丝软轴，所述的电动缸共四个，沿基座轴向中心线环向均布地固定在底部；所述的拉线共四根，每根拉线的一端连接在一个电动缸上、另一端穿过柔性组件中拉线导向孔空固定在中间连接板上；所述的钢丝软轴的一端穿过柔性组件连接在丝杠的一端、另一端与电动机相连接；所述的电动机固定在基座底部中心位置；所述的柔性组件包括多层串联的柔性单元，每层柔性单元包括6个柔性元件B和一个中间连接板；6个柔性元件B沿中间连接板的中心轴线环向均布，柔性元件B的上端固定在中间连接板的下侧、下端固定在下层柔性单元的中间连接板的上侧；最底下的柔性单元的6个柔性元件B的下端固定在基座连接板上；所述的中间连接板上沿中心轴线环向均布4根通孔，用于拉线穿过；最上面中间连接板上沿中心轴线环向均布4根拉线螺纹孔，拉线螺纹孔用于固定拉线；中间连接板的中心设置通孔用于钢丝软轴通过；最上面中间连接板的中心设置中心螺纹孔；所述的抓取组件包括头部连接板、丝杠、球形铰链和柔性元件A；所述的柔性元件A共三个，沿头部连接板的中心轴线环向均布，每个柔性元件A的底部固定在最上面中间连接板上、上端固定在头部连接板上；最上面中间连接板的中心螺纹孔与丝杠匹配，所述的丝杠上端与球形铰链连接、下端与最上面中间连接板连接。所述的球形铰链上端与头部连接板的中心连接。进一步地，所述的柔性组件包括7层串联的柔性单元。进一步地，所述的柔性元件B的两端通过螺纹与中间连接板连接。进一步地，所述的中间连接板沿环向均布6个螺纹孔，分别用于安装两侧的各6个柔性元件B，每个螺纹孔中心形成的圆环半径为L1；最上面中间连接板沿环向均布4根拉线螺纹孔，4根拉线螺纹孔中心形成的圆环半径为L2，且半径L2>L1。进一步地，所述的柔性元件A为L形薄片与斜薄片的组合结构，L形薄片与斜薄片的上端连接在一起，L形薄片的下端与中间连接板连接，斜薄片的下端与头部连接板连接。进一步地，所述的柔性元件B由两块带弧度的薄片组合成人字形薄片结构，人字形薄片结构的两个开口端分别与上下两个中间连接板连接。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本技术采用电动缸组合牵引拉线驱动第一层到第七层柔性单元，实现其绕X、Y的转动和沿Z移动，实现机械手的精确定位。2、本技术采用电动机通过钢丝软轴、丝杠、球形铰链驱动机械手开合，实现机械手的准确抓取。3、本技术采用柔性元件的串并联，使得装置运动更灵活，范围更大。附图说明图1为本技术结构主视图；图2为柔性单元结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为丝杠、中间连接板以及球形铰链之间连接关系的剖视图；图5为柔性元件A结构示意图；图6为柔性元件B结构示意图。图中：1、基座，2、电动缸，3、电动机，4、中间连接板，5、柔性元件B，6、拉线，7、钢丝软轴，8、丝杠，9、柔性元件A，10、头部连接板，11、球形铰链，12、最上面中间连接板。具体实施方式下面结合附图对本技术进行进一步描述。图1-6所示，一种大变形三自由度柔性机械手，包括动力组件、柔性组件和抓取组件；所述的动力组件包括基座1、电动缸2、电动机3、拉线6和钢丝软轴7，所述的电动缸2共四个，沿基座1轴向中心线环向均布地固定在底部；所述的拉线6共四根，每根拉线6的一端连接在一个电动缸2上、另一端穿过柔性组件中拉线导向孔空固定在中间连接板4上；所述的钢丝软轴7的一端穿过柔性组件连接在丝杠8的一端、另一端与电动机3相连接；所述的电动机3固定在基座1底部中心位置；所述的柔性组件包括多层串联的柔性单元，每层柔性单元包括6个柔性元件B5和一个中间连接板4；6个柔性元件B5沿中间连接板4的中心轴线环向均布，柔性元件B5的上端固定在中间连接板4的下侧、下端固定在下层柔性单元的中间连接板4的上侧；最底下的柔性单元的6个柔性元件B5的下端固定在基座1连接板上；所述的中间连接板4上沿中心轴线环向均布4根通孔，用于拉线6穿过；最上面中间连接板12上沿中心轴线环向均布4根拉线6螺纹孔，拉线6螺纹孔用于固定拉线6；中间连接板4的中心设置通孔用于钢丝软轴7通过；最上面中间连接板12的中心设置中心螺纹孔；所述的抓取组件包括头部连接板10、丝杠8、球形铰链11和柔性元件A9；所述的柔性元件A9共三个，沿头部连接板10的中心轴线环向均布，每个柔性元件A9的底部固定在最上面中间连接板12上、上端固定在头部连接板10上；最上面中间连接板12的中心螺纹孔与丝杠8匹配，所述的丝杠8上端与球形铰链11连接、下端与最上面中间连接板12连接；所述的球形铰链11上端与头部连接板10的中心连接。进一步地，所述的柔性组件包括7层串联的柔性单元。进一步地，所述的柔性元件B5的两端通过螺纹与中间连接板4连接。进一步地，所述的中间连接板4沿环向均布6个螺纹孔，分别用于安装两侧的各6个柔性元件B5，每个螺纹孔中心形成的圆环半径为L1；最上面中间连接板12沿环向均布4根拉线6螺纹孔，4根拉线6螺纹孔中心形成的圆环半径为L2，且半径L2>L1。进一步地，所述的柔性元件A9为L形薄片与斜薄片的组合结构，L形薄片与斜薄片的上端连接在一起，L形薄片的下端与中间连接板4连接，斜薄片的下端与头部连接板10连接。进一步地，所述的柔性元件B5由两块带弧度的薄片组合成人字形薄片结构，人字形薄片结构的两个开口端分别与上下两个中间连接板4连接。本专利技术的工作原理如下：设Z轴为机械手的轴向中心线，则垂直于Z轴的平面上有相互垂直的X轴和Y轴。当柔性元件A9受到头部连接板10给的Z轴向的推拉力时，柔性元件A9会产生绕X/Y轴方向的旋转，三个柔性单元A通过头部连接板10组装在一起，构成一个“手”的形状，形成机械手，通过头部连接板10给的Z轴的推拉力，实现机械手的开合。当柔性元件B5与中间连接板4组成柔性单元时，该柔性单元在四根拉线6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大变形三自由度柔顺机械手，其特征在于：包括动力组件、柔性组件和抓取组件；所述的动力组件包括基座(1)、电动缸(2)、电动机(3)、拉线(6)和钢丝软轴(7)，所述的电动缸(2)共四个，沿基座(1)轴向中心线环向均布地固定在底部；所述的拉线(6)共四根，每根拉线(6)的一端连接在一个电动缸(2)上、另一端穿过柔性组件中拉线导向孔空固定在中间连接板(4)上；所述的钢丝软轴(7)的一端穿过柔性组件连接在丝杠(8)的一端、另一端与电动机(3)相连接；所述的电动机(3)固定在基座(1)底部中心位置；所述的柔性组件包括多层串联的柔性单元，每层柔性单元包括6个柔性元件B(5)和一个中间连接板(4)；6个柔性元件B(5)沿中间连接板(4)的中心轴线环向均布，柔性元件B(5)的上端固定在中间连接板(4)的下侧、下端固定在下层柔性单元的中间连接板(4)的上侧；最底下的柔性单元的6个柔性元件B(5)的下端固定在基座(1)连接板上；所述的中间连接板(4)上沿中心轴线环向均布4根通孔，用于拉线(6)穿过；最上面中间连接板(12)上沿中心轴线环向均布4根拉线(6)螺纹孔，拉线(6)螺纹孔用于固定拉线(6)；中间连接板(4)的中心设置通孔用于钢丝软轴(7)通过；最上面中间连接板(12)的中心设置中心螺纹孔；所述的抓取组件包括头部连接板(10)、丝杠(8)、球形铰链(11)和柔性元件A(9)；所述的柔性元件A(9)共三个，沿头部连接板(10)的中心轴线环向均布，每个柔性元件A(9)的底部固定在最上面中间连接板(12)上、上端固定在头部连接板(10)上；最上面中间连接板(12)的中心螺纹孔与丝杠(8)匹配，所述的丝杠(8)上端与球形铰链(11)连接、下端与最上面中间连接板(12)连接；所述的球形铰链(11)上端与头部连接板(10)的中心连接。...

【技术特征摘要】
1.一种大变形三自由度柔顺机械手，其特征在于：包括动力组件、柔性组件和抓取组件；所述的动力组件包括基座(1)、电动缸(2)、电动机(3)、拉线(6)和钢丝软轴(7)，所述的电动缸(2)共四个，沿基座(1)轴向中心线环向均布地固定在底部；所述的拉线(6)共四根，每根拉线(6)的一端连接在一个电动缸(2)上、另一端穿过柔性组件中拉线导向孔空固定在中间连接板(4)上；所述的钢丝软轴(7)的一端穿过柔性组件连接在丝杠(8)的一端、另一端与电动机(3)相连接；所述的电动机(3)固定在基座(1)底部中心位置；所述的柔性组件包括多层串联的柔性单元，每层柔性单元包括6个柔性元件B(5)和一个中间连接板(4)；6个柔性元件B(5)沿中间连接板(4)的中心轴线环向均布，柔性元件B(5)的上端固定在中间连接板(4)的下侧、下端固定在下层柔性单元的中间连接板(4)的上侧；最底下的柔性单元的6个柔性元件B(5)的下端固定在基座(1)连接板上；所述的中间连接板(4)上沿中心轴线环向均布4根通孔，用于拉线(6)穿过；最上面中间连接板(12)上沿中心轴线环向均布4根拉线(6)螺纹孔，拉线(6)螺纹孔用于固定拉线(6)；中间连接板(4)的中心设置通孔用于钢丝软轴(7)通过；最上面中间连接板(12)的中心设置中心螺纹孔；所述的抓取组件包括头部连接板(10)、丝杠(8)、球形铰链(11)和柔性元件A(9)；所述的柔性元件A(9)共三个，沿头部连接板(10)的中心轴线环向均布...

【专利技术属性】
技术研发人员：林盛，王鹏飞，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21