一种机器蛙人及手掌组件制造技术

本发明专利技术涉及一种机器蛙人及手掌组件，属于机器人技术领域。手掌组件包括掌部座及多根手指；手指包括依序连接布置的关节、指节及关节转角驱动机构；关节转角驱动机构包括用于驱使相邻两指节正向与反向转动的形状记忆合金丝；形状记忆合金丝包括两段以上的形状记忆合金丝段，两段形状记忆合金丝段的相邻接端部由滑块固连；形状记忆合金丝上的滑块可滑动地安装在掌部座和/或指节内。基于该结构改进的手掌组件，能在提高指节动作响应速度的同时，有效地缩短其合金丝的有效长度，可广泛应用于机器人、深海探测等技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种机器蛙人及手掌组件
本专利技术涉及机器人
，具体地说，涉及一种机器蛙人及可用于构建该机器蛙人的手掌组件。
技术介绍
随着海洋核电、海上风电、海洋石油等重大海洋资源的不断开发利用，水下装备的精准施工安装以及安全运行维护的需求急剧增长；尽管水下自主航行机器人AUV、水下遥控机器人ROV、无人潜航器UUV等海洋机器人等可以完成海洋水下探测、目标搜寻、水下故障定位、样品采集等任务，对于一些复杂且精细的作业任务，仍主要依赖于经验丰富的潜水员来完成。潜水员工作存在着风险大难度高的致命缺点，并且只能在较好海况下工作，而且超过350米水深后，潜水员无法下潜工作。为了提高作业安全，不断地研发出机器蛙人，主要是具有仿人机械臂，例如专利号为ES2544007的专利文献所公开的人形潜艇机器人，及专利号为JPH08240689的专利文献所公开的类人机器人，即机器蛙人，虽然他们由于仿人结构，而能使用他们完成部分精细工作，但由于其手掌组件为采用手指气缸等夹持机构进行构建，容易对操作物造成损伤，且需要在抓握过程中进行精准的位置控制。为了解决上述技术问题，人们研发出的类人手的手掌组件，该手掌组件包括掌部座及铰接在该掌部座的边缘基座上的五根手指，每根手指包括通过掌指关节铰接在边缘基座上的近端指节，通过中间关节铰接在近端指节的远侧端部上的中间指节，及通过末端关节铰接在中间指节的远侧端部上的末端指节，及用于驱动相邻接的两个指节绕关节铰轴转动的关节转角驱动机构。其中，转角驱动机构包括可转动地套装在关节铰轴外的多个滑轮，及跨绕于滑轮上且电控的六组形状记忆合金丝；每组形状记忆合金丝包括一根以上的形状记忆合金丝；两组形状记忆合金丝的驱动端固接在近端指节上，两组形状记忆合金丝的驱动端固接在中间指节上，两组形状记忆合金丝的驱动端固接在末端指节上，从而利用一组驱动指节绕关节铰轴正向转动，另一组用于驱动指节绕关节铰轴反向转动。为了实现能够对指节足够的驱动位移，其需要长距离的形状记忆合金丝，但是存在随着合金丝的长度增加而导致其响应速度降低的问题，且通常合金丝的长度超出掌部座的范围，而不便于安装使用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种结构改进的手掌组件，以提高指节动作响应速度的同时，有效地缩短其合金丝的有效长度；本专利技术的另一目的是提供一种以上述手掌组件构建的机器蛙人。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的手掌组件包括掌部座及铰接在掌部座的边缘基座上的多根手指；手指包括依序连接布置的掌指关节、近端指节、中间关节、中间指节、末端关节与末端指节，及关节转角驱动机构；关节转角驱动机构包括用于驱使相邻铰接的两指节正向转动的形状记忆合金丝，与反向转动的形状记忆合金丝；形状记忆合金丝包括两段以上相互间电绝缘隔离的形状记忆合金丝段，两段形状记忆合金丝段的相邻接端部由滑块固连；用于驱动近端指节转动的形状记忆合金丝上的滑块可滑动地安装在掌部座内；用于驱动其他指节转动的形状记忆合金丝上的滑块至少有一个可滑动地安装在其所铰接的内端侧指节上。通过将形状记忆合金丝分成若干段，且相邻两段之间固连，从而能够同时控制多段形状记忆合金丝，在达到足够长的总变形量的情况下，使得每段丝长度变短而能提高整体的响应速度；此外，在两段记忆合金丝段之间通过滑块固连，且该滑块可滑动地安装在对应直接和/或掌部座上，而能对其形状记忆合金丝的移动位移进行限位，不仅确保其能正常工作，且能通过滑块构建不同路径而延长其有效长度。具体的方案为末端关节与中间关节间布设有转动耦合机构，用于迫使末端关节所连接的两个指节间的转角随中间关节所连接的两个指节间的转角变化，且转角变化比例为1:1.9至1:2.1。将末端关节的转动耦合至中间关节上，而可减少合金丝的使用，同时基于大致为1:2的转角速度，而能更好地提高其抓取动作的有效性与便于控制。更具体的方案为转动耦合机构为齿轮传动机构，结构简单，便于组装及结构布局；转角变化比例为1:2。进一步的方案为齿轮传动机构包括与近端指节的外侧端固连且与中间关节同转轴的输入齿轮，与末端指节的近侧端固连且与末端关节同转轴的输出齿轮，及可转动地布设在中间关节的两侧旁上的传递齿轮组。优选的方案为每段形状记忆合金丝段外套装有热缩管，在热缩管的管腔与形状记忆合金丝段之间始终存有用于填充空气的间隙。从而利用热缩管与合金丝之间的孔隙间隙，降低其散热速率，而有效地确保其响应速度，提高其能量利用率，尤其是在温度较低的水环境中，从而实现水下的低能耗驱动；而在水中，部分热隔离不会降低其散热效率，从而不会对其还原响应速度造成太大的影响。进一步的方案为在热缩管的两端部与形状记忆合金丝段之间填充有密封用硅脂团。结构简单，便于实施。进一步的方案为硅脂团与热缩管的外端口之间的间距大于预设值。硅脂团在热缩管中的活动由于活塞，从而有效地避免其出现硅脂团跑出热缩管的问题。优选的方案为在关节铰轴上可转动地套装有用于跨绕形状记忆合金丝的滑轮。避免与指节相抵靠而损坏，有效地提高其使用寿命。优选的方案为其上安装有滑块的指节包括筒状本体及限位板，在筒状本体的掌心侧与掌背侧各设有沿指节长度方向布置的卡槽，卡槽沿深度方向贯穿筒状本体的筒壁；限位板上设有与卡槽相平行布置的限位槽；滑块为工字型结构及由工字型结构的一端部外凸形成的限位滑块部，工字型结构的另一端部在套装入卡槽内并旋转90度后，再在筒状本体外安装限位板，且使位于外侧的限位滑块部可滑动地套装在限位槽内。便于滑块结构的组装。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的机器蛙人包括机身及安装在机身上的仿人机械臂，仿人机械臂包括肩关节、大臂、肘关节、小臂及通过腕关节与小臂的末端连接的手掌组件；手掌组件为上述任一技术方案所描述的手掌组件。附图说明图1为本专利技术实施例中机器蛙人的立体图；图2为本专利技术实施例中手掌组件的主视图；图3为本专利技术实施例中手掌组件在拇指侧视角下的侧视图；图4为本专利技术实施例中手指的立体图；图5为本专利技术实施例中手指的结构图；图6为本专利技术实施例中手指的在区别于图5所示视角下的结构图；图7为本专利技术实施例中手指的结构分解图，在该图中略去了关节铰轴；图8为图7中的A局部放大图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的主要构思是通过对仿人机械臂中手掌组件的结构进行改进，以提高其响应速度的同时，可有效地缩短形状记忆合金的长度，及便于在掌部座这一有限空间内布设形状记忆合金，而便于对手掌组件的安装。实施例参见图1，本专利技术机器蛙人1包括机身10及安装在该机身10上的仿人机械臂11，该仿人机械臂11包括肩关节12、大臂13、肘关节14、小臂15及通过腕关节与小臂15的末端连接的手掌组件2。在工作过程中，通过光纤01与位于水面上的中转站02进行通信连接。参见图2至图8，手掌组件2包括掌部座20及铰接在该掌部座20的边缘基座21上的手指21、手指22、手指23、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手掌组件，包括掌部座及铰接在所述掌部座的边缘基座上的多根手指；所述手指包括依序连接布置的掌指关节、近端指节、中间关节、中间指节、末端关节与末端指节，及关节转角驱动机构；所述关节转角驱动机构包括用于驱使相邻铰接的两指节正向转动的形状记忆合金丝，与反向转动的形状记忆合金丝；/n其特征在于：/n所述形状记忆合金丝包括两段以上的形状记忆合金丝段，两段所述形状记忆合金丝段的相邻接端部由滑块固连；用于驱动所述近端指节转动的形状记忆合金丝上的滑块可滑动地安装在所述掌部座内；用于驱动其他指节转动的形状记忆合金丝上的滑块至少有一个可滑动地安装在其所铰接的内端侧指节上。/n

【技术特征摘要】
1.一种手掌组件，包括掌部座及铰接在所述掌部座的边缘基座上的多根手指；所述手指包括依序连接布置的掌指关节、近端指节、中间关节、中间指节、末端关节与末端指节，及关节转角驱动机构；所述关节转角驱动机构包括用于驱使相邻铰接的两指节正向转动的形状记忆合金丝，与反向转动的形状记忆合金丝；
其特征在于：
所述形状记忆合金丝包括两段以上的形状记忆合金丝段，两段所述形状记忆合金丝段的相邻接端部由滑块固连；用于驱动所述近端指节转动的形状记忆合金丝上的滑块可滑动地安装在所述掌部座内；用于驱动其他指节转动的形状记忆合金丝上的滑块至少有一个可滑动地安装在其所铰接的内端侧指节上。


2.根据权利要求1所述的手掌组件，其特征在于：
所述末端关节与所述中间关节间布设有转动耦合机构，用于迫使所述末端关节所连接的两个指节间的转角随所述中间关节所连接的两个指节间的转角变化，且转角变化比例为1:1.9至1:2.1。


3.根据权利要求2所述的手掌组件，其特征在于：
所述转动耦合机构为齿轮传动机构；
所述转角变化比例为1:2。


4.根据权利要求3所述的手掌组件，其特征在于：
所述齿轮传动机构包括与所述近端指节的外侧端固连且与所述中间关节同转轴的输入齿轮，与所述末端指节的近侧端固连且与所述末端关节同转轴的输出齿轮，及可转动地布设在所述中间关节的两侧旁上的传递齿轮组。


5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的手掌组件，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，吴威涛，余林繁，白昊天，陈志坚，许桢，武鑫，朱元超，魏谦笑，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33