一种绳驱动多自由度自适应机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种绳驱动多自由度自适应机械手，包括至少一节手指，手指包括手指壳体，手指壳体包括多个依次连接的外壳，相邻两个外壳之间通过连接环进行连接，第一转动轴部的轴线和第二转动轴部的轴线之间具有夹角，以使相邻两个外壳之间至少可在两个方向上相互转动；绳驱机构，每对拉线分别连接有第一驱动单元并由该第一驱动单元进行驱动，以分别驱动手指壳体在第一平面和第二平面进行弯曲；以及壳驱组件，壳驱组件包括用于驱动手指壳体转动的第二驱动单元，连接环设置有供各拉线穿过的端盖，连接环和端盖之间设置有第一轴承，以使手指壳体可相对内部的各拉线转动。本发明专利技术能实现三个自由度的运动，从而实现更加复杂运动的轨迹。从而实现更加复杂运动的轨迹。从而实现更加复杂运动的轨迹。

【技术实现步骤摘要】
一种绳驱动多自由度自适应机械手


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，特别涉及一种绳驱动多自由度自适应机械手。

技术介绍

[0002]柔性机械手凭借结构柔软度高、多自由度和连续变形能力等优势，得到了国内外研究人员的广泛关注。传统机械手相比，软体机械手操作细小或易碎物体的能力更强，因此具有广泛的应用前景。目前的研究中主要有四种驱动方式，气动驱动、绳驱动、SMA驱动，EPA驱动。
[0003]现有方案：香港中文大学的李铮教授团队研发了一款新型约束显驱动柔性机构CWFM(constrained wire
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driven flexible mechanism)，文献出处是Zheng Li,Hongliang Ren,Philip Wai Yan Chiu,et al.A novel constrained wire
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driven flexible mechanism and its kinematic analysis[C].Mechanism and Machine Theory,95(2016)59
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75，CWFM由包含多节椎骨的柔性主干组成，相邻椎骨形成关节。整体由两对相互正交的拉线控制，每对拉线由一个舵机驱动，具有两个自由度，能实现两个平面内的弯曲。同时机构中心由一硬一软的两根同心管组成，外管偏软可充当内管的约束，随着内管的平移可使机构部分刚化。
[0004]上述方案的缺点是：CWFM仅具有两个弯曲自由度，自由度较少，且部分刚化的功能需要通过丝杆步进电机实现，会造成控制部分整体尺寸过大。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本专利技术实施例提供一种绳驱动多自由度自适应机械手，能实现三个自由度的运动，从而实现更加复杂运动的轨迹。
[0006]根据本专利技术实施例的绳驱动多自由度自适应机械手，包括至少一节手指，所述手指包括手指壳体，所述手指壳体包括多个依次连接的外壳，相邻两个所述外壳之间通过连接环进行连接，所述连接环设置有与其中一个所述外壳铰接的第一转动轴部，所述连接环设置有与另一个所述外壳铰接的第二转动轴部，所述第一转动轴部的轴线和所述第二转动轴部的轴线之间具有夹角，以使相邻两个所述外壳之间至少可在两个方向上相互转动；绳驱机构，所述绳驱机构包括设置在所述手指壳体内的两对拉线，每对所述拉线分别连接有第一驱动单元并由该第一驱动单元进行驱动，以分别驱动所述手指壳体在第一平面和第二平面进行弯曲，各所述第一转动轴部的轴线垂直于所述第一平面，各所述第二转动轴部的轴线垂直于所述第二平面；以及壳驱组件，所述壳驱组件包括用于驱动所述手指壳体转动的第二驱动单元，所述连接环设置有供各所述拉线穿过的端盖，所述连接环和所述端盖之间设置有第一轴承，以使所述手指壳体可相对内部的各所述拉线转动。
[0007]在可选或优选的实施例中，所述绳驱机构还包括设置在所述手指壳体内的软管，所述端盖设置有所述软管穿过的中心孔，所述软管与所述端盖过盈配合，以对所述手指壳
体进行支撑。
[0008]在可选或优选的实施例中，所述第一转动轴部包括共轴线的两个第一凸起，所述第一凸起固设在所述连接环上，所述外壳一端开设有供第一凸起插入转动的第一轴孔，所述第二转动轴部包括共轴线的两个第二凸起，所述第二凸起固设在所述连接环上，所述外壳另一端开设有供所述第二凸起插入转动的第二轴孔。
[0009]在可选或优选的实施例中，所述第一轴承的内孔与所述端盖过盈配合，所述第一轴承的外周嵌入所述连接环的内槽中。
[0010]在可选或优选的实施例中，所述第一转动轴部的轴线和所述第二转动轴部的轴线直接的夹角为90
°
，所述第一平面和所述第二平面垂直，四根所述拉线沿所述软管四周均匀分布，所述端盖设置有供各所述拉线穿过的线孔。
[0011]在可选或优选的实施例中，所述绳驱动多自由度自适应机械手还包括平台，其中一个所述第一驱动单元包括第一舵机以及由所述第一舵机驱动的第一舵盘，另一个所述第一驱动单元包括第二舵机以及由所述第二舵机驱动的第二舵盘，两对所述拉线分别安装在所述第一舵盘和所述第二舵盘上，以通过所述第一舵盘驱动所述手指壳体在第一平面弯曲，和/或通过所述第二舵盘驱动所述手指壳体在第二平面进行弯曲。
[0012]在可选或优选的实施例中，所述绳驱动多自由度自适应机械手还包括平台，所述第二驱动单元为安装在所述平台上的步进电机，所述步进电机通过齿轮驱动传动方式驱动所述手指壳体转动。
[0013]在可选或优选的实施例中，所述步进电机的输出轴连接有主动齿轮，首段的所述外壳固定有与所述主动齿轮啮合的从动齿轮。
[0014]在可选或优选的实施例中，所述从动齿轮内套有第二轴承，所述第二轴承安装在所述平台上，从而使所述手指壳体可相对所述平台转动，各所述拉线从所述第二轴承的内孔中穿过。
[0015]在可选或优选的实施例中，所述绳驱动多自由度自适应机械手包括至少两节手指，相邻两节所述手指中，前一节所述手指中末端的所述外壳与后一节所述手指首端的所述外壳通过所述连接环连接，各所述手指连接后通过首段所述手指的壳驱组件驱动转动，前一节所述手指中的两对拉线在末端通过卡扣进行固定，前一节所述手指中设置有空心的橡胶软管，后一节所述手指中的两对拉线通过前一节所述手指中的橡胶软管内进行引线。
[0016]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少具有以下有益效果：上述技术方案，手指壳体中相邻两个外壳之间通过连接环进行连接，可在两个方向上相互转动，两对拉线能分别驱动手指壳体在第一平面和第二平面进行弯曲，从而实现两个方向上的弯曲自由度；另外，第二驱动单元驱动手指壳体进行转动，实现自转的自由度，手指壳体可相对内部的各拉线转动，避免手指壳体转动时，拉线随转动而缠绕。本专利技术具有两个平面内弯曲以及转动的三个自由度，能完成更为复杂的运动形式，本专利技术灵活度高，柔韧性好，尺寸小，可扩展性强，对于复杂工作环境具有良好的适应性，同时制造安装简便，零部件来源广泛，同时能根据实际工况定制设计尺寸，也具有一定的承载能力。
附图说明
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明；
[0018]图1是本专利技术实施例的结构示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例中相邻两个外壳连接的爆炸图；
[0020]图3是本专利技术实施例中首段外壳的透视图；
[0021]图4是本专利技术实施例多段手指连接的效果图；
[0022]图5是本专利技术实施例多段手指连接的布线图。
具体实施方式
[0023]本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绳驱动多自由度自适应机械手，其特征在于：包括至少一节手指，所述手指包括手指壳体，所述手指壳体包括多个依次连接的外壳，相邻两个所述外壳之间通过连接环进行连接，所述连接环设置有与其中一个所述外壳铰接的第一转动轴部，所述连接环设置有与另一个所述外壳铰接的第二转动轴部，所述第一转动轴部的轴线和所述第二转动轴部的轴线之间具有夹角，以使相邻两个所述外壳之间至少可在两个方向上相互转动；绳驱机构，所述绳驱机构包括设置在所述手指壳体内的两对拉线，每对所述拉线分别连接有第一驱动单元并由该第一驱动单元进行驱动，以分别驱动所述手指壳体在第一平面和第二平面进行弯曲，各所述第一转动轴部的轴线垂直于所述第一平面，各所述第二转动轴部的轴线垂直于所述第二平面；以及壳驱组件，所述壳驱组件包括用于驱动所述手指壳体转动的第二驱动单元，所述连接环设置有供各所述拉线穿过的端盖，所述连接环和所述端盖之间设置有第一轴承，以使所述手指壳体可相对内部的各所述拉线转动。2.根据权利要求1所述的绳驱动多自由度自适应机械手，其特征在于：所述绳驱机构还包括设置在所述手指壳体内的软管，所述端盖设置有所述软管穿过的中心孔，所述软管与所述端盖过盈配合，以对所述手指壳体进行支撑。3.根据权利要求2所述的绳驱动多自由度自适应机械手，其特征在于：所述第一转动轴部包括共轴线的两个第一凸起，所述第一凸起固设在所述连接环上，所述外壳一端开设有供第一凸起插入转动的第一轴孔，所述第二转动轴部包括共轴线的两个第二凸起，所述第二凸起固设在所述连接环上，所述外壳另一端开设有供所述第二凸起插入转动的第二轴孔。4.根据权利要求2所述的绳驱动多自由度自适应机械手，其特征在于：所述第一轴承的内孔与所述端盖过盈配合，所述第一轴承的外周嵌入所述连接环的内槽中。5.根据权利要求2所述的绳驱动多自由度自适应机械手，其特征在于：所述第一转动轴部的轴线和所述第二转动轴部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟勇，郭俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：