一种新型多构态绞线驱动机械手制造技术

本发明专利技术提供一种基于新型绞线驱动系统的末端执行模块可进行平直运动与旋转运动的多构态机械手，涉及机械手设计领域、绞线驱动系统设计领域，包括末端执行模块、平直运动组件、旋转运动组件、驱动与牵引组件，通过各组件的协同工作实现对机械手末端执行模块平直运动、旋转运动的单独调控。本发明专利技术实现了绞线驱动系统中被牵引物平直运动与旋转运动分别调控的多构态系统特性，并将其引入到机械手的设计之中，减小了机械手的空间体积，避免了舵机关节调整机械手执行模块工作位置的运动空间复杂问题，具有结构简单、成本低廉、操作方便、工作精度高、多环境适用的特点，在医疗、军事和自动加工领域具有广泛应用价值。加工领域具有广泛应用价值。加工领域具有广泛应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种新型多构态绞线驱动机械手


[0001]本专利技术涉及机械手设计、绞线驱动系统设计领域，具体为一种通过新型绞线驱动系统实现机械手末端执行模块平直运动与旋转运动分别可控的适用于复杂应用场景的新型多构态机械手。

技术介绍

[0002]绞线驱动技术作为一种结构紧凑、重量轻便、功能强大、成本低廉的驱动技术，被应用于各种软执行器的设计之中。结构上绞线驱动器采用电机高速驱动两股或多股绳使其轴向总长度减小，将电机高速、低转矩的旋转运动转换为低速、高驱动力的平移直线运动，具有很高的传动比，利用其高能量效率、高功率密度的特点可实现远距离驱动功能。而现阶段绞线驱动技术更多地被应用于对被牵引物的沿绞旋收缩方向的单方向主动供力，在解开绞旋时需对被牵引物提供外力才能促使其恢复到初始几何位置，此外，现阶段大多绞线驱动系统仅仅具备轴向收缩位移能力，在对被牵引物施加几何约束的同时忽视了绞线扭矩带来的旋转运动价值，对绞线驱动系统的功能利用程度不够。
[0003]在自动生产加工过程中，需要完成对零件的夹取、递送、安装等工作，现有的装夹类机械手结构较为复杂、成本较高，如何设计一款结构简单、成本低廉的装夹类机械手、降低工人劳动强度，是当前机械手设计时需考虑的问题。此外，在医疗手术、军事拆装线等特种加工领域，传统的机械手在利用舵机关节调整机械手执行模块工作位置时具有运动空间复杂的缺点，暴露在工作环境中的机械手执行模块在位置调整时面临着破坏周围环境的风险，同时，舵机关节的引入进一步增加了机械手的工作体积，总体呈现出机构冗杂的特点，设计一款良好的机械手也需考虑结构简单、工作体积小、与环境交互性好等需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于新型绞线驱动系统的多构态机械手，能够实现机械手末端执行组件平直运动、旋转运动的单独可控，提高机械手在复杂环境下的工作能力，具有结构简单、成本低廉、操作方便、工作精度高等特点，适用于医疗机器人、军事特种机器人及自动生产加工等诸多应用场景。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种新型多构态绞线驱动机械手，包括平直运动组件、旋转运动组件及驱动与牵引组件；
[0007]所述平直运动组件包括末端套筒、末端执行模块和末端接线器。末端执行模块上的夹取(剪切)片与末端接线器轴孔配合，通过鲍登线牵引与放松及弹簧的压缩与舒张实现夹取(剪切)片的置位与复位运动，从而实现夹取(剪切)。末端接线器与末端套筒通过异形轴孔的几何限位，限制了末端接线器在与其固连的超弹性镍钛合金丝发生绞旋收缩时的旋转运动，从而单一地进行直线位移以收入或伸出；
[0008]所述旋转运动组件包括中部套筒、运动转换模块、复位弹簧以及转动约束器，运动
转换模块由前封盖、填充滑块、棘轮、棘爪、滚珠、后封盖和密封圈组成。前封盖与棘轮将填充滑块包覆形成包覆体，通过棘轮与安装于填充滑块上的棘爪相配合，行成包覆体相对填充滑块转动以及三者固连一体的不同运动模式，同时棘轮与后封盖上开有环形球槽，二者与滚珠、密封圈共同形成类轴承结构，当后封盖旋转受限时，前封盖与棘轮行成的包覆体仍能相对填充滑块旋转运动。转动约束器底部与中部套筒相固连，其四根限位棒穿过填充滑块上的四个通孔，限制其旋转运动，四根复位弹簧一端与转动约束器底部的安装位置相连接、另一端与运动转换模块后封盖底部安装位置相固连；
[0009]所述驱动与牵引组件包括前端套筒、超弹性镍钛合金丝、前端接线器和小型直流电机，小型直流电机安装在前端套筒中，前端接线器与直流电机的转轴相固连，四根超弹性镍钛合金丝一端与前端接线器相固连、另一端穿过各组件模块与末端接线器相连接，电机工作带动超弹性镍钛合金丝发生绞旋收缩或解旋舒张从而驱使末端接线器运动；
[0010]所述机械手模块通过前端套筒底部螺纹孔与机械臂末端执行件相固连，通过机械臂位姿调整将机械手递送到工作位置。
[0011]优选的，所述末端套筒的内异形孔具有从前端面到后端面的孔道扩张。
[0012]优选的，所述末端接线器底部设有突出轴，所述前封盖上设有插接孔。
[0013]优选的，所述中部套筒采用标有角度刻度线的透明亚克力材料制成，位移转换模块上标有角度指示线。
[0014]优选的，所述末端套筒齿形孔内齿的数目、所述末端接线器齿形轴的齿的数目以及所述棘轮齿的数目相同。
[0015]优选的，所述由末端接线器、前封盖、棘轮组成的固连包覆在进行旋转运动时仍保留直线位移能力。
[0016]优选的，所述绞线由解旋时具有良好记忆舒展能力的超弹性镍钛合金丝材料制成。
[0017]优选的，所述绞线的数量为4根。
[0018]优选的，所述末端执行模块中两夹取(剪切)片张开时的最大轮廓宽度小于末端套筒的最小孔径。
[0019]优选的，所述绞线在装置初始状态时有沿电机正转方向一定圈数的预先绞旋。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术一种新型多构态绞线驱动机械手，包括末端执行模块、平直运动组件、旋转运动组件、驱动与牵引组件，可利用驱动与牵引组件经平直运动组件、旋转运动组件分别完成对所述机械手末端执行模块沿装置轴线方向的直线运动及以装置轴线为转轴的旋转运动，实现对机械手末端执行模块工作位置、工作角度的单独调控，避免了采用舵机关节关节调控机械手末端执行模块工作位置的运动空间复杂问题。其结构简单、成本低廉、操作方便、工作精度高，能够适用于自动加工生产、医疗机器人、特种军事机器人等应用领域。具体而言：
[0022]上述末端执行模块包括夹取装置或剪切装置，其通过装配孔与末端接线器固定连接，实现对目标物体的夹取或剪切功能。
[0023]上述驱动与牵引组件包括末端接线器、绞线、前端接线器、小型直流电机，前端接线器与小型直流电机输出轴固定连接，由超弹性镍钛合金丝组成的绞线通过接线孔分别与
前端接线器、末端接线器固定连接。该绞线驱动装置通过绞线绞旋收缩牵引末端接线器产生收缩位移、利用超弹性镍钛合金丝的记忆延展性能在绞线解旋时推动末端接线器产生反向位移、借助绞旋时的旋转力矩给予末端接线器旋转运动趋势，平直运动组件、旋转运动组件作用于末端接线器，使末端执行模块具有沿轴线的直线运动能力、以轴线为旋转轴的旋转运动能力。
[0024]上述平直运动组件由带有类齿圈异形通孔的末端套筒构成，其与末端接线器外部类齿轮异形轴构成限制末端接线器旋转运动的约束，从而使末端接线器仅具有直线位移能力，超弹性镍钛合金丝的绞旋收缩、解旋舒展分别给予末端接线器拉力和推力，从而实现末端执行模块直线运动的单独调控。
[0025]上述旋转运动组件包括运动转换模块(前封盖、填充滑块、棘轮、棘爪、滚珠、后封盖、密封圈)、复位弹簧、转动约束器和中部套筒，转动约束器的四根限位柱穿过填充滑块的限位孔限制其旋转运动，四根复位弹簧一端固连在转动约束器底部端面另一端与后封盖底部固连限制其旋转运动，前封盖与棘轮连接后形成的包裹填充滑块的包覆体经滚珠润本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型多构态绞线驱动机械手，其特征在于，包括末端执行模块、平直运动组件、旋转运动组件和驱动与牵引组件；所述末端执行模块可完成夹取或剪切工作；所述平直运动组件由末端套筒构成，所述末端套筒呈空心圆柱状且其内部通孔为齿圈形；所述旋转运动组件包括中部套筒、前封盖、填充滑块、棘轮、棘爪、滚珠、后封盖、密封圈、复位弹簧和转动约束器，所述前封盖、填充滑块、棘轮、棘爪、滚珠、后封盖以及密封圈同心设置并组成运动转换模块，所述前封盖与棘轮连接后包覆填充滑块，所述棘轮与后封盖间采用滚珠润滑并通过密封圈连接，所述棘爪通过安装孔与所述填充滑块上的突出轴相连，所述转动约束器中部具有凸出细轴并穿过前述填充滑块的限位通孔，所述复位弹簧呈圆周均布设置于所述后封盖与所述转动约束器之间，所述转动约束器固连在中部套筒的内部安装位置；所述驱动与牵引组件包括前端套筒、末端接线器、绞线、前端接线器、小型直流电机、外连器，所述绞线的两端与所述末端接线器、所述前端接线器固定，所述前端接线器末端与所述小型直流输出轴固定，所述小型直流电机固定在所述前端套筒的内部安装位置，所述外连器一端与所述前端套筒外端底部通过螺纹连接，所述外连器另...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏敦文，曹奕，高涛，杨坤建，黎子良，刘泽堃，弓句民，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：