遥操纵力反馈液压伺服作业机械手制造技术

本实用新型专利技术涉及一种工程中使用的遥操纵力反馈液压伺服作业机械手。其主要由手臂，装有位移传感器的作动缸，由固定挡板、摇杆、连杆和手爪构成的四连杆机构，根部联接有两个相互啮合的半圆柱齿轮的上、下手爪，以及测量夹持力用的两个压力传感器组成，作动缸一端铰接在手臂上，另一端铰接在四连杆机构的摇杆与连杆的铰点处，上、下手爪连同根部的两个半圆柱齿轮通过两个中心销轴连接在两侧的固定挡板上，固定挡板通过两个销轴与机械手摇臂联接。本实用新型专利技术具有结构简单，安装方便，反馈力易于测量，制造成本低，上下手爪运动同步、所能承受的夹持力矩大，运动精度高，可靠性好，易于实现自动控制等特点，适用于各种不规则物体的抓取。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种工程中使用的遥操纵力反馈液压伺服作业机械手，适用于在高温、 高压、强辐射、窒息等人难以靠近的极限环境下的遥操纵抓取作业，当然也适用于普通环境 下的抓取作业。
技术介绍
在人类难以接近的高温、高压、强辐射、窒息等极限环境，如空间、地下、深海资源开 发、核反应堆维护、灾害抢险救助等作业中，广泛采用主一从遥操作方式。操作者处于安全 位置，通过力反馈操纵装置操纵远端的机器手工作，同时，远端机器手与作业对象之间的作 用力反馈至操纵装置，并由操作者的手部感知，使操作者可以判断出作业对象的软硬以及工 作阻力的大小，有身临其境地对远端机器手进行操作的感觉。这种操作方式将极大地提高操 作者对现场的感知能力，更有效、更准确地完成各种复杂的作业任务。工程上现在使用的作业机械手，不适于遥操作使用，其主要有两种类型第一种上手爪 固定，只有下手爪运动；第二种的上手爪与下手爪之间通过三角机构联动。前者抓手开启角 度及作业角度受到限制；后者在抓取过程中两个手爪的运动不同步，主动手爪与从动手爪之 间的传动角始终在变化，特别是夹紧物体时传动角较小，使得作动器的受力与抓取力之间呈 高度非线性关系，因此依据作动器的受力进行遥操作力反馈控制时，其效果不佳。本实用新 型就是基于这样的背景才提出的。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种能够克服现有抓取机械手的上述缺点，并较好地实现遥操 纵力反馈液压伺服作业机械手。其结构简单，成本低，运行可靠、装拆与更换方便。 本技术的上述目的通过以下技术方案实现，结合附图说明如下。一种遥操纵力反馈液压伺服作业机械手，其主要由手臂l，装有位移传感器的作动缸2， 由固定挡板5、摇杆4、连杆6和手爪构成的四连杆机构，根部联接有两个相互啮合的半圆 柱齿轮7、 8的上、下手爪12、 13，以及测量夹持力用的两个压力传感器16、 17组成，作 动缸2—端铰接在手臂1上，另一端铰接在四连杆机构的摇杆4与连杆6的铰点处，上、下 手爪12、 13连同根部的两个半圆柱齿轮7、 8通过两个中心销轴9、 15连接在两侧的固定挡 板5上，固定挡板5通过两个销轴18、 19与机械手摇臂1联接。由于采用上述机构，本技术提出的这种遥操纵力反馈液压伺服作业机械手与现有抓 取机械手相比具有如下优点1、结构简单，装拆方便。上、下手爪与半圆柱齿轮之间，以及它们与四连杆机构之间， 全部采用销式连接，装拆便捷。32、 性能稳定、工作可靠。机械手所使用的两种传感器，包括测量作动缸活塞杆伸长量 的位移传感器可采用差动变压器式的位移传感器或磁致伸縮式位移传感器，和安装于作动缸 进、出油管道上，用于测量抓取力的压力传感器，都是在工程上常用的传感器，实践证明可 长期使用，性能可靠。3、 手爪受力更加合理。由于两手爪根部釆用齿轮啮合传动，所以不论手爪运动到什么 位置其传动角都是相同的，所以抓手内部各元件的受力更加合理。4、 易于实现力反馈。由于两手爪之间采用了齿轮传动，所以使得作动器的受力与抓取 力之间变为弱非线性或接近于线性，所以作动器两腔压力之差作为反馈力信号，可直接作为 反馈力信号使用或经过简单调理后作为反馈力信号使用，易于获得较好的力反馈控制效果。附图说明图l:遥操纵力反馈液压伺服作业机械手结构图。 图2:手爪联动部分结构图。 图3:作动缸的结构示例。 图4:操纵杆的结构示例。 图5:遥操纵控制原理举例。图中l.为手臂，2.为作动缸，3.为活塞杆，4.为摇杆，5.为固定挡板，6.为连杆，7、 8. 为半圆柱齿轮，9.为中心销轴、IO.为固定销轴，ll.为手爪连杆，12.为上手爪、13.为下手爪， 14.为固定销轴，15.为中心销轴，16、 17.为压力传感器，18、 19.为快装销轴，20.为位移传 感器，21.为作动缸无杆腔进出油口， 22.为作动有杆腔进出油口， 23.为操纵手柄，24.为转角 传感器，25.为回位弹簧，26.为伞齿轮，27.为小齿轮，28.为力矩电机，29.为力反馈操纵杆， 30.为遥操纵力反馈液压伺服作业机械手，3L为操纵杆输出的位移信号，3L为机械手输出的 位移信号，33.为调理与驱动器，34.为驱动阀，35.为机械手作动器无杆腔压力信号，36.为机 械手作动器有杆腔压力信号，37.为非线性校正与驱动器。具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术的具体内容。参阅图l所示的一种遥操纵力反馈液压伺服作业机械手，其主要由手臂l，装有位移传 感器的作动缸2，由固定挡板5、摇杆4、连杆6和手爪构成的四连杆机构，根部联接有两 个相互啮合的半圆柱齿轮7、 8的上、下手爪12、 13，以及测量夹持力用的两个压力传感器 16、 17组成，作动缸2 —端铰接在手臂1上，另一端铰接在四连杆机构的摇杆4与连杆6 的铰点处，上、下手爪12、 13连同根部的两个半圆柱齿轮7、 8通过两个中心销轴9、 15连 接在两侧的固定挡板5上，固定挡板5通过两个销轴18、 19与机械手摇臂1联接。参阅图2，装于上、下手爪12、 13根部的两半圆柱齿轮7、 8，其半个圆周是直齿轮而 另半圆周是圆柱体，在半圆柱的上设有轴孔，通过该孔，分别通过两个固定销轴10、 14将 两个半圆柱齿轮7、 8与上、下手爪12、 13采用过渡配合联接在一起。所述的上、下手爪12、 13及两个半圆柱齿轮7、 8与两个中心销轴9、 15采用间隙配合，并能绕两个中心销轴9、 15转动，上手爪12与连杆6之间通过手爪连杆11铰接，上手爪12通过 由液压缸2驱动的摇杆4、连杆6带动运动，并通过两个半圆柱齿轮7、 8的啮合传动与下手爪 13同步联动。机械手的动作原理是，液压缸2驱动摇杆4，通过摆动连杆6带动上手爪12运动，再通过 两个半圆柱齿轮7、 8的啮合传动，带动下手爪13向相反方向等幅运动，从而实现上、下手爪 12、 13的抓取联动。作动缸2为其内部或外部装有可测量活塞杆3伸长量的位移传感器的液压伺服作动缸， 反馈力测量用的压力传感器16、 17，安装在作动缸2的进、出油管道上，通过测得的压力 值的差值，来求机械手的夹持力。下面通过一种遥操纵力反馈液压伺服作业机械手实施例子，以及用其组成遥操纵控制系 统的实施例子说明本技术的实施过程。1、 机械手图1所示为遥操纵力反馈液压伺服作业机械手的一个具体例子。其主要包括手臂l， 作动缸2，由固定挡板5，摇杆4，连杆6与上、下手爪ll、 12组成的四连杆机构，根部联 接有半圆柱齿轮的两只上、下手爪12、 13，以及测量夹持力用的压力传感器16、 17。作动 缸2的一端铰接在手臂1上，另一端铰接在四连杆机构的摇杆4与连杆6的铰点处。两只上、 下手爪12、 13连同根部的半圆柱齿轮7、 8通过中心销轴9、 15连接在两侧的固定挡板5上， 固定挡板5通过两个销轴18、 19与机械手摇臂1联接。参阅图2，装于上下手爪根部的两个半圆柱齿轮7、 8，其半个圆周是直齿轮而另半圆周 是圆柱，在半圆柱的一侧的中间位置设有轴孔，通过该孔，分别用固定销轴IO、 14将半圆柱 齿轮7、 8与上、下手爪12、 13采用过渡配合联接在一起。上、下手爪12、 13及两个半圆柱齿 轮7、 8与固定心轴9、 15采用间隙配合，使得上、下手爪12、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遥操纵力反馈液压伺服作业机械手，其特征在于主要由手臂（１），装有位移传感器的作动缸（２），由固定挡板（５）、摇杆（４）、连杆（６）和手爪构成的四连杆机构，根部联接有两个相互啮合的半圆柱齿轮（７、８）的上、下手爪（１２、１３），以及测量夹持力用的两个压力传感器（１６、１７）组成，作动缸（２）一端铰接在手臂（１）上，另一端铰接在四连杆机构的摇杆（４）与连杆（６）的铰点处，上、下手爪（１２、１３）连同根部的两个半圆柱齿轮（７、８）通过两个中心销轴（９、１５）连接在两侧的固定挡板（５）上，固定挡板（５）通过两个销轴（１８、１９）与机械手摇臂（１）联接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丁选，尚涛，侯敬巍，张祝新，程丽丽，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：实用新型
国别省市：82[中国|长春]