一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，包括夾持器、第一連接板、第一彎曲關(guān)節(jié)、第二連接板、第二彎曲關(guān)節(jié)、傳動連接板、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、基座、第一驅(qū)動套管、夾持器驅(qū)動套管、轉(zhuǎn)動心軸、驅(qū)動盤、第一驅(qū)動繩索、第二驅(qū)動套管、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索、傳動變向銷釘、第二驅(qū)動繩索、第三驅(qū)動繩索、第四驅(qū)動繩索；夾持器通過第一連接板與第一彎曲關(guān)節(jié)連接，第一彎曲關(guān)節(jié)通過第二連接板與第二彎曲關(guān)節(jié)連接，第二彎曲關(guān)節(jié)通過傳動連接板與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接在驅(qū)動盤上，驅(qū)動盤與轉(zhuǎn)動心軸連接，轉(zhuǎn)動心軸連接在基座的通孔中；夾持器驅(qū)動套管的一端連接在夾持器上，另一端位于基座外側(cè)。該執(zhí)行器面向不同的操作對象時，具有柔性自適應(yīng)能力。
【專利說明】一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，涉及一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，主要適用于災(zāi)后廢墟中的搜救以及大型設(shè)備的無損檢測等。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人已經(jīng)廣泛融入我們的日常生活中并且在某些領(lǐng)域還扮演著重要的角色。為了實現(xiàn)狹小空間的設(shè)備檢測與維修，國內(nèi)外相關(guān)學者開發(fā)研究了多種機器人結(jié)構(gòu)用來適應(yīng)環(huán)境和地形，例如日本法政大學的雙臂并聯(lián)搜救機器人、東京工業(yè)大學開發(fā)的Grow Hose機器人等等，國內(nèi)的中科院沈陽自動化研究所和上海交大都在這一領(lǐng)域進行了相關(guān)的研究，并取得了一定的成果。
[0003]由于搜救機器人的面向?qū)ο笫潜焕藛T，因此，機器人的操作裝置應(yīng)該能夠保證救援行動的安全可靠，堅決避免給被救人員帶來二次傷害，這就要求搜救機器人的末端執(zhí)行器在實施操作的時候要具有順應(yīng)性、力反饋技術(shù)以及力和位移精密協(xié)調(diào)控制等技術(shù)。柔順機構(gòu)不像傳統(tǒng)剛性機構(gòu)那樣靠運動副來實現(xiàn)全部運動和功能，而主要靠機構(gòu)中的柔性構(gòu)件的變形來實現(xiàn)運動的傳遞或功能的實現(xiàn)。在面向不同的操作對象時具有很好的柔性自適應(yīng)能力，能夠滿足安全操作的要求。因此，需要在細長搜救機器人的頭部安裝一個柔順執(zhí)行器，并針對它進行精密控制具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，該執(zhí)行器面向不同的操作對象時，具有柔性自適應(yīng)能力，很好的滿足了搜救檢測機器人的需求，沒有傳統(tǒng)剛性機構(gòu)的間隙、摩擦以及磨損的問題，
技術(shù)方案:為了解決上述的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括夾持器、第一連接板、第一彎曲關(guān)節(jié)、第二連接板、第二彎曲關(guān)節(jié)、傳動連接板、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、基座、第一驅(qū)動套管、夾持器驅(qū)動套管、轉(zhuǎn)動心軸、驅(qū)動盤、第一驅(qū)動繩索、第二驅(qū)動套管、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索、傳動變向銷釘、第二驅(qū)動繩索、第三驅(qū)動繩索、第四驅(qū)動繩索；其中，夾持器通過第一連接板與第一彎曲關(guān)節(jié)的一端固定連接，第一彎曲關(guān)節(jié)的另一端通過第二連接板與第二彎曲關(guān)節(jié)的一端固定連接，第二彎曲關(guān)節(jié)的另一端通過傳動連接板與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端固定連接，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的另一端固定連接在驅(qū)動盤上，驅(qū)動盤與轉(zhuǎn)動心軸固定連接，轉(zhuǎn)動心軸通過軸承連接在基座的通孔中；夾持器驅(qū)動套管的一端固定連接在夾持器上，夾持器驅(qū)動套管的另一端依次穿過第一連接板、第一彎曲關(guān)節(jié)、第二連接板、第二彎曲關(guān)節(jié)、傳動連接板、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、驅(qū)動盤和轉(zhuǎn)動心軸，位于基座外側(cè)；第一驅(qū)動繩索的一端和第二驅(qū)動繩索的一端分別固定連接在第二彎曲關(guān)節(jié)上，第一驅(qū)動繩索的另一端和第二驅(qū)動繩索的另一端分別穿過傳動連接板、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座，位于基座外側(cè)；第三驅(qū)動繩索的一端和第四驅(qū)動繩索的一端分別固定連接在第一彎曲關(guān)節(jié)上，第三驅(qū)動繩索的另一端和第四驅(qū)動繩索的另一端分別穿過第二連接板、第二彎曲關(guān)節(jié)、傳動連接板、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座，位于基座外側(cè)；第一驅(qū)動套管、第二驅(qū)動套管和傳動變向銷釘分別連接在基座上，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索的一端穿出第一驅(qū)動套管，另一端繞過傳動變向銷釘和驅(qū)動盤，從第二驅(qū)動套管中穿出。
[0005]進一步，所述的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括η個回轉(zhuǎn)單元，η個回轉(zhuǎn)單元呈一排依次布設(shè)，相鄰兩個回轉(zhuǎn)單元相接觸；η為大于等于2的整數(shù)。
[0006]進一步，所述的夾持器包括呈U形的外彈性片和呈V形內(nèi)彈性片，內(nèi)彈性片的開口端分別固定連接在外彈性片的兩側(cè)壁面上，外彈性片的底端和內(nèi)彈性片的底端設(shè)有相互對應(yīng)的通孔，且外彈性片的底端和內(nèi)彈性片的底端之間有間隙；夾持器驅(qū)動套管的一端穿過外彈性片的底端通孔和內(nèi)彈性片的底端通孔，固定連接在內(nèi)彈性片上。
[0007]進一步，所述的第一彎曲關(guān)節(jié)包括呈空心的上環(huán)、呈空心的下環(huán)、第一半圓盤、第二半圓盤和第三半圓盤，上環(huán)和下環(huán)同軸布設(shè)，且上環(huán)位于下環(huán)上方；第一半圓盤、第二半圓盤和第三半圓盤從上向下依次布設(shè)在上環(huán)和下環(huán)之間，且第一半圓盤和上環(huán)固定連接，第三半圓盤和下環(huán)固定連接，第一半圓盤和第二半圓盤之間通過半圓環(huán)連接，第二半圓盤和第三半圓盤通過半圓環(huán)連接，第一半圓盤和第二半圓盤之間有間隙，第二半圓盤和第三半圓盤之間有間隙；在上環(huán)下方設(shè)有上柱體，在下環(huán)的上方設(shè)有下柱體，上柱體和下柱體相對，且上柱體和下柱體之間有間隙。
[0008]進一步，所述的第二彎曲關(guān)節(jié)和第一彎曲關(guān)節(jié)具有相同的結(jié)構(gòu)，且第二彎曲關(guān)節(jié)和第一彎曲關(guān)節(jié)錯位90°。
[0009]進一步，所述的第一半圓盤和第二半圓盤之間的間隙寬度沿著第一半圓盤的端部到中部逐漸增加；第二半圓盤和第三半圓盤之間的間隙寬度沿著第三半圓盤的端部到中部逐漸增加；上柱體和第一半圓盤的中部相對。
[0010]進一步，所述的半圓環(huán)為四個，兩個半圓環(huán)分別連接第一半圓盤的端部和第二半圓盤的端部；其余兩個半圓環(huán)分別連接第三半圓盤的端部和第二半圓盤的端部。
[0011]進一步,所述的回轉(zhuǎn)單元包括空心圓盤體和回轉(zhuǎn)體,空心圓盤體內(nèi)設(shè)有m個帶有缺口的限位環(huán)，回轉(zhuǎn)體包括第一中空圓柱體和通過連接葉片與第一中空圓柱體連接的m個第二中空圓柱體，每個第二中空圓柱體位于一個限位環(huán)中，且連接葉片穿過限位環(huán)的缺口 ；m為大于2的整數(shù)。
[0012]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:本發(fā)明的執(zhí)行器面向不同的操作對象時，具有柔性自適應(yīng)能力，很好的滿足了搜救檢測機器人的需求，沒有傳統(tǒng)剛性機構(gòu)的間隙、摩擦以及磨損的問題。本發(fā)明的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器的所有關(guān)節(jié)都是全柔順機構(gòu)。夾持器位于整個執(zhí)行器的最前端，可以實現(xiàn)夾持和松開的動作。夾持器的內(nèi)彈性片呈V型結(jié)構(gòu)，當繩索的拉力傳遞到內(nèi)彈性片時，夾持器就將拉力轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼膹椥詣菽?，發(fā)生彈性變形，將鉗口閉合；當撤去繩索上的拉力時，夾持器在彈性勢能的驅(qū)動下會自動恢復(fù)原形。第一彎曲關(guān)節(jié)和第二彎曲關(guān)節(jié)采用C型結(jié)構(gòu)，為了增加變形量，在彎曲關(guān)節(jié)中采用了雙C型柔性鉸鏈，即第一半圓盤端部和第二半圓盤端部之間用兩個半圓環(huán)連接，第二半圓盤端部和第三半圓盤端部之間用兩個半圓環(huán)連接?；剞D(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用大圓弧設(shè)計，通過增大圓弧的長度和半徑來實現(xiàn)空心圓盤體和回轉(zhuǎn)體之間大的變形量。本發(fā)明的末端執(zhí)行器具有良好的環(huán)境自適應(yīng)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)安全操作，減少對操作對象的誤損傷。另外，相較于傳統(tǒng)的剛性末端執(zhí)行器，本技術(shù)方案零件數(shù)量少，大大減少了機構(gòu)的重量以及 加工和安裝的時間和費用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明中的回轉(zhuǎn)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明中的夾持器的正視圖。
[0017]圖5是本發(fā)明中的夾持器的立體圖。
[0018]圖6是本發(fā)明中的第一彎曲關(guān)節(jié)的立體圖。
[0019]圖7是本發(fā)明中的第一彎曲關(guān)節(jié)的正視圖。
[0020]圖中有:夾持器1、第一連接板2、第一彎曲關(guān)節(jié)3、第二連接板4、第二彎曲關(guān)節(jié)5、傳動連接板6、回轉(zhuǎn)單元7、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索8、傳動變向銷釘9、第二驅(qū)動繩索10、第三驅(qū)動繩索11、基座12、第一驅(qū)動套管13、夾持器驅(qū)動套管14、轉(zhuǎn)動心軸15、驅(qū)動盤16、第一驅(qū)動繩索18、第二驅(qū)動套管19、外彈性片101、內(nèi)彈性片102、上環(huán)301、下環(huán)302、第一半圓盤303、第二半圓盤304、第三半圓盤305、半圓環(huán)306、上柱體307、下柱體308、空心圓盤體701、回轉(zhuǎn)體702、限位環(huán)703、第一中空圓柱體704、連接葉片705、第二中空圓柱體706。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0022]如圖1和圖2所示，一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，包括夾持器1、第一連接板
2、第一彎曲關(guān)節(jié)3、第二連接板4、第二彎曲關(guān)節(jié)5、傳動連接板6、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、基座12、第一驅(qū)動套管13、夾持器驅(qū)動套管14、轉(zhuǎn)動心軸15、驅(qū)動盤16、連接銷釘17、第一驅(qū)動繩索18、第二驅(qū)動套管19、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索8、傳動變向銷釘9、第二驅(qū)動繩索10、第三驅(qū)動繩索11、第四驅(qū)動繩索。夾持器I通過第一連接板2與第一彎曲關(guān)節(jié)3的一端固定連接，第一彎曲關(guān)節(jié)3的另一端通過第二連接板4與第二彎曲關(guān)節(jié)5的一端固定連接，第二彎曲關(guān)節(jié)5的另一端通過傳動連接板6與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端固定連接，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的另一端固定連接在驅(qū)動盤16上。驅(qū)動盤16與轉(zhuǎn)動心軸15固定連接。轉(zhuǎn)動心軸15通過軸承連接在基座12的通孔中。夾持器驅(qū)動套管14的一端固定連接在夾持器I上，夾持器驅(qū)動套管14的另一端依次穿過第一連接板2、第一彎曲關(guān)節(jié)3、第二連接板4、第二彎曲關(guān)節(jié)5、傳動連接板6、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、驅(qū)動盤16和轉(zhuǎn)動心軸15，位于基座12外側(cè)。第一驅(qū)動繩索18的一端和第二驅(qū)動繩索10的一端分別固定連接在第二彎曲關(guān)節(jié)5上，第一驅(qū)動繩索18的另一端和第二驅(qū)動繩索10的另一端分別穿過傳動連接板6、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座12，位于基座12外側(cè)。第三驅(qū)動繩索11的一端和第四驅(qū)動繩索的一端分別固定連接在第一彎曲關(guān)節(jié)3上，第三驅(qū)動繩索11的另一端和第四驅(qū)動繩索的另一端分別穿過第二連接板4、第二彎曲關(guān)節(jié)5、傳動連接板6、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座12，位于基座12外側(cè)。作為優(yōu)選，第一驅(qū)動繩索18和第二驅(qū)動繩索10相對設(shè)置，第三驅(qū)動繩索11和第四驅(qū)動繩索相對設(shè)置。第一驅(qū)動套管13、第二驅(qū)動套管19和傳動變向銷釘9分別連接在基座12上。回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索8的一端穿出第一驅(qū)動套管13，另一端繞過傳動變向銷釘9和驅(qū)動盤16，從第二驅(qū)動套管19中穿出。
[0023]進一步，如圖1所示，所述的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括η個回轉(zhuǎn)單元7，η個回轉(zhuǎn)單元7呈一排依次布設(shè)，相鄰兩個回轉(zhuǎn)單元7相連接；n為大于等于2的整數(shù)?；剞D(zhuǎn)單元之間通過連接銷釘17實現(xiàn)連接。相鄰兩個回轉(zhuǎn)單元7之間分別通過內(nèi)圈和外圈的連接銷釘17實現(xiàn)互連。如圖3所示，所述的回轉(zhuǎn)單元7包括空心圓盤體701和回轉(zhuǎn)體702，空心圓盤體701內(nèi)設(shè)有m個帶有缺口的限位環(huán)703，回轉(zhuǎn)體702包括第一中空圓柱體704和通過連接葉片705與第一中空圓柱體704連接的m個第二中空圓柱體706，每個第二中空圓柱體706位于一個限位環(huán)703中，且連接葉片705穿過限位環(huán)703的缺口 ；m為大于2的整數(shù)?；剞D(zhuǎn)體702可以旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角度受到限位環(huán)703缺口的限制。作為優(yōu)選，m為3。設(shè)置3個限位環(huán)703，可利用三角形穩(wěn)定性原理，使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
[0024]進一步，所述的η為5。設(shè)置5片回轉(zhuǎn)單元目的是增加回轉(zhuǎn)角度，每一片回轉(zhuǎn)單元最大回轉(zhuǎn)在10°左右,利用5片串聯(lián)可以實現(xiàn)較大的回轉(zhuǎn)角度，S卩正負45°。實現(xiàn)方法就是:利用連接銷釘17將5片回轉(zhuǎn)單元依次串聯(lián)連接。
[0025]進一步，如圖4和圖5所示，所述的夾持器I包括呈U形的外彈性片101和呈V形內(nèi)彈性片102，內(nèi)彈性片102的開口端分別固定連接在外彈性片101的兩側(cè)壁面上，外彈性片101的底端和內(nèi)彈性片102的底端設(shè)有相互對應(yīng)的通孔，且外彈性片101的底端和內(nèi)彈性片102的底端之間有間隙；夾持器驅(qū)動套管14的一端穿過外彈性片101的底端通孔和內(nèi)彈性片102的底端通孔，固定連接在內(nèi)彈性片102上。夾持器驅(qū)動套管14的移動，可以帶動內(nèi)彈性片102開口端的張合，進而帶動外彈性片101的張合，實現(xiàn)夾持器I的夾持功能。
[0026]進一步，如圖6和圖7所示，所述的第一彎曲關(guān)節(jié)3包括呈空心的上環(huán)301、呈空心的下環(huán)302、第一半圓盤303、第二半圓盤304和第三半圓盤305，上環(huán)301和下環(huán)302同軸布設(shè)，且上環(huán)301位于下環(huán)302上方；第一半圓盤303、第二半圓盤304和第三半圓盤305從上向下依次布設(shè)在上環(huán)301和下環(huán)302之間，且第一半圓盤303和上環(huán)301固定連接，第三半圓盤305和下環(huán)302固定連接，第一半圓盤303和第二半圓盤304之間通過半圓環(huán)306連接，第二半圓盤304和第三半圓盤305通過半圓環(huán)306連接，第一半圓盤303和第二半圓盤304之間有間隙，第二半圓盤304和第三半圓盤305之間有間隙；在上環(huán)301下方設(shè)有上柱體307，在下環(huán)302的上方設(shè)有下柱體308，上柱體307和下柱體308相對，且上柱體307和下柱體308之間有間隙。這樣，第一彎曲關(guān)節(jié)3發(fā)生彎曲變形時，一側(cè)受到上柱體307和下柱體308的限位，即最大彎曲距離為上柱體307和下柱體308之間的空隙距離；另一側(cè)受到第一半圓盤303、第二半圓盤304和第三半圓盤305的限位，即最大彎曲距離為第一半圓盤303與第二半圓盤304之間的間隙距離和第二半圓盤304與第三半圓盤305之間的間隙距離之和。第一彎曲關(guān)節(jié)3整體采用C型結(jié)構(gòu)，為了增加變形量，在第一彎曲關(guān)節(jié)3中采用了雙C型柔性鉸鏈(即半圓環(huán)306)，大大增加了彎曲范圍，同時添加了上柱體307和下柱體308，可以保證關(guān)節(jié)在彎曲過程中由于力過大引起的永久性損害。
[0027]進一步，所述的第二彎曲關(guān)節(jié)5和第一彎曲關(guān)節(jié)3具有相同的結(jié)構(gòu)，且第二彎曲關(guān)節(jié)5和第一彎曲關(guān)節(jié)3錯位90°。第二彎曲關(guān)節(jié)5和第一彎曲關(guān)節(jié)3沒有對齊設(shè)置。第二彎曲關(guān)節(jié)5和第一彎曲關(guān)節(jié)3的位置錯位90°，可以實現(xiàn)空間任意方向的彎曲，即實現(xiàn)三維彎曲。該彎曲機構(gòu)利用兩個相互垂直的單軸彎曲進行疊加，就是兩個彎曲的合成，可以實現(xiàn)空間任意方向的彎曲。
[0028]進一步，所述的第一半圓盤303和第二半圓盤304之間的間隙寬度沿著第一半圓盤303的端部到中部逐漸增加；第二半圓盤304和第三半圓盤305之間的間隙寬度沿著第三半圓盤305的端部到中部逐漸增加；上柱體307和第一半圓盤303的中部相對。這樣在受力時，第一半圓盤303和第二半圓盤304發(fā)生彎曲變形，兩者之間有足夠的間隙，來避免第一半圓盤303和第二半圓盤304變形時受到干涉。同樣，第二半圓盤304和第三半圓盤305發(fā)生彎曲變形，兩者之間有足夠的間隙，來避免第二半圓盤304和第三半圓盤305變形時受到干涉。
[0029]進一步，所述的半圓環(huán)306為四個,兩個半圓環(huán)306分別連接第一半圓盤303的端部和第二半圓盤304的端部；其余兩個半圓環(huán)306分別連接第三半圓盤305的端部和第二半圓盤304的端部。這樣有利于第一半圓盤303和第二半圓盤304之間，以及第三半圓盤305和第二半圓盤304之間連接的穩(wěn)定性，且具有良好的彎曲彈性。
[0030]在上述結(jié)構(gòu)的末端執(zhí)行器中，所述的第一連接板2的縱截面為半圓形。第一連接板2呈半圓形是為了在其頂部開螺紋孔，安裝緊定螺釘，從而將夾持器I壓緊在第一連接板2上。夾持器I通過其尾部的矩形塊固定在第一連接板2的中心孔中，在中心孔的側(cè)邊上有緊定螺釘，實現(xiàn)夾持器I的緊定安裝。
[0031]本發(fā)明的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器的所有關(guān)節(jié)都是全柔順機構(gòu)。夾持器I位于整個執(zhí)行器的最前端，可以實現(xiàn)夾持和松開的動作。夾持器I的內(nèi)彈性片102呈V型結(jié)構(gòu)，內(nèi)彈性片102和外彈性片101底部中心均有通孔用來安裝套管和繩索，當繩索的拉力傳遞到內(nèi)彈性片102時，夾持器I就將拉力轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼膹椥詣菽?，發(fā)生彈性變形，將鉗口閉合；當撤去繩索上的拉力時，夾持器I在彈性勢能的驅(qū)動下會自動恢復(fù)原形。
[0032]第一彎曲關(guān)節(jié)3和第二彎曲關(guān)節(jié)5采用C型結(jié)構(gòu)，為了增加變形量，在彎曲關(guān)節(jié)中采用了雙C型柔性鉸鏈(即第一半圓盤303端部和第二半圓盤304端部之間用兩個半圓環(huán)306連接，第二半圓盤304端部和第三半圓盤305端部之間用兩個半圓環(huán)306連接)。
[0033]回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)采用大圓弧設(shè)計，通過增大圓弧的長度和半徑來實現(xiàn)內(nèi)圈和外圈(外圈對應(yīng)的是空心圓盤體701，內(nèi)圈對應(yīng)的是回轉(zhuǎn)體702)之間大的變形量。
[0034]回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索9帶動驅(qū)動圓盤16進行雙向旋轉(zhuǎn)，傳動變向銷釘21實現(xiàn)了將水平方向的拉力變成了豎直方向的拉力，夾持器驅(qū)動套管14內(nèi)部的繩索通過拉力的傳遞實現(xiàn)夾持器I的夾緊和松開，第一驅(qū)動繩索18、第二驅(qū)動繩索10、第三驅(qū)動繩索11和第四驅(qū)動繩索各自通過在繩索驅(qū)動端施加拉力而實現(xiàn)第一彎曲關(guān)節(jié)3和第二彎曲關(guān)節(jié)5的彎曲和復(fù)位?；剞D(zhuǎn)關(guān)節(jié)運動方式是，將回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)套在驅(qū)動盤16上，當在回轉(zhuǎn)單元7外圈上均布的孔中施加扭矩時，回轉(zhuǎn)單元7的空心圓盤體701和回轉(zhuǎn)體702之間就會發(fā)生相對的扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。由于一個回轉(zhuǎn)單元7的回轉(zhuǎn)角度有限，當需要較大回轉(zhuǎn)角度時，需要將多片回轉(zhuǎn)單元7相串聯(lián)。串聯(lián)的方式就是將兩片回轉(zhuǎn)單元7的空心圓盤體701或回轉(zhuǎn)體702上的孔用定位銷釘連接起來。相鄰的回轉(zhuǎn)單元7的空心圓盤體701和回轉(zhuǎn)體702間隔開來連接。
[0035]本發(fā)明的創(chuàng)新之處是利用柔順機構(gòu)學知識和原理設(shè)計彈性元件，各個關(guān)節(jié)模塊通過柔順鉸鏈技術(shù)進行結(jié)構(gòu)方案選型與設(shè)計。該末端執(zhí)行器設(shè)計緊湊，采用柔順結(jié)構(gòu)避免了剛性運動副的摩擦及安裝誤差，主要適用于災(zāi)后廢墟中的搜救以及大型設(shè)備的無損檢測
坐寸ο
【權(quán)利要求】
1.一種套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，該末端執(zhí)行器包括夾持器(I)、第一連接板(2)、第一彎曲關(guān)節(jié)(3)、第二連接板(4)、第二彎曲關(guān)節(jié)(5)、傳動連接板(6)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、基座(12)、第一驅(qū)動套管(13)、夾持器驅(qū)動套管(14)、轉(zhuǎn)動心軸(15)、驅(qū)動盤(16)、第一驅(qū)動繩索(18)、第二驅(qū)動套管(19)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索(8)、傳動變向銷釘(9)、第二驅(qū)動繩索(10)、第三驅(qū)動繩索(11)、第四驅(qū)動繩索；其中， 夾持器(I)通過第一連接板(2)與第一彎曲關(guān)節(jié)(3)的一端固定連接，第一彎曲關(guān)節(jié)(3)的另一端通過第二連接板(4)與第二彎曲關(guān)節(jié)(5)的一端固定連接，第二彎曲關(guān)節(jié)(5)的另一端通過傳動連接板(6)與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端固定連接，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的另一端固定連接在驅(qū)動盤(16)上，驅(qū)動盤(16)與轉(zhuǎn)動心軸(15)固定連接，轉(zhuǎn)動心軸(15)通過軸承連接在基座(12)的通孔中；夾持器驅(qū)動套管(14)的一端固定連接在夾持器(I)上，夾持器驅(qū)動套管(14)的另一端依次穿過第一連接板(2)、第一彎曲關(guān)節(jié)(3)、第二連接板(4)、第二彎曲關(guān)節(jié)(5)、傳動連接板(6)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、驅(qū)動盤(16)和轉(zhuǎn)動心軸(15)，位于基座(12)外側(cè)；第一驅(qū)動繩索(18)的一端和第二驅(qū)動繩索(10)的一端分別固定連接在第二彎曲關(guān)節(jié)(5)上，第一驅(qū)動繩索(18)的另一端和第二驅(qū)動繩索(10)的另一端分別穿過傳動連接板(6)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座(12)，位于基座(12)外側(cè)；第三驅(qū)動繩索(11)的一端和第四驅(qū)動繩索的一端分別固定連接在第一彎曲關(guān)節(jié)(3)上，第三驅(qū)動繩索(11)的另一端和第四驅(qū)動繩索的另一端分別穿過第二連接板(4)、第二彎曲關(guān)節(jié)(5)、傳動連接板(6)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和基座(12)，位于基座(12)外側(cè)；第一驅(qū)動套管(13)、第二驅(qū)動套管(19)和傳動變向銷釘(9)分別連接在基座(12)上，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)驅(qū)動繩索(8)的一端穿出第一驅(qū)動套管(13)，另一端繞過傳動變向銷釘(9)和驅(qū)動盤(16)，從第二驅(qū)動套管(19)中穿出。
2.按照權(quán)利要求1所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括η個回轉(zhuǎn)單元(7)，η個回轉(zhuǎn)單元(7)呈一排依次布設(shè),相鄰兩個回轉(zhuǎn)單元(7)相接觸；η為大于等于2的整數(shù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的η為5。
4.按照權(quán)利要求1所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的夾持器(I)包括呈U形的外彈性片(101)和呈V形內(nèi)彈性片(102)，內(nèi)彈性片(102)的開口端分別固定連接在外彈性片(101)的兩側(cè)壁面上，外彈性片(101)的底端和內(nèi)彈性片(102)的底端設(shè)有相互對應(yīng)的通孔，且外彈性片(101)的底端和內(nèi)彈性片(102)的底端之間有間隙；夾持器驅(qū)動套管(14)的一端穿過外彈性片(101)的底端通孔和內(nèi)彈性片(102)的底端通孔，固定連接在內(nèi)彈性片(102)上。
5.按照權(quán)利要求1所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的第一彎曲關(guān)節(jié)(3)包括呈空心的上環(huán)(301)、呈空心的下環(huán)(302)、第一半圓盤(303)、第二半圓盤(304)和第三半圓盤(305)，上環(huán)(301)和下環(huán)(302)同軸布設(shè)，且上環(huán)(301)位于下環(huán)(302)上方；第一半圓盤(303)、第二半圓盤(304)和第三半圓盤(305)從上向下依次布設(shè)在上環(huán)(301)和下環(huán)(302 )之間，且第一半圓盤(303)和上環(huán)(301)固定連接，第三半圓盤(305)和下環(huán)(302)固定連接，第一半圓盤(303)和第二半圓盤(304)之間通過半圓環(huán)(306)連接，第二半圓盤(304)和第三半圓盤(305)通過半圓環(huán)(306)連接，第一半圓盤(303)和第二半圓盤(304)之間有間隙，第二半圓盤(304)和第三半圓盤(305 )之間有間隙；在上環(huán)(301)下方設(shè)有上柱體(307 )，在下環(huán)(302 )的上方設(shè)有下柱體(308 )，上柱體(307 )和下柱體(308 )相對，且上柱體(307 )和下柱體(308 )之間有間隙。
6.按照權(quán)利要求5所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的第二彎曲關(guān)節(jié)(5)和第一彎曲關(guān)節(jié)(3)具有相同的結(jié)構(gòu)，且第二彎曲關(guān)節(jié)(5)和第一彎曲關(guān)節(jié)(3)錯位 90。。
7.按照權(quán)利要求5所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的第一半圓盤(303)和第二半圓盤(304)之間的間隙寬度沿著第一半圓盤(303)的端部到中部逐漸增加；第二半圓盤(304)和第三半圓盤(305)之間的間隙寬度沿著第三半圓盤(305)的端部到中部逐漸增加；上柱體(307)和第一半圓盤(303)的中部相對。
8.按照權(quán)利要求5所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的半圓環(huán)(306)為四個,兩個半圓環(huán)(306)分別連接第一半圓盤(303)的端部和第二半圓盤(304)的端部；其余兩個半圓環(huán)(306)分別連接第三半圓盤(305)的端部和第二半圓盤(304)的端部。
9.按照權(quán)利要求2所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的回轉(zhuǎn)單元(7)包括空心圓盤體(701)和回轉(zhuǎn)體(702)，空心圓盤體(701)內(nèi)設(shè)有m個帶有缺口的限位環(huán)(703)，回轉(zhuǎn)體(702)包括第一中空圓柱體(704)和通過連接葉片(705)與第一中空圓柱體(704)連接的m個 第二中空圓柱體(706)，每個第二中空圓柱體(706)位于一個限位環(huán)(703)中，且連接葉片(705)穿過限位環(huán)(703)的缺口 ；m為大于2的整數(shù)。
10.按照權(quán)利要求9所述的套索驅(qū)動的柔順末端執(zhí)行器，其特征在于，所述的m為3。
【文檔編號】B25J15/08GK103817704SQ201410088217
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】王興松, 王凱 申請人:東南大學