一種基于電磁驅(qū)動的仿真機(jī)械手指的制作方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于仿真機(jī)械手驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電磁驅(qū)動的仿真機(jī)械手指Ο
【背景技術(shù)】
[0002]目前機(jī)械手的驅(qū)動方式多使用伺服電機(jī)驅(qū)動、鋼絲驅(qū)動、液壓驅(qū)動等，少部分使用人造肌肉驅(qū)動；其中人造肌肉驅(qū)動，雖然驅(qū)動的方式先進(jìn)，但是制造成本目前很高，液壓驅(qū)動需要強(qiáng)大的動力來對液壓油增壓驅(qū)動，將會增加設(shè)備的重量和對技術(shù)成熟度要求較高，所以成本也較高；那么在仿真機(jī)械手驅(qū)動上伺服電機(jī)驅(qū)動和鋼絲驅(qū)動較為常見，伺服電機(jī)驅(qū)動為在每個(gè)關(guān)節(jié)上安裝一個(gè)伺服電機(jī)，這將會導(dǎo)致機(jī)械手上的機(jī)構(gòu)很不美觀，伺服電機(jī)的尺寸外形將決定機(jī)械手的外形和功能；目前使用最多的、成本最低的是采用鋼絲驅(qū)動，將伺服電機(jī)集中安裝在手臂處，機(jī)械手及手指機(jī)構(gòu)較為簡單，控制較為容易，但是鋼絲驅(qū)動中容易出現(xiàn)機(jī)械指定位不準(zhǔn)、手指虛位擺動等情況，所以設(shè)計(jì)一種成本較低、方便布置的驅(qū)動方式是很有必要的。
[0003]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于電磁驅(qū)動的仿真機(jī)械手指解決如上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明公開一種基于電磁驅(qū)動的仿真機(jī)械手指，它是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0005]—種基于電磁驅(qū)動的仿真機(jī)械手指，其特征在于:它包括機(jī)械指第四支架、機(jī)械指第三支架、機(jī)械指第二支架、機(jī)械指第一支架、執(zhí)行單元支撐、機(jī)械指支架限位板、機(jī)械指第三復(fù)位彈簧、機(jī)械指第二復(fù)位彈簧、機(jī)械指第一復(fù)位彈簧、機(jī)械指復(fù)位彈簧支撐、執(zhí)行單元支耳、動力單元、執(zhí)行單元、液態(tài)介質(zhì)導(dǎo)管，其中機(jī)械指第二支架通過圓柱銷安裝在機(jī)械指第一支架上，機(jī)械指第三支架通過圓柱銷安裝在機(jī)械指第二支架上，機(jī)械指第四支架通過圓柱銷安裝在機(jī)械指第三支架上；機(jī)械指第二支架兩端和機(jī)械指第三支架兩端分別各安裝有兩根執(zhí)行單元支撐，機(jī)械指第一支架和機(jī)械指第四支架上各安裝有一根執(zhí)行單元支撐，六根執(zhí)行單元支撐均安裝在支架的機(jī)械指彎曲一側(cè)；在相鄰的機(jī)械指支架之間的兩個(gè)執(zhí)行單元支撐上安裝有一個(gè)執(zhí)行單元；三根機(jī)械指支架限位板分別安裝在機(jī)械指第一支架末端、機(jī)械指第二支架末端、機(jī)械指第三支架末端，三根機(jī)械指復(fù)位彈簧支撐分別安裝在機(jī)械指第四支架上、機(jī)械指第三支架上且靠近機(jī)械指第二支架處、機(jī)械指第二支架上且靠近機(jī)械指第一支架處；機(jī)械指第一復(fù)位彈簧一端安裝在機(jī)械指第一支架上的機(jī)械指支架限位板上，另一端安裝在機(jī)械指第二支架上的機(jī)械指復(fù)位彈簧支撐上；機(jī)械指第二復(fù)位彈簧一端安裝在機(jī)械指第二支架上的機(jī)械指支架限位板上，另一端安裝在機(jī)械指第三支架上的機(jī)械指復(fù)位彈簧支撐上；機(jī)械指第三復(fù)位彈簧一端安裝在機(jī)械指第三支架上的機(jī)械指支架限位板上，另一端安裝在機(jī)械指第四支架上的機(jī)械指復(fù)位彈簧支撐上；液態(tài)介質(zhì)導(dǎo)管一端連接動力單元，液態(tài)介質(zhì)導(dǎo)管沿程中連接三個(gè)執(zhí)行單元；上述機(jī)械指第二復(fù)位彈簧彈性系數(shù)、機(jī)械指第三復(fù)位彈簧彈性系數(shù)、機(jī)械指第一復(fù)位彈簧彈性系數(shù)依次增大2倍，在基本完全模仿人手沒有抓取物體時(shí)，手指自然彎曲的運(yùn)動，復(fù)位彈簧彈性系數(shù)設(shè)計(jì)如上。六根執(zhí)行單元支撐上均安裝有執(zhí)行單元支耳。
[0006]本發(fā)明中三個(gè)執(zhí)行單元使用同一個(gè)動力單元驅(qū)動，那么執(zhí)行單元中的液態(tài)介質(zhì)的壓力是相同的，這樣可以保證機(jī)械指各關(guān)節(jié)對于所抓取的物體接觸面的壓力應(yīng)該是相同的，那么就能夠更好的適應(yīng)所抓取物體的外形，具有較強(qiáng)的抓取能力。
[0007]上述動力單元包括動力單元外殼、動力單元頂蓋、動力單元磁性底蓋、導(dǎo)軌卡牙、電磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌、卡鎖結(jié)構(gòu)、卡鎖結(jié)構(gòu)錐齒、卡鎖導(dǎo)磁片錐齒、卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸支撐、卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸、卡鎖導(dǎo)磁片彈簧、卡鎖導(dǎo)磁片、液態(tài)介質(zhì)彈性容器、電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板、通電線圈、電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板、卡鎖結(jié)構(gòu)支撐片、卡鎖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸、動力單元出口、電磁結(jié)構(gòu)卡槽、電磁結(jié)構(gòu)中心導(dǎo)磁體、卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體，其中液態(tài)介質(zhì)彈性容器安裝在動力單元磁性底蓋上，動力單元外殼安裝在動力單元磁性底蓋上，兩個(gè)電磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌對稱安裝在動力單元外殼上，每個(gè)電磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌上安裝有導(dǎo)軌卡牙；電磁結(jié)構(gòu)中心導(dǎo)磁體一端固定在電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板上，另一端固定在電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板上，通電線圈纏繞在電磁結(jié)構(gòu)中心導(dǎo)磁體上；電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板和電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板分別上下對應(yīng)的開有兩個(gè)電磁結(jié)構(gòu)卡槽，電磁結(jié)構(gòu)卡槽與電磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌配合；卡鎖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸通過卡鎖結(jié)構(gòu)支撐片安裝在電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板上偵1|，卡鎖結(jié)構(gòu)安裝在卡鎖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上，卡鎖結(jié)構(gòu)兩端與導(dǎo)軌卡牙配合；卡鎖結(jié)構(gòu)錐齒安裝在卡鎖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸上，卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸通過卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸支撐安裝在電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板上，卡鎖導(dǎo)磁片錐齒安裝在卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸上，卡鎖導(dǎo)磁片一端安裝在卡鎖導(dǎo)磁片轉(zhuǎn)軸上，卡鎖導(dǎo)磁片彈簧一端安裝在卡鎖導(dǎo)磁片下側(cè)，另一端安裝在電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板上；動力單元頂蓋安裝在動力單元外殼上端，動力單元磁性底蓋上開有動力單元出口 ；電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板下側(cè)和液態(tài)介質(zhì)彈性容器上側(cè)粘接；液態(tài)介質(zhì)彈性容器是具有很大的彈性的，能在一定的體積范圍內(nèi)增大或者縮小。
[0008]本發(fā)明中的動力單元設(shè)計(jì)目的在于利用電磁結(jié)構(gòu)的上下運(yùn)動對液態(tài)介質(zhì)彈性容器進(jìn)行壓縮和拉伸，進(jìn)而改變執(zhí)行單元中的液態(tài)介質(zhì)的有效體積，達(dá)到控制執(zhí)行單元長度變化的目的。動力單元中電磁結(jié)構(gòu)在未通電情況下，電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板和頂導(dǎo)磁板上沒有磁性，卡鎖導(dǎo)磁片在卡鎖導(dǎo)磁片彈簧作用下，不與電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板接觸，此時(shí)卡鎖結(jié)構(gòu)兩端卡在導(dǎo)軌卡牙上，將電磁結(jié)構(gòu)在電磁結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌上的位置鎖死；當(dāng)對電磁結(jié)構(gòu)通電時(shí)，電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板和底導(dǎo)磁板將會產(chǎn)生磁性，卡鎖導(dǎo)磁片一端將會被吸到電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板上，通過錐齒的傳動，卡鎖結(jié)構(gòu)圍繞卡鎖結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，卡鎖結(jié)構(gòu)兩端與導(dǎo)軌卡牙脫開，此時(shí)電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板的磁性與動力單元磁性底蓋的磁性發(fā)生作用，或吸引或排斥，達(dá)到對液態(tài)介質(zhì)彈性容器的壓縮和拉伸。
[0009]上述執(zhí)行單元包括執(zhí)行單元進(jìn)口、旋轉(zhuǎn)配合機(jī)構(gòu)、承壓彈性殼、內(nèi)套結(jié)構(gòu)、承拉彈簧、外套結(jié)構(gòu)、內(nèi)套結(jié)構(gòu)頂板、內(nèi)套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌槽、外套結(jié)構(gòu)底板、外套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌，其中執(zhí)行單元進(jìn)口安裝在承壓彈性殼下側(cè)；內(nèi)套結(jié)構(gòu)安裝在外套結(jié)構(gòu)內(nèi)部，內(nèi)套結(jié)構(gòu)上開有內(nèi)套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌槽，外套結(jié)構(gòu)內(nèi)部開有外套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌，內(nèi)套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌槽和外套結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌配合；內(nèi)套結(jié)構(gòu)頂板安裝在內(nèi)套結(jié)構(gòu)上端，外套結(jié)構(gòu)底板安裝在外套結(jié)構(gòu)下端；承拉彈簧一端安裝在內(nèi)套結(jié)構(gòu)頂板下側(cè)，另一端安裝在外套結(jié)構(gòu)底板上側(cè)，且外套于內(nèi)套結(jié)構(gòu)和外套結(jié)構(gòu)上；承壓彈性殼安裝在內(nèi)套結(jié)構(gòu)頂板上側(cè)和外套結(jié)構(gòu)底板下側(cè)；執(zhí)行單元兩端均安裝有旋轉(zhuǎn)配合結(jié)構(gòu)，并且與執(zhí)行單元支耳通過圓柱銷連接。用于固定在機(jī)械關(guān)節(jié)上，并能夠讓執(zhí)行單元相對于關(guān)節(jié)有一定的旋轉(zhuǎn)。
[0010]本發(fā)明中執(zhí)行單元中的液態(tài)介質(zhì)處于承壓彈性殼和內(nèi)外套結(jié)構(gòu)外側(cè)的空間內(nèi)，在動力單元的作用下，執(zhí)行單元中的液態(tài)介質(zhì)有效體積增大或者減小，將增長或者縮短執(zhí)行單元。承壓彈性外殼具有體積可變的性質(zhì)，通過增加長度或者減小長度改變體積，在橫向具有能承受橫向壓力的能力。內(nèi)套結(jié)構(gòu)和外套結(jié)構(gòu)的嵌套設(shè)計(jì)作用在于對執(zhí)行單元起到一個(gè)穩(wěn)定和導(dǎo)向的作用，保證執(zhí)行單元長度增加時(shí)不會出現(xiàn)橫向擺動。承拉彈簧始終處于拉伸狀態(tài)，起到對執(zhí)行單元的長度增加抑制的作用，而液態(tài)介質(zhì)基本只能在體積增加時(shí)起到增加執(zhí)行單元長度的作用，那么承壓彈簧和液態(tài)介質(zhì)相互作用，達(dá)到對執(zhí)行單元長度控制的目的。
[0011]作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板上還安裝有卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體，卡鎖導(dǎo)磁片彈簧一端安裝在卡鎖導(dǎo)磁片下側(cè)，另一端可以安裝在卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體上。卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體起到防止卡鎖導(dǎo)磁片彈簧橫向擺動的目的。
[0012]作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體為圓柱體，限位體直徑小于卡鎖導(dǎo)磁片彈簧直徑。保證卡鎖導(dǎo)磁片彈簧能套于卡鎖導(dǎo)磁片彈簧限位體外側(cè)。
[0013]作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述動力單元磁性底蓋為永磁體。
[0014]作為本技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，上述電磁結(jié)構(gòu)頂導(dǎo)磁板、電磁結(jié)構(gòu)底導(dǎo)磁板、電磁結(jié)構(gòu)中心導(dǎo)磁體、卡鎖導(dǎo)磁片均為軟磁體。軟磁體具有通電產(chǎn)生磁性，斷電磁性消失的特點(diǎn)，符合本發(fā)明中對電磁結(jié)構(gòu)作用的要求。
[0015]相對于傳統(tǒng)的仿真機(jī)械手驅(qū)動技術(shù)，本發(fā)明中動