一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置的製作方法

2023-09-22 08:20:40 3

本發明涉及杆件夾持裝置領域，更具體地說，尤其涉及一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置。

背景技術：

目前，現有的杆件攀爬機器人環抱裝置主要分為全包覆式、半包覆式以及夾持式等。在機器人沿杆件攀爬過程中，環抱裝置的主要作用一是包覆杆件使機器人攀附在杆件表面；二是通過施加徑向作用力，為攀爬機構提供可靠的摩擦驅動力。在完成攀爬條件的基礎上，現有的環抱機構針對杆件形狀尺寸的適應性較低，尤其是當攀爬較大變徑尺寸的杆件時同等體積的機器人環抱裝置在結構功能上仍然略顯不足或只能完成小範圍變徑杆件的攀爬。現有的杆件攀爬機器人並沒有相應結構完成多變徑杆件、大變徑尺寸杆件的包覆動作。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有的杆件攀爬機器人環抱裝置無法完成多變徑杆件和大變徑尺寸杆件的包覆和攀爬問題，提供了一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置，該裝置既可以攀附在杆件表面，為攀爬機構提供可靠的攀附驅動力，也能夠適應較大的變徑尺寸範圍，還可以完成在圓錐形變徑杆件、階梯型變徑杆件以及不同直徑尺寸圓柱形杆件等多變徑情況下的環抱動作。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置，包括驅動機構、環抱執行機構和環抱施力機構；

所述驅動機構包括箱體、步進電機、聯軸器、後軸承座、前軸承座、蝸杆、不完全蝸輪、蝸輪轉軸、主推桿、推桿轉軸和卡簧，所述步進電機固定在箱體的後端，步進電機通過聯軸器連接所述蝸杆的一端，蝸杆的前後兩端分別通過軸承固定在前軸承座和後軸承座上，所述前軸承座和後軸承座均固定在所述箱體內部，所述步進電機的轉軸、聯軸器、蝸杆、後軸承座和前軸承座的軸心位於同一條直線上；所述不完全蝸輪通過蝸輪轉軸鉸接在所述箱體上，所述不完全蝸輪與所述蝸杆嚙合，所述不完全蝸輪與其軸向垂直的中心面與箱體的中心面重合，不完全蝸輪的兩側均通過卡簧進行約束，所述不完全蝸輪上還安裝有推桿轉軸，所述主推桿的後端通過所述推桿轉軸鉸接在所述不完全蝸輪上；

所述環抱執行機構包括第一關節、第二關節、第三關節、第四關節、第一關節轉軸、第二關節轉軸、第三關節轉軸和第四關節轉軸，所述箱體的前端和第一關節的前端通過第一關節轉軸鉸接，所述第一關節的後端和第二關節的前端通過第二關節轉軸鉸接，所述第二關節的後端和第三關節的前端通過第三關節轉軸鉸接，所述第三關節的後端和第四關節的前端通過第四關節轉軸鉸接；所述第一關節、第二關節、第三關節和第四關節均由關節左側板、關節右側板和間隔柱構成，關節左側板通過均布的多個間隔柱與關節右側板固定連接；所述關節左側板和關節右側板的中心位置均開設有么型孔滑槽；

所述環抱施力機構包括第一前推桿軸、第一後推桿軸、第二前推桿軸、第二後推桿軸、第三前推桿軸、第三後推桿軸、第一受力軸、第二受力軸、第三受力軸、第四受力軸、第一施力軸、第二施力軸、第三施力軸、第一前推桿、第二前推桿、第三前推桿、第一後推桿、第二後推桿、第三後推桿、第一伸縮杆、第二伸縮杆、第三伸縮杆、第一伸縮彈簧、第二伸縮彈簧、第三伸縮彈簧；所述主推桿的後端通過第一受力軸鉸接在第一關節的前端，所述第一前推桿的前端通過第一施力軸與箱體鉸接，所述第一前推桿軸的後端與第一伸縮杆的前端通過第一前推桿軸鉸接，所述第一伸縮杆的後端與第一後推桿的前端通過第一後推桿軸鉸接，所述第一後推桿的後端通過第二受力軸鉸接在第二關節的前端；所述第二前推桿的前端通過第二施力軸鉸接在第一關節的後端，所述第二前推桿的後端與第二伸縮杆的前端通過第二前推桿軸鉸接，所述第二伸縮杆的後端與第二後推桿的前端通過第二後推桿軸鉸接，所述第二後推桿軸的後端通過第三受力軸鉸接在第三關節的前端；所述第三前推桿的前端通過第三施力軸交接在第二關節的後端，所述第三前推桿的後端與第三伸縮杆的前端通過第三前推桿軸鉸接，所述第三伸縮杆的後端與第三後推桿的前端通過第三後推桿軸鉸接，所述第三後推桿軸的前端通過第四受力軸鉸接在所述第四關節的前端；所述第一伸縮彈簧套裝在所述第一伸縮杆上，所述第二伸縮彈簧套裝在所述第二伸縮杆上，所述第三伸縮彈簧套裝在第三伸縮杆上；所述第一前推桿軸、第一後推桿軸、第二前推桿軸、第二後推桿軸、第三前推桿軸和第三後推桿軸的兩端均套裝有滑塊，第一前推桿軸和第一後推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第一關節的關節左側板和關節右側板上開設的么型孔滑槽相配合，第二前推桿軸和第二後推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第二關節的關節左側板和關節右側板上開設的么型孔滑槽相配合，第三前推桿軸和第三後推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第三關節的關節左側板和關節右側板上開設的么型孔滑槽相配合。

進一步的，所述第一前推桿軸、第一後推桿軸、第二前推桿軸、第二後推桿軸、第三前推桿軸、第三後推桿軸的兩端均與滑塊通過螺紋連接，滑塊位於第一關節、第二關節和第三關節的么型孔滑槽內並能沿相應的么型孔滑槽進行滑動。

進一步的，所述第一前推桿、第二前推桿、第三前推桿、第一後推桿、第二後推桿、第三後推桿、第一伸縮杆、第二伸縮杆和第三伸縮杆均位於第一關節、第二關節、第三關節和箱體的中心面上。

進一步的，所述第一關節轉軸、第二關節轉軸、第三關節轉軸和第四關節轉軸上均安裝有扭簧。

本發明的有益效果在於：本發明結構簡單緊湊，生產成本低，使用方便，能夠適應較大的變徑杆件的環抱，還可以完成在圓錐形變徑杆件、階梯型變徑杆件以及不同直徑尺寸圓柱形杆件等多變徑情況下的環抱動作；本裝置中在每個關節的轉軸上均安裝有扭簧，可以抵消本裝置在傳動過程中力的衰減並減輕電機的負載；本裝置環抱施力機構提供了一種新的機構，既可以完成變徑環抱動作，又可以實現在驅動停轉情況下對杆件持續施力的要求，通過伸縮彈簧與滑塊的配合，使得本裝置具有良好的柔性，可以在完成環抱動作的基礎上提供持續的夾持力。

附圖說明

下面結合附圖中的實施例對本發明作進一步的詳細說明，但並不構成對本發明的任何限制。

圖1是本發明一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置的立體結構示意圖。

圖2是本發明一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置另一個角度的立體結構示意圖。

圖3是本發明驅動機構的結構示意圖。

圖4是本發明驅動機構的俯視圖。

圖5的本發明環抱執行機構和環抱施力機構的部分視圖。

圖中，1-箱體、2-步進電機、3-聯軸器、4-後軸承座、5-前軸承座、6-蝸杆、7-不完全蝸輪、8-蝸輪轉軸、9-主推桿、10-推桿轉軸、11-第一關節、12-第二關節、13-第三關節、14-第四關節、15-第一關節轉軸、16-第二關節轉軸、17-第三關節轉軸、18-第四關節轉軸、19-關節左側板、20-關節右側板、21-間隔柱、22-么型孔滑槽、23-第一前推桿軸、24-第一後推桿軸、25-第二前推桿軸、26-第二後推桿軸、27-第三前推桿軸、28-第四後推桿軸、29-第一受力軸、30-第二受力軸、31-第三受力軸、32-第四受力軸、33-第一施力軸、34-第二施力軸、35-第三施力軸、36-第一前推桿、37-第二前推桿、38-第三前推桿、39-第一後推桿、40-第二後推桿、41-第三後推桿、42-第一伸縮杆、43-第二伸縮杆、44-第三伸縮杆、45-第一伸縮彈簧、46-第二伸縮彈簧、47-第三伸縮彈簧、48-滑塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的說明：

參閱圖1～5所示，一種適用於變徑杆的柔性環抱裝置，其特徵在於：包括驅動機構、環抱執行機構和環抱施力機構。

所述驅動機構包括箱體1、步進電機2、聯軸器3、後軸承座4、前軸承座5、蝸杆6、不完全蝸輪7、蝸輪轉軸8、主推桿9、推桿轉軸10和卡簧，所述步進電機2固定在箱體1的後端，步進電機2通過聯軸器3連接所述蝸杆6的一端，蝸杆6的前後兩端分別通過軸承固定在前軸承座5和後軸承座4上，所述前軸承座5和後軸承座4均固定在所述箱體1內部，所述步進電機2的轉軸、聯軸器3、蝸杆6、後軸承座4和前軸承座5的軸心位於同一條直線上；所述不完全蝸輪7通過蝸輪轉軸8鉸接在所述箱體1上，所述不完全蝸輪7與所述蝸杆6嚙合，所述不完全蝸輪7與其軸向垂直的中心面與箱體1的中心面重合，不完全蝸輪7的兩側均通過卡簧進行約束，所述不完全蝸輪7上還安裝有推桿轉軸10，所述主推桿9的後端通過所述推桿轉軸10鉸接在所述不完全蝸輪7上。

所述環抱執行機構包括第一關節11、第二關節12、第三關節13、第四關節14、第一關節轉軸15、第二關節轉軸16、第三關節轉軸17和第四關節轉軸18，所述箱體1的前端和第一關節11的前端通過第一關節轉軸15鉸接，所述第一關節11的後端和第二關節12的前端通過第二關節轉軸16鉸接，所述第二關節12的後端和第三關節13的前端通過第三關節轉軸17鉸接，所述第三關節13的後端和第四關節14的前端通過第四關節轉軸18鉸接；所述第一關節11、第二關節12、第三關節13和第四關節14均由關節左側板19、關節右側板20和間隔柱21構成，關節左側板19通過均布的多個間隔柱21與關節右側板20固定連接；所述關節左側板19和關節右側板20的中心位置均開設有么型孔滑槽22。

所述環抱施力機構包括第一前推桿軸23、第一後推桿軸24、第二前推桿軸25、第二後推桿軸26、第三前推桿軸27、第三後推桿軸28、第一受力軸29、第二受力軸30、第三受力軸31、第四受力軸32、第一施力軸33、第二施力軸34、第三施力軸35、第一前推桿36、第二前推桿37、第三前推桿38、第一後推桿39、第二後推桿40、第三後推桿41、第一伸縮杆42、第二伸縮杆43、第三伸縮杆44、第一伸縮彈簧45、第二伸縮彈簧46、第三伸縮彈簧47；所述主推桿9的後端通過第一受力軸29鉸接在第一關節11的前端，所述第一前推桿36的前端通過第一施力軸33與箱體1鉸接，所述第一前推桿軸23的後端與第一伸縮杆42的前端通過第一前推桿軸23鉸接，所述第一伸縮杆42的後端與第一後推桿39的前端通過第一後推桿軸24鉸接，所述第一後推桿39的後端通過第二受力軸30鉸接在第二關節12的前端；所述第二前推桿37的前端通過第二施力軸34鉸接在第一關節11的後端，所述第二前推桿37的後端與第二伸縮杆43的前端通過第二前推桿軸25鉸接，所述第二伸縮杆43的後端與第二後推桿40的前端通過第二後推桿軸26鉸接，所述第二後推桿軸26的後端通過第三受力軸31鉸接在第三關節13的前端；所述第三前推桿38的前端通過第三施力軸35交接在第二關節12的後端，所述第三前推桿38的後端與第三伸縮杆44的前端通過第三前推桿軸27鉸接，所述第三伸縮杆44的後端與第三後推桿41的前端通過第三後推桿軸28鉸接，所述第三後推桿軸28的前端通過第四受力軸32鉸接在所述第四關節14的前端。

所述第一伸縮彈簧45套裝在所述第一伸縮杆42上，所述第二伸縮彈簧46套裝在所述第二伸縮杆43上，所述第三伸縮彈簧47套裝在第三伸縮杆44上。在需要鬆開本裝置時只需要關閉步進電機2，第一伸縮杆42在第一伸縮彈簧45的作用下回復到初始位置，第二伸縮杆43在第二伸縮彈簧46的作用下回復到初始位置，第三伸縮杆44在第三伸縮彈簧47的作用下回復的初始位置，從而實現第一關節11、第二關節12、第三關節13和第四關節14的復位。

所述第一前推桿軸23、第一後推桿軸24、第二前推桿軸25、第二後推桿軸26、第三前推桿軸27和第三後推桿軸28的兩端均套裝有滑塊48，第一前推桿軸23和第一後推桿軸24通過其左右兩端的滑塊48與所述第一關節11的關節左側板19和關節右側板20上開設的么型孔滑槽22相配合，第二前推桿軸25和第二後推桿軸26通過其左右兩端的滑塊48與所述第二關節12的關節左側板19和關節右側板20上開設的么型孔滑槽22相配合，第三前推桿軸27和第三後推桿軸28通過其左右兩端的滑塊48與所述第三關節13的關節左側板19和關節右側板20上開設的么型孔滑槽22相配合。

所述第一前推桿軸23、第一後推桿軸24、第二前推桿軸25、第二後推桿軸26、第三前推桿軸27、第三後推桿軸28的兩端均與滑塊48通過螺紋連接，滑塊48位於第一關節11、第二關節12和第三關節13的么型孔滑槽22內並能沿相應的么型孔滑槽22進行滑動。

所述第一前推桿36、第二前推桿37、第三前推桿38、第一後推桿39、第二後推桿40、第三後推桿41、第一伸縮杆42、第二伸縮杆43和第三伸縮杆44均位於第一關節11、第二關節12、第三關節13和箱體1的中心面上。

所述第一關節轉軸15、第二關節轉軸16、第三關節轉軸17和第四關節轉軸18上均安裝有扭簧。扭簧能夠抵消本裝置在傳動過程中力的衰減，從而減輕電機的負載。

本裝置在具體工作時，步進電機2轉動，通過聯軸器3帶動蝸杆6的轉動；由於蝸杆6與不完全蝸輪7嚙合，所以蝸杆6轉動時會帶動不完全蝸輪7繞所述蝸輪轉軸8在一定範圍內進行擺動，擺動幅度由不完全蝸輪7的齒數確定；不完全蝸輪7擺動時帶動推桿轉軸10一起擺動，由於箱體1和第一關節11通過第一關節轉軸15鉸接在一起，推桿轉軸10擺動時帶動主推桿9繞所述推桿轉軸10進行來回擺動，從而實現第一關節11的收縮；與此同時，第一關節11整體運動時，由於第一前推桿36的前端通過第一施力軸33與箱體1鉸接，第一施力軸33是固定不動的，所述第一前推桿36隨著第一關節11的運動而運動，從而帶動第一關節11上的滑塊48沿其么型孔滑槽22運動，第一關節11上的滑塊48運動時帶動第一伸縮杆42運動，從而帶動與第一伸縮杆42的後端鉸接的第一後推桿39的運動，由於第一關節11和第二關節12通過第二關節轉軸16鉸接在一起，所以第一後推桿39運動時會帶動第二關節12的收縮，以此類推，第三關節13和第四關節14也會跟著一起收縮，從而實現杆件的抱緊。

中部的第二關節12和第三關節13的數量並不限制為只有兩個，第一關節11和最後一個關節的結構略有不同，中部可以添加任意數量的關節以及相應的施力機構，從而使本裝置能夠適應更大直徑杆件的環抱。

以上所舉實施例為本發明的較佳實施方式，僅用來方便說明本發明，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術特徵的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本發明的技術特徵內容，均仍屬於本發明技術特徵的範圍內。