多關節操作杆的製作方法
2023-04-30 00:24:31 3
專利名稱：多關節操作杆的製作方法
技術領域：
本發明涉及主從機械手操作主手領域，尤其是一種多關節操作杆。
背景技術：
主從式機械手作業，通常用按鈕式操作杆或捆綁於人手臂的氣、液助力式操作手或與從手同構的操作主手來遠距離控制機器人進行操作。按鈕式操作杆中，一是廉價的遊戲操作杆，二是工程機械和飛行器用操作杆，按鈕式操作杆不宜布置較多的按鈕，而且後者往往價格昂貴；捆綁式操作主手必須與人手臂捆綁成一體，不但價格昂貴，且結構複雜；與從手同構主手，同樣也是結構複雜，成本較高，且體積較大。
主從式機械手從事複雜作業時，不但需要通過靈巧操作杆(手)對機械手遙操作控制，同時需要解放人的兩隻手從事一些輔助性的工作。
發明內容
本發明的目的是，針對主從式機械手進行複雜作業的需要，設計一種與按鈕式操作杆一樣小巧靈活，採用中空薄膜電位器，多關節式的，價格低廉的主從機械手操縱用操作杆。
本發明的基本構思是由基座、尾擺動杆、變向擺動杆、同向擺動杆、頭擺動杆、迴轉杆、按鈕依次首尾聯接構成，聯接部位為活動關節，從而構成了迴轉關節F、擺動關節E、擺動關節D、擺動關節C、迴轉關節B、按紐開關關節A；各擺動和迴轉關節的中心位置安裝中空薄膜電位器，按紐開關關節A內裝薄膜開關；操作杆整體可通過基座上連接孔安裝於操作臺上。
迴轉關節F由基座、空心軸、中空薄膜電位器、尾擺動杆的首端構成，擺動關節E由尾擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、變向擺動杆的首端構成，擺動關節D由變向擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、同向擺動杆的首端構成，擺動關節C由同向擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、頭擺動杆的首端構成，迴轉關節B由頭擺動杆尾端、空心軸、中空薄膜電位器、迴轉杆的首端構成，按紐開關關節A由迴轉杆的尾端、薄膜按鈕開關和按紐構成。關節內安裝的中空薄膜電位器型號相同，關節內安裝的空心軸也為相同的零件。
構成關節的部件尾擺動杆、變向擺動杆、同向擺動杆、頭擺動杆、迴轉杆均為標準化零部件；各部件均採用絕緣材料製作；部件內部設有貫通兩端的穿線孔，各部件安裝後，從按紐端至基座端形成貫通整體的線纜通道，可以將線纜束收藏期間，不外露。
構成擺動關節的配合面之間設阻尼結構。可以使擺動關節部件相對擺動時，可靠停止在任意位置，位置保持性好；構成迴轉關節部件之間，依靠所選擇的絕緣材料本身摩擦阻尼特性和迴轉孔和軸之間的配合關係，可以使轉動關節相對轉動時，可靠的停止在任意位置，位置保持性好。
本發明結構合理緊湊，輕便靈活，應用操作手感好，位置保持性好；線纜內藏安全、簡潔；並可按需要進行多種形式組合，擴展使用範圍；這種多關節結構形式操作杆，不但應用於主從式機械手遙操作領域，也可以推廣至需要遙控操作的其他領域，如工程機械、核處理、航天、醫療等。
四
圖1為本發明的俯視圖；圖2為本發明的主視圖；圖3為中空薄膜電位器示意圖。
附圖標記1、按紐 2、薄膜按鈕開關 3、緊定螺釘 4、空心軸 5、迴轉杆 6、中空薄膜電位器 7頭擺動杆 8、擋圈 9、薄螺母 10、同向擺動杆 11、密封蓋 12、變向擺動杆 13、尾擺動杆 14、基座 15、線纜束6-1、薄膜電位器電刷片 6-2、薄膜電位器套 6-3、引出線束A、按紐開關關節，B、迴轉關節，C、擺動關節，D、擺動關節，E、擺動關節，F、迴轉關節五具體實施方式
如圖3所示，中空薄膜電位器的工作原理是中空薄膜電位器的電阻膜，貼在薄膜電位器套6-2的內表面，中空薄膜電位器電刷片6-1的底部鑲在空心軸上，中空薄膜電位器電刷片6-1的觸頭在薄膜電位器套6-2內的電阻膜上彈性接觸滑動，當中空薄膜電位器電刷片6-1隨結構零件空心軸轉動時，其位置信號由薄膜電位器套一邊的引出線束輸出。
如圖1、圖2所示本實施例中，基座14上部設有與空心軸4配合的孔，並用緊定螺釘將一個空心軸4與其連接為一體。同時其上部設有與尾擺動杆13首端迴轉軸相配合的孔，兩孔同心。
尾擺動杆13的首端為與基座14上部的孔配合的迴轉軸，該端還設有與中空薄膜電位器套6-2緊配合的孔，可以使薄膜電位器與尾擺動杆13連為一體，使薄膜電位器隨其轉動；尾擺動杆13迴轉軸根部設環形槽。用一個裝於基座14上的銷釘，通過該環形槽，使尾擺動杆13與基座14實現軸向定位連接，形成迴轉關節F。
尾擺動杆13的尾端為半圓柱結構，半圓柱端設有空心軸4的支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的安裝孔，兩孔同心；而且尾端半圓柱中心平面上設有環形槽，槽內安裝橡膠O形圈。
變向擺動杆12，其首尾兩端均為半圓柱體結構，兩半圓柱體中心平面扭轉90度，且兩半圓柱體外端面均加工成半圓形；其首端半圓柱體中心平面設有空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個扁螺母和一個安裝於空心軸4上的擋圈，與變向擺動杆12連成一體；同時該端還設有支承安裝於尾擺動杆13尾端的中空電位器套6-2的孔。
變向擺動杆12首端通過固結其上的空心軸4，插入尾擺動杆13尾端的空心軸支承孔，用一個安裝於空心軸上的擋圈，與擺動杆13尾端連接，形成擺動關節E變向擺動杆12的尾端半圓柱體中心平面設有空心軸支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的孔，兩孔同心；一個中空薄膜電位器6與其連成一體；並且該端半圓柱體中心平面設有環形槽，槽內安裝橡膠O形圈。
同向擺動杆10的首尾兩端也為半圓柱體結構，其兩端半圓柱體扭轉180度，且兩半圓柱體外端面均加工成半圓形；其首端半圓柱體中心平面設有一個空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個扁螺母和一個安裝於空心軸4上的擋圈，與同向擺動杆10連成一體；同時設有支承安裝於變向擺動杆12尾端的中空電位器套6-2的孔。
同向擺動杆10首端通過固結其上的空心軸4，插入變向擺動杆12尾端的空心軸支承孔，用一個安裝於空心軸上的擋圈，與變向擺動杆12尾端連接，形成擺動關節D。
同向擺動杆10的尾端半圓柱體中心平面設有空心軸支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的孔，兩孔同心；一個中空薄膜電位器6與其連成一體；並且該端半圓柱體中心平面設有環形槽，槽內安裝橡膠O形圈。
頭擺動杆7的首端也是半圓柱體結構，其半圓柱外端面加工成半圓形；半圓柱體中心平面設有一個空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個扁螺母和一個安裝於空心軸4上的擋圈，與頭擺動杆7連成一體；同時設有支承安裝於同向擺動杆10尾端的中空電位器套6-2的孔。
頭擺動杆7通過其上的空心軸4，插入同向擺動杆10的空心軸支承孔，用一個安裝於空心軸上的擋圈，與同向擺動杆10實現連接，形成擺動關節C。
頭擺動杆7尾端設有與半圓柱體同軸的半軸，半軸與迴轉杆5首端的孔配合；半軸內設有與半軸同心的空心軸4支承孔和中空薄膜電位器套6-2的安裝孔，分別支承空心軸轉動和固定安裝中空薄膜電位器；半軸外設有環形槽，頭擺動杆7尾端通過該槽和安裝於迴轉杆5上的一個緊定螺釘，與迴轉杆5首端實現軸向定位連接，形成迴轉關節B。
迴轉杆5首端，還設有一個空心軸4的固定安裝孔；用緊定螺釘將空心軸與其連為一體；迴轉杆5的尾端設有安裝薄膜按紐開關和按紐1的結構，形成按紐開關關節A。
由於基座14和尾擺動杆13、頭擺動杆7和迴轉杆5的絕緣材料本身的阻尼特性和他們之間軸和孔的配合特性，使迴轉杆5繞頭擺動杆7半軸的轉動是有阻尼運動；由於尾擺動杆13和變向擺動杆12、變向擺動杆12和同向擺動杆10、同向擺動杆10和頭擺動杆7之間均設有橡膠O形圈，它們之間的擺動是有阻尼運動；有阻尼運動結構，可使各杆件相對運動時，可靠地停止在任意一個位置，使操作杆關節具有良好位置保持性。
各部件內部均設有貫通兩端的穿線孔，整體安裝後，其各部件內的穿線孔與空心軸內孔可以形成整體貫通的線纜束通道，可以將線纜束15完全收藏於結構內部，使操作杆外觀簡潔，也不會因線纜造成操作杆關節部件之間的運動幹涉及掛碰等意外事故。且各擺動關節外用密封蓋11密封，使操作杆內部形成密封腔體，避免外部環境對內部電器元件汙染。
所有部件，除了安裝於結構內部的空心軸外，均採用絕緣材料製成，可使人手與關節內部電器元件絕緣，避免人手對關節內電位器輸入輸出電信號的幹擾。
結構中，關節部件尾擺動杆13，變向擺動杆12，同向擺動杆10，頭擺動杆7，迴轉杆5，空心軸4，均為標準化結構部件，而且擺動和迴轉關節中均安裝相同型號的中空薄膜電位器6，因此可以根據所需控制的從手的結構形式和作業特點，採用以上各類標準化的關節部件，組合成不同關節形式和不同關節數量的操作杆。
操作杆整體結構近似圓柱形，小巧輕便，適宜人手握持和進行操作。當人手握持操作杆操作時，可以靈活驅動迴轉關節F中的部件尾擺動杆13相對基座14轉動，並帶動關節內的中空薄膜電位器套轉動，使關節內的中空薄膜電位器輸出一組位置信號，來控制從手相應關節的運動；可以驅動擺動關節E中的部件變向擺動杆12相對於尾擺動杆13擺動，並帶動關節內的空心軸轉動，使關節內的中空薄膜電位器輸出一組位置信號，來控制從手相應關節的運動；可以驅動擺動關節D中的部件同向擺動杆10相對於變向擺動杆12擺動，並帶動關節內的空心軸轉動，使關節內的中空薄膜電位器輸出一組位置信號，來控制從手相應關節的運動；可以驅動擺動關節C中的部件頭擺動杆7相對於同向擺動杆10擺動，並帶動關節內的空心軸轉動，使關節內的中空薄膜電位器輸出一組位置信號，來控制從手相應關節的運動；可以驅動迴轉關節B中的迴轉部件5相對於頭擺動杆7迴轉，並帶動關節內的空心軸轉動，使關節內的中空薄膜電位器輸出一組位置信號，來控制從手相應關節的運動；按下按鈕開關關節A中的按鈕1可以觸動薄膜按鈕開關發出一個開關信號，來控制從手上相應裝置(如手爪)的運動。人手握持操作杆操作時，可以操縱單個關節獨立運動，也可同時操縱多個關節聯動。
本發明採用中空薄膜式電位器，及絕緣材料，研製了一種外觀簡潔，結構輕巧靈活，適宜人手操作的，串聯式多關節操作杆，不僅適用於主從式機械手操作，更適合於面對複雜作業人機結合作業的要求，還可以廣泛應用於航天，危險作業環境機器人，工程機械，醫療等領域。
權利要求
1.多關節操作杆，其特徵為由基座、尾擺動杆、變向擺動杆、同向擺動杆、頭擺動杆、迴轉杆、按鈕依次首尾聯接構成，聯接部位為活動關節；從而構成了迴轉關節F、擺動關節E、擺動關節D、擺動關節C、迴轉關節B、按紐開關關節A；各擺動和迴轉關節的中心位置安裝中空薄膜電位器，按紐開關關節A內裝薄膜開關；整體機構可通過基座上連接孔安裝於操作臺上。
2.根據權利要求1所述的多關節操作杆，其特徵為所述的迴轉關節F由基座、空心軸、中空薄膜電位器、尾擺動杆的首端構成，擺動關節E由尾擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、變向擺動杆的首端構成，擺動關節D由變向擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、同向擺動杆的首端構成，擺動關節C由同向擺動杆的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、頭擺動杆的首端構成，迴轉關節B由頭擺動杆尾端、空心軸、中空薄膜電位器、迴轉杆的首端構成，按紐開關關節A由迴轉杆的尾端、薄膜按鈕開關和按紐構成。
3.根據權利要求1所述的多關節操作杆，其特徵為構成關節的部件除空心軸外，各部件均採用絕緣材料製作；部件內部設有貫通兩端的穿線孔。
4.根據權利要求1所述的多關節操作杆，其特徵為所述的擺動和迴轉關節的配合面之間設阻尼結構和選擇配合關係，來實現阻尼效果。
全文摘要
本發明涉及主從機械手操作主手領域，尤其是一種多關節操作杆。由基座、尾擺動杆、變向擺動杆、同向擺動杆、頭擺動杆、迴轉杆，按鈕依次首尾聯接構成，聯接部位為活動關節，從而構成了迴轉關節F、擺動關節E、擺動關節D、擺動關節C、迴轉關節B、按鈕開關關節A；各擺動和迴轉關節的中心位置安裝中空薄膜電位器，按鈕開關關節A內裝薄膜開關；操作杆整體可通過基座上連接孔安裝於操作臺上。本發明結構合理緊湊，輕便靈活，應用操作手感好，位置保持性好；線纜內藏安全、簡潔；並可按需要進行多種形式組合，擴展使用範圍；這種多關節結構形式操作杆，不但應用於主從式機械手遙操作領域，也可以推廣至需要遙控操作的其他領域。
文檔編號B25J17/02GK1836852SQ20051004257
公開日2006年9月27日 申請日期2005年3月21日 優先權日2005年3月21日
發明者朱蘇寧, 戴炬 申請人:山東科技大學