助老助残轮椅用绳传动机械臂结构设计

发布时间：2021-02-10 01:59

　　针对传统轮椅机械手驱动结构复杂并且体积、自重偏大等问题,基于套索式柔性绳传动机构原理,设计一种助老助残轮椅用的绳传动机械臂结构;通过对轮椅机械臂的结构以及机械臂绳传动原理进行描述,建立机械臂的运动学方程,利用MATLAB软件求解该绳传动机械臂的运动仿真模型与工作空间进行运动学分析,并研制原理样机进行相应的实验验证。结果表明,通过该绳传动方式,可以将驱动电机安装在机械臂的臂体之外,利用绳索进行动力传递,从而实现分离驱动,并简化机械臂的结构,减小机械臂的体积、质量和能耗。 

【文章来源】：济南大学学报(自然科学版). 2020,34(03)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

绳传动轮椅机械臂的结构模型

轮椅机械臂的每个旋转关节均由一对绳索传动机构组成,分别实现机械臂关节的正、反转运动。该绳索传动机构利用钢丝软绳穿过柔性中空套管进行走线,而套管的两端固定,这样绳索与套管之间就可以产生相对运动,然后将绳索的一端旋绕在从动轮轴上的螺旋槽内并固定,另一端利用连接装置与主动轮的同步带连接,进而实现驱动电机旋转动力的传递,由此形成一种套索柔性传动系统,实现机械臂运动关节的驱动。轮椅机械臂绳索传动结构的原理如图2所示。轮椅机械臂中绳索传动机构的主动轮是同步带轮,从动轮是机械臂旋转关节的螺旋绳轮, 并且螺旋绳轮与机械臂的臂体是一体式结构。同步带轮利用键槽与驱动电机相连, 同步带固定在带轮上, 并且两端通过带绳连接装置分别与一对钢丝软绳对称连接, 钢丝软绳再穿过中空软套管完成走线, 然后分别反方向旋绕在机械臂关节的螺旋绳轮两端的螺旋槽内, 而走线的软套管两端分别由套管固定结构固定, 套管的其他中间位置则不需要涉及过多的固定。 带绳连接结构除了具有连接同步带和传动绳索的作用之外, 还起到对绳索预紧的作用, 使传动绳索一直保持张紧状态来保证传动精度, 螺旋绳轮上的螺旋槽的作用是保证传动软绳的运动方向和传动精度。

轮椅机械臂的末端效应器结构如图3所示。由图可知,机械臂的效应器主要由手指、手掌、弹簧、传动绳索和动力源构成。机械手指是具有一定仿生效果的灵巧手指,有上指头和下指头2个关节,2个指头关节之间形成45°夹角来抓取物品。机械手指表面的凸起可以有效地增大接触面的摩擦力,进而增加抓取过程中的夹持力,而抓取接触面与指头之间的空隙部分有减小抓取过程中冲击性的作用,从而增加了机械手爪在抓取动作中的可靠性。该机械手爪的每根机械手指均牵连1根传动绳索和恢复弹簧。3根传动绳索完成驱动动力的传递,传动绳索一端分别固定在机械手指的上指头关节的相应位置,另一端由绳索固定结构固定在直流电动伸缩杆上,然后由伸缩杆的伸缩动作来牵拉机械手指的运动,以保证3根机械手指在抓取作业过程中张开手爪的同步性,机械手爪的夹持动作则依靠恢复弹簧的弹力完成。2 工作空间


本文编号：3026599