本發(fā)明涉及桿件夾持裝置領(lǐng)域，更具體地說，尤其涉及一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的桿件攀爬機(jī)器人環(huán)抱裝置主要分為全包覆式、半包覆式以及夾持式等。在機(jī)器人沿桿件攀爬過程中，環(huán)抱裝置的主要作用一是包覆桿件使機(jī)器人攀附在桿件表面；二是通過施加徑向作用力，為攀爬機(jī)構(gòu)提供可靠的摩擦驅(qū)動(dòng)力。在完成攀爬條件的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有的環(huán)抱機(jī)構(gòu)針對桿件形狀尺寸的適應(yīng)性較低，尤其是當(dāng)攀爬較大變徑尺寸的桿件時(shí)同等體積的機(jī)器人環(huán)抱裝置在結(jié)構(gòu)功能上仍然略顯不足或只能完成小范圍變徑桿件的攀爬?，F(xiàn)有的桿件攀爬機(jī)器人并沒有相應(yīng)結(jié)構(gòu)完成多變徑桿件、大變徑尺寸桿件的包覆動(dòng)作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的桿件攀爬機(jī)器人環(huán)抱裝置無法完成多變徑桿件和大變徑尺寸桿件的包覆和攀爬問題，提供了一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置，該裝置既可以攀附在桿件表面，為攀爬機(jī)構(gòu)提供可靠的攀附驅(qū)動(dòng)力，也能夠適應(yīng)較大的變徑尺寸范圍，還可以完成在圓錐形變徑桿件、階梯型變徑桿件以及不同直徑尺寸圓柱形桿件等多變徑情況下的環(huán)抱動(dòng)作。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置，包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、環(huán)抱執(zhí)行機(jī)構(gòu)和環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)；

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括箱體、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、后軸承座、前軸承座、蝸桿、不完全蝸輪、蝸輪轉(zhuǎn)軸、主推桿、推桿轉(zhuǎn)軸和卡簧，所述步進(jìn)電機(jī)固定在箱體的后端，步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器連接所述蝸桿的一端，蝸桿的前后兩端分別通過軸承固定在前軸承座和后軸承座上，所述前軸承座和后軸承座均固定在所述箱體內(nèi)部，所述步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器、蝸桿、后軸承座和前軸承座的軸心位于同一條直線上；所述不完全蝸輪通過蝸輪轉(zhuǎn)軸鉸接在所述箱體上，所述不完全蝸輪與所述蝸桿嚙合，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(cè)均通過卡簧進(jìn)行約束，所述不完全蝸輪上還安裝有推桿轉(zhuǎn)軸，所述主推桿的后端通過所述推桿轉(zhuǎn)軸鉸接在所述不完全蝸輪上；

所述環(huán)抱執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸，所述箱體的前端和第一關(guān)節(jié)的前端通過第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸接，所述第一關(guān)節(jié)的后端和第二關(guān)節(jié)的前端通過第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸接，所述第二關(guān)節(jié)的后端和第三關(guān)節(jié)的前端通過第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸接，所述第三關(guān)節(jié)的后端和第四關(guān)節(jié)的前端通過第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸鉸接；所述第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和第四關(guān)節(jié)均由關(guān)節(jié)左側(cè)板、關(guān)節(jié)右側(cè)板和間隔柱構(gòu)成，關(guān)節(jié)左側(cè)板通過均布的多個(gè)間隔柱與關(guān)節(jié)右側(cè)板固定連接；所述關(guān)節(jié)左側(cè)板和關(guān)節(jié)右側(cè)板的中心位置均開設(shè)有幺型孔滑槽；

所述環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)包括第一前推桿軸、第一后推桿軸、第二前推桿軸、第二后推桿軸、第三前推桿軸、第三后推桿軸、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、第一后推桿、第二后推桿、第三后推桿、第一伸縮桿、第二伸縮桿、第三伸縮桿、第一伸縮彈簧、第二伸縮彈簧、第三伸縮彈簧；所述主推桿的后端通過第一受力軸鉸接在第一關(guān)節(jié)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后端與第一伸縮桿的前端通過第一前推桿軸鉸接，所述第一伸縮桿的后端與第一后推桿的前端通過第一后推桿軸鉸接，所述第一后推桿的后端通過第二受力軸鉸接在第二關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)的后端，所述第二前推桿的后端與第二伸縮桿的前端通過第二前推桿軸鉸接，所述第二伸縮桿的后端與第二后推桿的前端通過第二后推桿軸鉸接，所述第二后推桿軸的后端通過第三受力軸鉸接在第三關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)的后端，所述第三前推桿的后端與第三伸縮桿的前端通過第三前推桿軸鉸接，所述第三伸縮桿的后端與第三后推桿的前端通過第三后推桿軸鉸接，所述第三后推桿軸的前端通過第四受力軸鉸接在所述第四關(guān)節(jié)的前端；所述第一伸縮彈簧套裝在所述第一伸縮桿上，所述第二伸縮彈簧套裝在所述第二伸縮桿上，所述第三伸縮彈簧套裝在第三伸縮桿上；所述第一前推桿軸、第一后推桿軸、第二前推桿軸、第二后推桿軸、第三前推桿軸和第三后推桿軸的兩端均套裝有滑塊，第一前推桿軸和第一后推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第一關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)左側(cè)板和關(guān)節(jié)右側(cè)板上開設(shè)的幺型孔滑槽相配合，第二前推桿軸和第二后推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第二關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)左側(cè)板和關(guān)節(jié)右側(cè)板上開設(shè)的幺型孔滑槽相配合，第三前推桿軸和第三后推桿軸通過其左右兩端的滑塊與所述第三關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)左側(cè)板和關(guān)節(jié)右側(cè)板上開設(shè)的幺型孔滑槽相配合。

進(jìn)一步的，所述第一前推桿軸、第一后推桿軸、第二前推桿軸、第二后推桿軸、第三前推桿軸、第三后推桿軸的兩端均與滑塊通過螺紋連接，滑塊位于第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)和第三關(guān)節(jié)的幺型孔滑槽內(nèi)并能沿相應(yīng)的幺型孔滑槽進(jìn)行滑動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述第一前推桿、第二前推桿、第三前推桿、第一后推桿、第二后推桿、第三后推桿、第一伸縮桿、第二伸縮桿和第三伸縮桿均位于第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)和箱體的中心面上。

進(jìn)一步的，所述第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸和第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上均安裝有扭簧。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本低，使用方便，能夠適應(yīng)較大的變徑桿件的環(huán)抱，還可以完成在圓錐形變徑桿件、階梯型變徑桿件以及不同直徑尺寸圓柱形桿件等多變徑情況下的環(huán)抱動(dòng)作；本裝置中在每個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸上均安裝有扭簧，可以抵消本裝置在傳動(dòng)過程中力的衰減并減輕電機(jī)的負(fù)載；本裝置環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)提供了一種新的機(jī)構(gòu)，既可以完成變徑環(huán)抱動(dòng)作，又可以實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)停轉(zhuǎn)情況下對桿件持續(xù)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(huán)抱動(dòng)作的基礎(chǔ)上提供持續(xù)的夾持力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖中的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。

圖1是本發(fā)明一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置另一個(gè)角度的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖。

圖5的本發(fā)明環(huán)抱執(zhí)行機(jī)構(gòu)和環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)的部分視圖。

圖中，1-箱體、2-步進(jìn)電機(jī)、3-聯(lián)軸器、4-后軸承座、5-前軸承座、6-蝸桿、7-不完全蝸輪、8-蝸輪轉(zhuǎn)軸、9-主推桿、10-推桿轉(zhuǎn)軸、11-第一關(guān)節(jié)、12-第二關(guān)節(jié)、13-第三關(guān)節(jié)、14-第四關(guān)節(jié)、15-第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、16-第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、17-第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、18-第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、19-關(guān)節(jié)左側(cè)板、20-關(guān)節(jié)右側(cè)板、21-間隔柱、22-幺型孔滑槽、23-第一前推桿軸、24-第一后推桿軸、25-第二前推桿軸、26-第二后推桿軸、27-第三前推桿軸、28-第四后推桿軸、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-第一后推桿、40-第二后推桿、41-第三后推桿、42-第一伸縮桿、43-第二伸縮桿、44-第三伸縮桿、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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

參閱圖1～5所示，一種適用于變徑桿的柔性環(huán)抱裝置，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、環(huán)抱執(zhí)行機(jī)構(gòu)和環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)。

所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括箱體1、步進(jìn)電機(jī)2、聯(lián)軸器3、后軸承座4、前軸承座5、蝸桿6、不完全蝸輪7、蝸輪轉(zhuǎn)軸8、主推桿9、推桿轉(zhuǎn)軸10和卡簧，所述步進(jìn)電機(jī)2固定在箱體1的后端，步進(jìn)電機(jī)2通過聯(lián)軸器3連接所述蝸桿6的一端，蝸桿6的前后兩端分別通過軸承固定在前軸承座5和后軸承座4上，所述前軸承座5和后軸承座4均固定在所述箱體1內(nèi)部，所述步進(jìn)電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸、聯(lián)軸器3、蝸桿6、后軸承座4和前軸承座5的軸心位于同一條直線上；所述不完全蝸輪7通過蝸輪轉(zhuǎn)軸8鉸接在所述箱體1上，所述不完全蝸輪7與所述蝸桿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(cè)均通過卡簧進(jìn)行約束，所述不完全蝸輪7上還安裝有推桿轉(zhuǎn)軸10，所述主推桿9的后端通過所述推桿轉(zhuǎn)軸10鉸接在所述不完全蝸輪7上。

所述環(huán)抱執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12、第三關(guān)節(jié)13、第四關(guān)節(jié)14、第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸15、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸16、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸17和第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸18，所述箱體1的前端和第一關(guān)節(jié)11的前端通過第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸15鉸接，所述第一關(guān)節(jié)11的后端和第二關(guān)節(jié)12的前端通過第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸16鉸接，所述第二關(guān)節(jié)12的后端和第三關(guān)節(jié)13的前端通過第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸17鉸接，所述第三關(guān)節(jié)13的后端和第四關(guān)節(jié)14的前端通過第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸18鉸接；所述第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12、第三關(guān)節(jié)13和第四關(guān)節(jié)14均由關(guān)節(jié)左側(cè)板19、關(guān)節(jié)右側(cè)板20和間隔柱21構(gòu)成，關(guān)節(jié)左側(cè)板19通過均布的多個(gè)間隔柱21與關(guān)節(jié)右側(cè)板20固定連接；所述關(guān)節(jié)左側(cè)板19和關(guān)節(jié)右側(cè)板20的中心位置均開設(shè)有幺型孔滑槽22。

所述環(huán)抱施力機(jī)構(gòu)包括第一前推桿軸23、第一后推桿軸24、第二前推桿軸25、第二后推桿軸26、第三前推桿軸27、第三后推桿軸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、第一后推桿39、第二后推桿40、第三后推桿41、第一伸縮桿42、第二伸縮桿43、第三伸縮桿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的后端通過第一受力軸29鉸接在第一關(guān)節(jié)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的后端與第一伸縮桿42的前端通過第一前推桿軸23鉸接，所述第一伸縮桿42的后端與第一后推桿39的前端通過第一后推桿軸24鉸接，所述第一后推桿39的后端通過第二受力軸30鉸接在第二關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)11的后端，所述第二前推桿37的后端與第二伸縮桿43的前端通過第二前推桿軸25鉸接，所述第二伸縮桿43的后端與第二后推桿40的前端通過第二后推桿軸26鉸接，所述第二后推桿軸26的后端通過第三受力軸31鉸接在第三關(guān)節(jié)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(guān)節(jié)12的后端，所述第三前推桿38的后端與第三伸縮桿44的前端通過第三前推桿軸27鉸接，所述第三伸縮桿44的后端與第三后推桿41的前端通過第三后推桿軸28鉸接，所述第三后推桿軸28的前端通過第四受力軸32鉸接在所述第四關(guān)節(jié)14的前端。

所述第一伸縮彈簧45套裝在所述第一伸縮桿42上，所述第二伸縮彈簧46套裝在所述第二伸縮桿43上，所述第三伸縮彈簧47套裝在第三伸縮桿44上。在需要松開本裝置時(shí)只需要關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)2，第一伸縮桿42在第一伸縮彈簧45的作用下回復(fù)到初始位置，第二伸縮桿43在第二伸縮彈簧46的作用下回復(fù)到初始位置，第三伸縮桿44在第三伸縮彈簧47的作用下回復(fù)的初始位置，從而實(shí)現(xiàn)第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12、第三關(guān)節(jié)13和第四關(guān)節(jié)14的復(fù)位。

所述第一前推桿軸23、第一后推桿軸24、第二前推桿軸25、第二后推桿軸26、第三前推桿軸27和第三后推桿軸28的兩端均套裝有滑塊48，第一前推桿軸23和第一后推桿軸24通過其左右兩端的滑塊48與所述第一關(guān)節(jié)11的關(guān)節(jié)左側(cè)板19和關(guān)節(jié)右側(cè)板20上開設(shè)的幺型孔滑槽22相配合，第二前推桿軸25和第二后推桿軸26通過其左右兩端的滑塊48與所述第二關(guān)節(jié)12的關(guān)節(jié)左側(cè)板19和關(guān)節(jié)右側(cè)板20上開設(shè)的幺型孔滑槽22相配合，第三前推桿軸27和第三后推桿軸28通過其左右兩端的滑塊48與所述第三關(guān)節(jié)13的關(guān)節(jié)左側(cè)板19和關(guān)節(jié)右側(cè)板20上開設(shè)的幺型孔滑槽22相配合。

所述第一前推桿軸23、第一后推桿軸24、第二前推桿軸25、第二后推桿軸26、第三前推桿軸27、第三后推桿軸28的兩端均與滑塊48通過螺紋連接，滑塊48位于第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12和第三關(guān)節(jié)13的幺型孔滑槽22內(nèi)并能沿相應(yīng)的幺型孔滑槽22進(jìn)行滑動(dòng)。

所述第一前推桿36、第二前推桿37、第三前推桿38、第一后推桿39、第二后推桿40、第三后推桿41、第一伸縮桿42、第二伸縮桿43和第三伸縮桿44均位于第一關(guān)節(jié)11、第二關(guān)節(jié)12、第三關(guān)節(jié)13和箱體1的中心面上。

所述第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸15、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸16、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸17和第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸18上均安裝有扭簧。扭簧能夠抵消本裝置在傳動(dòng)過程中力的衰減，從而減輕電機(jī)的負(fù)載。

本裝置在具體工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)，通過聯(lián)軸器3帶動(dòng)蝸桿6的轉(zhuǎn)動(dòng)；由于蝸桿6與不完全蝸輪7嚙合，所以蝸桿6轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)不完全蝸輪7繞所述蝸輪轉(zhuǎn)軸8在一定范圍內(nèi)進(jìn)行擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度由不完全蝸輪7的齒數(shù)確定；不完全蝸輪7擺動(dòng)時(shí)帶動(dòng)推桿轉(zhuǎn)軸10一起擺動(dòng)，由于箱體1和第一關(guān)節(jié)11通過第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸15鉸接在一起，推桿轉(zhuǎn)軸10擺動(dòng)時(shí)帶動(dòng)主推桿9繞所述推桿轉(zhuǎn)軸10進(jìn)行來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)第一關(guān)節(jié)11的收縮；與此同時(shí)，第一關(guān)節(jié)11整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于第一前推桿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(dòng)的，所述第一前推桿36隨著第一關(guān)節(jié)11的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)第一關(guān)節(jié)11上的滑塊48沿其幺型孔滑槽22運(yùn)動(dòng)，第一關(guān)節(jié)11上的滑塊48運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第一伸縮桿42運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與第一伸縮桿42的后端鉸接的第一后推桿39的運(yùn)動(dòng)，由于第一關(guān)節(jié)11和第二關(guān)節(jié)12通過第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸16鉸接在一起，所以第一后推桿39運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)第二關(guān)節(jié)12的收縮，以此類推，第三關(guān)節(jié)13和第四關(guān)節(jié)14也會(huì)跟著一起收縮，從而實(shí)現(xiàn)桿件的抱緊。

中部的第二關(guān)節(jié)12和第三關(guān)節(jié)13的數(shù)量并不限制為只有兩個(gè)，第一關(guān)節(jié)11和最后一個(gè)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)略有不同，中部可以添加任意數(shù)量的關(guān)節(jié)以及相應(yīng)的施力機(jī)構(gòu)，從而使本裝置能夠適應(yīng)更大直徑桿件的環(huán)抱。

以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。