連續(xù)體差動機構(gòu)及機械手的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種差動機構(gòu)，具體地說是一種基于柔性連續(xù)體機構(gòu)的差動傳動機構(gòu)，可應用于各種欠驅(qū)動的機械系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]為了實現(xiàn)復雜多自由度機械系統(tǒng)的控制，一般需要使用與自由度相等數(shù)量的驅(qū)動源(如電機、液缸、氣缸等)，同時需要相應數(shù)量的控制器來實現(xiàn)對各個自由度的獨立控制。這樣通常造成機械系統(tǒng)成本升高、重量增加和可靠性降低。
[0003]差動機構(gòu)能將一個運動輸入自適應地分配到多個(通常是兩個)運動輸出上，這樣僅使用較少的驅(qū)動源及控制器就可以實現(xiàn)對多個自由度的控制，明顯降低了系統(tǒng)的成本及重量、降低了控制難度、提高了系統(tǒng)可靠性。差動機構(gòu)因而得到了廣泛的應用。
[0004]目前常見的差動機構(gòu)的主要構(gòu)型有動滑輪式，齒輪齒條式，連桿式等，都存在結(jié)構(gòu)比較復雜、回差較大等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前差動機構(gòu)的發(fā)展狀況和技術(shù)背景，本發(fā)明提出了一種新型的連續(xù)體差動機構(gòu)，采用一路運動作為驅(qū)動輸入，可以產(chǎn)生任意多路運動輸出。
[0006]本發(fā)明特別設計了一種連續(xù)體差動機構(gòu)，其中驅(qū)動輸入與驅(qū)動輸出組成各部分完整相連的可連續(xù)變形的連續(xù)體差動機構(gòu)，可將驅(qū)動源的驅(qū)動輸入分配到多個驅(qū)動輸出上，繼而傳遞到系統(tǒng)各個運動部件上。驅(qū)動時，連續(xù)體機構(gòu)不僅可以整體地移動；在輸出端承受不同大小的外約束或載荷時，連續(xù)體機構(gòu)產(chǎn)生相應的變形，從而柔順的使得各路運動輸出具有不同的輸出量，并且各輸出端輸出的力的大小也存在相應的不同。
[0007]由于連續(xù)體差動機構(gòu)中不使用鉸鏈、連桿等傳統(tǒng)的機構(gòu)元件，從而消除了傳動系統(tǒng)的回差。大量使用彈性合金絲作為驅(qū)動與傳遞元件，使得連續(xù)體差動機構(gòu)具有更強的自適應能力，同時明顯減輕了機構(gòu)重量和制造成本。各個運動輸出之間因為連續(xù)體機構(gòu)而具有協(xié)調(diào)的運動關系，能自適應運動輸出端的不同負載情況。
[0008]本發(fā)明的連續(xù)體差動機構(gòu)由一個或多個基本差動單元構(gòu)成。每個差動單元主要由基座、彈性合金輸入輸出絲、末端盤等部件組成，其各部分完整相連，驅(qū)動輸入與驅(qū)動輸出實質(zhì)上是以一種彈性的方式相連，是一種可連續(xù)變形的新型傳動機構(gòu)。
[0009]基本差動單元的輸入絲可在電機或人力驅(qū)動下前后移動，輸入絲穿過基座，輸入絲的另一端固定在末端盤的中部(不一定要正中)，末端盤的兩側(cè)分別固定有兩根或多根彈性合金絲，這些合金絲再穿過基座作為運動輸出，將一路運動輸入分成了兩路或多路運動輸出。在各路運動輸出的負載不均衡的情況下，輸入絲和輸出絲會向相應方向彎曲，使得多根輸出絲自適應地具有不同的輸出量。
[0010]進一步地，輸出絲上的運動輸出可以作為另外一個基本差動單元的輸入，通過多個基本差動單元的串聯(lián)、并聯(lián)，理論上可以將一路運動輸入轉(zhuǎn)化為任意數(shù)量的運動輸出，從而可以滿足各種差動運動的需求。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種連續(xù)體差動機構(gòu)，包括一個或多個基本差動單元，每個基本差動單元包括:基座，所述基座上設輸入通孔和輸出通孔；末端盤，所述末端盤與所述基座之間間隔預定距離；以及輸入絲和輸出絲，所述輸入絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸入通孔，且所述輸出絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸出通孔。
[0012]較佳地，末端盤與基座之間的距離為輸出絲與輸入絲之間距離的0.25至4倍。更佳地，末端盤與基座之間的距離為輸出絲與輸入絲之間距離的0.5至2倍。最佳地，末端盤與基座之間的距離為輸出絲與輸入絲之間距離的0.5至I倍。
[0013]一優(yōu)選實施例中，基本差動單元包括一根輸入絲和兩根輸出絲，所述兩根輸出絲分別位于所述輸入絲兩側(cè)；或者，所述基本差動單元包括一根輸入絲和三根輸出絲。
[0014]另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)體差動機構(gòu)包括兩個基本差動單元，所述兩個基本差動單元共用一個基座且每個基本差動單元包含一根輸入絲和多根輸出絲，其中所述兩個基本差動單元中的一個基本差動單元的一根輸出絲用作另一個基本差動單元的輸入絲。
[0015]另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)體差動機構(gòu)包括兩個基本差動單元，所述兩個基本差動單元共用一個基座且每個基本差動單元包含一根輸入絲和兩根輸出絲，其中所述兩個基本差動單元中的一個基本差動單元的一根輸出絲用作另一個基本差動單元的輸入絲。另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)體差動機構(gòu)包括三個基本差動單元，所述三個基本差動單元共用一個基座且每個基本差動單元包含一根輸入絲和多根輸出絲，其中所述三個基本差動單元中的一個基本差動單元的兩根輸出絲分別用作另外兩個基本差動單元的輸入絲。
[0016]另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)體差動機構(gòu)包括三個基本差動單元，所述三個基本差動單元共用一個基座且每個基本差動單元包含一根輸入絲和兩根輸出絲，其中所述三個基本差動單元中的第一個基本差動單元的兩根輸出絲分別用作另外兩個基本差動單元的輸入絲。
[0017]較佳地，第一個基本差動單元的末端盤上設有通槽，所述通槽用于供所述另外兩個基本差動單元的輸出絲穿過。
[0018]另一優(yōu)選實施例中，連續(xù)體差動機構(gòu)包括三個基本差動單元，所述三個基本差動單元共用一個基座且每個基本差動單元包含一根輸入絲和多根輸出絲，其中，第一個基本差動單元包括兩個輸出絲，第二和第三個基本差動單元包括三根輸出絲，所述第一個基本差動單元的兩根輸出絲分別用作第二和第三個基本差動單元的輸入絲。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種兩指機械手，包括:
[0020]連續(xù)體差動機構(gòu)，所述連續(xù)體差動機構(gòu)包括:
[0021]基座，所述基座上設輸入通孔和輸出通孔；
[0022]末端盤，所述末端盤與所述基座之間間隔預定距離；以及
[0023]輸入絲和輸出絲，所述輸入絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸入通孔，且所述輸出絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸出通孔；
[0024]手指座和兩根手指，每根手指鉸接于所述手指座并包括驅(qū)動桿、連桿、第一指節(jié)和第二指節(jié)，其中
[0025]所述第一指節(jié)的一端鉸接于所述手指座，所述第一指節(jié)的另一端鉸接于所述第二指節(jié);
[0026]所述驅(qū)動桿的一端鉸接于所述手指座，所述驅(qū)動桿的另一端鉸接于所述連桿的一端，所述連桿的另一端鉸接于所述第二指節(jié)；以及
[0027]所述輸出絲的穿過所述輸出通孔的一端固定于所述驅(qū)動桿；以及
[0028]底座，所述基座和所述手指座固定于所述底座。
[0029]一優(yōu)選實施例中，手指座的一端、所述第一指節(jié)的所述一端以及所述驅(qū)動桿的所述一端通過銷釘相互鉸接。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種三指機械手，包括:
[0031]連續(xù)體差動機構(gòu)，所述連續(xù)體差動機構(gòu)包括:
[0032]基座，所述基座上設輸入通孔和輸出通孔；
[0033]末端盤，所述末端盤與所述基座之間間隔預定距離；以及
[0034]輸入絲和輸出絲，所述輸入絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸入通孔，且所述輸出絲的一端固定于所述末端盤，另一端穿過所述輸出通孔；以及
[0035]手掌和三根手指，所述三根手指鉸接于所述手掌并分別與三根所述輸出絲連接，所述手掌固定于所述基座上。
[0036]一優(yōu)選實施例中，每根手指包括第一指節(jié)、第二指節(jié)、第一連桿和第二連桿。所述第一指節(jié)的一端鉸接于所述手掌，所述第一指節(jié)的另一端鉸接于所述第二指節(jié)。所述第一連桿的一端鉸接于所述輸出絲，另一端鉸接于第二連桿的一端，所述第二連桿的另一端鉸接于所述第二指節(jié)。
[0037]上述各方面中，較佳地，所述輸入絲和/或所述輸出絲是可承受推拉力、可彈性變形的細桿或細管。
[0038]更佳地，所述輸入絲和/或所述輸出絲是彈性合金絲。
[0039]上述各方面中，較佳地，所述輸入絲與所述輸入通孔之間的配合以及所述輸出絲與所述輸出通孔之間的配合均為間隙配合。
[0040]較佳地，所述基座固定不動。
[0041]上述各方面中，較佳地，所述連續(xù)體差動機構(gòu)還設有輸入套管和輸出套管，所述輸入套管和所述輸出套管分別固定于所述輸入通孔和所述輸出通孔，從而所述輸入絲和所述輸出絲分別穿過所述輸入套管和所述輸出套管。
【附圖說明】
[0042]圖1為具有兩路運動輸出的連續(xù)體基本差動單兀的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0043]圖2為圖1的連續(xù)體基本差動單元在彎曲形態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖3為由圖1的基本差動單元串、并聯(lián)組合而成的連續(xù)體差動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖4為圖3的連續(xù)體差動機構(gòu)在彎曲形態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖5為具有三路運動輸出的連續(xù)體基本差動單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖6為圖3的連續(xù)體基本差動單元在彎曲形態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖7為由圖4的基本差動單元串、并聯(lián)組合而成的連續(xù)體差動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖8為圖7的連續(xù)體差動機構(gòu)在彎曲形態(tài)