針對傳統(tǒng)輪椅機(jī)械手驅(qū)動結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且體積、自重偏大等問題,基于套索式柔性繩傳動機(jī)構(gòu)原理,設(shè)計(jì)一種助老助殘輪椅用的繩傳動機(jī)械臂結(jié)構(gòu);通過對輪椅機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)以及機(jī)械臂繩傳動原理進(jìn)行描述,建立機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)方程,利用MATLAB軟件求解該繩傳動機(jī)械臂的運(yùn)動仿真模型與工作空間進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析,并研制原理樣機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,通過該繩傳動方式,可以將驅(qū)動電機(jī)安裝在機(jī)械臂的臂體之外,利用繩索進(jìn)行動力傳遞,從而實(shí)現(xiàn)分離驅(qū)動,并簡化機(jī)械臂的結(jié)構(gòu),減小機(jī)械臂的體積、質(zhì)量和能耗。 

【文章來源】：濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,34(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

繩傳動輪椅機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)模型

輪椅機(jī)械臂的每個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均由一對繩索傳動機(jī)構(gòu)組成,分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)動。該繩索傳動機(jī)構(gòu)利用鋼絲軟繩穿過柔性中空套管進(jìn)行走線,而套管的兩端固定,這樣繩索與套管之間就可以產(chǎn)生相對運(yùn)動,然后將繩索的一端旋繞在從動輪軸上的螺旋槽內(nèi)并固定,另一端利用連接裝置與主動輪的同步帶連接,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)動力的傳遞,由此形成一種套索柔性傳動系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂運(yùn)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動。輪椅機(jī)械臂繩索傳動結(jié)構(gòu)的原理如圖2所示。輪椅機(jī)械臂中繩索傳動機(jī)構(gòu)的主動輪是同步帶輪,從動輪是機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的螺旋繩輪, 并且螺旋繩輪與機(jī)械臂的臂體是一體式結(jié)構(gòu)。同步帶輪利用鍵槽與驅(qū)動電機(jī)相連, 同步帶固定在帶輪上, 并且兩端通過帶繩連接裝置分別與一對鋼絲軟繩對稱連接, 鋼絲軟繩再穿過中空軟套管完成走線, 然后分別反方向旋繞在機(jī)械臂關(guān)節(jié)的螺旋繩輪兩端的螺旋槽內(nèi), 而走線的軟套管兩端分別由套管固定結(jié)構(gòu)固定, 套管的其他中間位置則不需要涉及過多的固定。 帶繩連接結(jié)構(gòu)除了具有連接同步帶和傳動繩索的作用之外, 還起到對繩索預(yù)緊的作用, 使傳動繩索一直保持張緊狀態(tài)來保證傳動精度, 螺旋繩輪上的螺旋槽的作用是保證傳動軟繩的運(yùn)動方向和傳動精度。

輪椅機(jī)械臂的末端效應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖可知,機(jī)械臂的效應(yīng)器主要由手指、手掌、彈簧、傳動繩索和動力源構(gòu)成。機(jī)械手指是具有一定仿生效果的靈巧手指,有上指頭和下指頭2個關(guān)節(jié),2個指頭關(guān)節(jié)之間形成45°夾角來抓取物品。機(jī)械手指表面的凸起可以有效地增大接觸面的摩擦力,進(jìn)而增加抓取過程中的夾持力,而抓取接觸面與指頭之間的空隙部分有減小抓取過程中沖擊性的作用,從而增加了機(jī)械手爪在抓取動作中的可靠性。該機(jī)械手爪的每根機(jī)械手指均牽連1根傳動繩索和恢復(fù)彈簧。3根傳動繩索完成驅(qū)動動力的傳遞,傳動繩索一端分別固定在機(jī)械手指的上指頭關(guān)節(jié)的相應(yīng)位置,另一端由繩索固定結(jié)構(gòu)固定在直流電動伸縮桿上,然后由伸縮桿的伸縮動作來牽拉機(jī)械手指的運(yùn)動,以保證3根機(jī)械手指在抓取作業(yè)過程中張開手爪的同步性,機(jī)械手爪的夾持動作則依靠恢復(fù)彈簧的彈力完成。2 工作空間


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