CN108839051B - 一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器 - Google Patents
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Abstract
一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其执行机构由一对夹持头、一对弹性簧片、一对调整机构和一对旋转接头构成；夹持头安装在弹性簧片的外端，调整机构夹持在弹性簧片上；旋转接头安装在弹性簧片的内端。其驱动机构包括机身，机身中装有两组V型槽滑轮和两个换向轴，两根形状记忆合金丝一端分别固定在机身后端的螺钉上，另一端分别依次绕过两组V型槽滑轮后分别固定在所述调整机构的内侧，一对旋转接头安装在机身上。当形状记忆合金丝通电时其在长度方向上收缩，通过调整机构拉动一对弹性簧片向内弯曲变形带动一对夹持头完成夹持动作。本发明极具微型化和智能化的潜力，可以广泛的应用在未来的航空领域及民用领域。
Description
技术领域
本发明属于道岔技术领域，具体涉及一种一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器。
背景技术
夹持器作为一种末端操作器，广泛应用在机器人末端来执行特定的操作，在夹持器的设计中，夹持力为一个非常重要的设计指标。由于末端操作器要和被夹持物进行接触，为了保证被夹持物不受损坏，夹持器与被夹持物之间的接触力需要进行控制，尤其对于易碎和易受损的物体，夹持力的控制显得尤为重要。柔性夹持器已应用在人类生活和国防科技的方方面面，但是仍然存在如下不足：1)目前的微型柔性夹持器广泛使用以电机为驱动器，使其体积过于庞大，难于微型化；2)驱动器的噪声难以消除；3)驱动器的夹持力不足。
发明内容
本发明解决的技术问题：设计一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，使用形状记忆合金作为驱动器，由于形状记忆合金具有高能量密度和小尺寸等特点，使其极具微型化和智能化的潜力，可以广泛的应用在未来的航空领域及民用领域。
本发明的技术解决方案：一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其特征在于：所述夹持器包括执行机构和驱动机构；所述执行机构由一对夹持头、一对弹性簧片、一对调整机构和一对旋转接头构成；所述夹持头安装在弹性簧片的外端，所述调整机构由夹持在弹性簧片上的两块夹持板通过螺栓副连接构成，且能够沿弹性簧片的长度方向移动，并且在移动至指定位置后能够通过螺栓副固定在弹性簧片上；所述旋转接头安装在弹性簧片的内端；
所述驱动机构包括机身，所述机身中装有两组V型槽滑轮和两个换向轴，两根形状记忆合金丝一端分别固定在机身后端的螺钉上，另一端分别依次绕过两组V型槽滑轮后再经换向轴换向后分别固定在所述调整机构的内侧；所述一对旋转接头通过旋转副的形式安装在机身上，并位于两个换向轴的上下两侧，且当通过旋转接头上的旋转副对夹持头的初始夹角调整完毕后，该旋转副能够与机身锁死，使弹性簧片内端在夹持过程中与机身无相对运动；
所述形状记忆合金丝的两端分别通过调整机构、螺钉与电源的正负极相连，当形状记忆合金丝通电时其在长度方向上收缩，通过调整机构拉动一对弹性簧片向内弯曲变形带动一对夹持头完成夹持动作。
所述机身由安装底座和固定在安装底座上的两块墙板构成；所述两组V型槽滑轮通过共用的滑轮轴对称安装在两块墙板之间；所述两个换向轴对称安装在两块墙板之间，所述旋转接头通过旋转轴对称安装在两块墙板之间，并可通过锁紧螺钉将旋转轴与墙板锁死，且两个换向轴分别位于两组V型槽滑轮的前方，两个旋转轴分别位于两个换向轴的上下两侧。
所述两组V型槽滑轮分别由上下各3个滑轮按上下对称分布排列而成，且形状记忆合金丝缠绕在V型槽滑轮的凹槽中。
所述两组V型槽滑轮、两个换向轴与形状记忆合金丝接触部位表面均具有绝缘层。
所述夹持头为橡胶头。
本发明与现有技术相比具有的优点和效果：
(1)本发明使用弹性簧片作为夹持部件，使该夹持器能够实现对物体的柔性夹持。
(2)本发明采用将形状记忆合金的一端固定在调整机构上，通过调整机构在弹性簧片上位置的变化，能够实现夹持力的调整。
(3)本发明采用旋转接头来实现驱动机构和执行机构相连，使柔性夹持器的夹持行程可以调节。
(4)本发明采用将形状记忆合金缠绕在平行分布的旋转轴上，以此来实现体积的减小及驱动行程的增加。
(5)本发明采用将V型槽滑轮安装在旋转轴上，并且将形状记忆合金缠绕在滑轮的V型槽内，以减小形状记忆合金线收缩所产生的滑动摩擦力。
(6)本发明采用对称布置的两组独立的驱动机构及执行机构，能够方便的对夹持位置和夹持力进行精确控制。
附图说明
图1为本发明结构立体图；
图2为本发明执行机构的结构示意图；
图3为本发明驱动机构的结构示意图；
图4为本发明内部结构立体图。
具体实施方式
结合附图1、2、3、4描述本发明的一种实施例。
一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，包括执行机构和驱动机构；所述执行机构由一对夹持头1、一对弹性簧片2、一对调整机构3和一对旋转接头4构成；所述夹持头1安装在弹性簧片2的外端，所述调整机构3由夹持在弹性簧片2上的两块夹持板5通过螺栓副6连接构成，且能够沿弹性簧片2的长度方向移动，并且在移动至指定位置后能够通过螺栓副6固定在弹性簧片2上；所述旋转接头4安装在弹性簧片2的内端；
所述驱动机构包括机身7，所述机身7中装有两组V型槽滑轮9和两个换向轴8，两根形状记忆合金丝10一端分别固定在机身7后端的螺钉11上，另一端分别依次绕过两组V型槽滑轮9后再经换向轴8换向后分别固定在所述调整机构3的内侧；所述一对旋转接头4通过旋转副的形式安装在机身7上，并位于两个换向轴8的上下两侧，且当通过旋转接头4上的旋转副对夹持头1的初始夹角调整完毕后，该旋转副能够与机身7锁死，使弹性簧片2内端在夹持过程中与机身7无相对运动；所述夹持头1为橡胶头。
所述形状记忆合金丝10的两端分别通过调整机构3、螺钉11与电源的正负极相连，当形状记忆合金丝10通电时其在长度方向上收缩，通过调整机构3拉动一对弹性簧片2向内弯曲变形带动一对夹持头1完成夹持动作。所述两组V型槽滑轮9、两个换向轴8与形状记忆合金丝10接触部位表面均应做绝缘处理，即在V型槽滑轮9、换向轴8与形状记忆合金丝10接触部位的表面涂覆绝缘层。
所述机身7由安装底座12和固定在安装底座12上的两块墙板13构成；所述两组V型槽滑轮9通过共用的滑轮轴14对称安装在两块墙板13之间；所述两个换向轴8对称安装在两块墙板13之间，所述旋转接头4通过旋转轴16对称安装在两块墙板13之间，并可通过锁紧螺钉15将旋转轴16与墙板13锁死，且两个换向轴8分别位于两组V型槽滑轮9的前方，两个旋转轴16分别位于两个换向轴8的上下两侧。所述两组V型槽滑轮9分别由上下各3个滑轮并按上下对称分布排列而成，且形状记忆合金丝10缠绕在V型槽滑轮9的凹槽中。且形状记忆合金丝10缠绕在V型槽滑轮9的凹槽中。
工作原理：首先通过旋转接头4上的旋转副对调整好夹持头1的初始夹角，并通过锁紧螺钉15将旋转轴16与墙板13锁死，使弹性簧片2内端在夹持过程中与机身7无相对运动。然后将调整机构3沿弹性簧片2的长度方向移动到合适的位置，并通过螺栓副6与弹性簧片2固定。当形状记忆合金丝10通电时其在长度方向上收缩，通过调整机构3拉动弹性簧片2向内弯曲变形至201位置，进而带动一对夹持头1完成对物体17的夹持动作。使用时，本发明可以通过安装底座12连接到其他物体上。
由于单位长度的形状记忆合金的运动行程较小，为了提高形状记忆合金的有效运动行程，采取了增加形状记忆合金长度的方法；同时为了缩小驱动装置的体积，将形状记忆合金缠绕在平行布置的旋转轴上，通过多圈平行缠绕的方法来实现缩小空间体积和提高驱动行程；由于形状记忆合金收缩运动时会与缠绕轴之间会发生相对滑动，为了减小滑动摩擦力，在旋转轴上安装了V型槽滑轮，使滑动摩擦力转变为滚动摩擦力，进而使得摩擦力减小驱动力增加。
本发明由对称分布的两组驱动机构和执行机构组成，两组机构相互独立，分别使用两条形状记忆合金进行驱动，能够方便的对夹持位置和夹持力进行精确控制，满足精密智能控制的需求，可用于医疗方面的微型操作器或航空航天方面的微型、轻量执行器。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其特征在于：所述夹持器包括执行机构和驱动机构；所述执行机构由一对夹持头(1)、一对弹性簧片(2)、一对调整机构(3)和一对旋转接头(4)构成；所述夹持头(1)安装在弹性簧片(2)的外端，所述调整机构(3)由夹持在弹性簧片(2)上的两块夹持板(5)通过螺栓副(6)连接构成，且能够沿弹性簧片(2)的长度方向移动，并且在移动至指定位置后能够通过螺栓副(6)固定在弹性簧片(2)上；所述旋转接头(4)安装在弹性簧片(2)的内端；
所述驱动机构包括机身(7)，所述机身(7)中装有两组V型槽滑轮(9)和两个换向轴(8)，两根形状记忆合金丝(10)一端分别固定在机身(7)后端的螺钉(11)上，另一端分别依次绕过两组V型槽滑轮(9)后再经换向轴(8)换向后分别固定在所述调整机构(3)的内侧；所述一对旋转接头(4)通过旋转副的形式安装在机身(7)上，并位于两个换向轴(8)的上下两侧，且当通过旋转接头(4)上的旋转副对夹持头(1)的初始夹角调整完毕后，该旋转副能够与机身(7)锁死，使弹性簧片(2)内端在夹持过程中与机身(7)无相对运动；
所述形状记忆合金丝(10)的两端分别通过调整机构(3)、螺钉(11)与电源的正负极相连，当形状记忆合金丝(10)通电时其在长度方向上收缩，通过调整机构(3)拉动一对弹性簧片(2)向内弯曲变形带动一对夹持头(1)完成夹持动作；
所述夹持头(1)为橡胶头。
2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其特征在于：所述机身(7)由安装底座(12)和固定在安装底座(12)上的两块墙板(13)构成；所述两组V型槽滑轮(9)通过共用的滑轮轴(14)对称安装在两块墙板(13)之间；所述两个换向轴(8)对称安装在两块墙板(13)之间，所述旋转接头(4)通过旋转轴(16)对称安装在两块墙板(13)之间，并可通过锁紧螺钉(15)将旋转轴(16)与墙板(13)锁死，且两个换向轴(8)分别位于两组V型槽滑轮(9)的前方，两个旋转轴(16)分别位于两个换向轴(8)的上下两侧。
3.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其特征是：所述两组V型槽滑轮(9)分别由上下各3个滑轮按上下对称分布排列而成，且形状记忆合金丝(10)缠绕在V型槽滑轮(9)的凹槽中。
4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微型柔性夹持器，其特征是：所述两组V型槽滑轮(9)、两个换向轴(8)与形状记忆合金丝(10)接触部位表面均具有绝缘层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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