本发明专利技术涉及核工业机器人技术领域，具体公开了一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构。该关节结构包括多个关节和支架，所述关节之间通过支架相连接，所述关节中通过填充并密封低熔点金属，并以加热和冷却的方式使得低熔点金属融化和凝固，进而使得关节的刚度得以改变。该关节结构设计巧妙，性能可靠，有效提升了水下作业效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核工业机器人，具体涉及一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构。
技术介绍
1、现有机械手变刚度方法有很多种类型，通过不同驱动方法能产生不同效果。
2、电机、气压或液压驱动方法，原理是通过电机与刚性弹簧的配合驱动手指关节刚度变化，或通过气压、液压形成的高低压差驱动软体机构变刚度。但电机、气压、液压驱动变刚度方法存在体积大、结构复杂、有噪音等问题。
3、形状记忆聚合物、低熔点金属、石蜡等相变材料也可实现关节变刚度功能，原理是利用低熔点金属或形状记忆材料加热和冷却过程中其弹性模量的变化来改变机械手关节的刚度。与电机、气压液压驱动关节变刚度相比，此类方法简化了手指关节的刚度结构、降低了关节的质量且无噪音，但由于形状记忆聚合物、石蜡等材料的弹性模量随温度变化幅度小，因此关节刚度变化范围窄。同时，大部分变刚度手指不能适应水下作业环境。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，解决机械手指关节结构轻量化、提高关节变刚度范围的问题，同时解决机械手指适应水下作业环境的问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，包括多个关节和支架，所述关节之间通过支架相连接，所述关节中通过填充并密封低熔点金属，并以加热和冷却的方式使得低熔点金属融化和凝固，进而使得关节的刚度得以改变。
3、所述关节包括第一关节、第二关节和第三关节，所述指尖、第一关节、第二关节、第三关节和指根由上至下依次排列，各部分通过超弹合金(3)串联，以实现整个关节结构的支撑与弯曲回弹。
4、所述指尖、第一关节、第二关节中部通过绳索依次串联，所述指尖设有绳索固定孔，以固定绳索一端；所述第二关节、第三关节和指根通过形状记忆合金弹簧依次串联，所述指根设有弹簧固定孔，以固定形状记忆合金弹簧一端；所述绳索非固定端与形状记忆合金弹簧非固定端相连接，以控制三个关节的弯曲形变。
5、所述第一关节包括轴承、圆柱体基座、轴，所述第一关节中部为圆柱体基座，所述圆柱体基座的下端设有横向圆柱体腔室，所述轴水平设于该圆柱体腔室内，所述轴的中间为带有螺纹槽的长方体结构，所述轴两端设有轴螺纹线，所述轴两端还套设有轴承。
6、所述轴与圆柱体腔室内壁存在圆柱体基座与轴之间空隙，在所述圆柱体基座与轴之间空隙填充低熔点金属。
7、所述轴的螺纹槽上缠绕有加热丝。
8、所述轴承通过轴承支架固定，所述轴承支架整体呈开口环状结构，圆环外侧设有挡圈，防止轴承掉出，所述轴承支架圆环内侧设有凹槽，以与圆柱体基座相连接；所述轴承固定在挡圈与圆柱体基座之间，防止轴承在转动过程中轴向位移。
9、所述轴承支架开口处设有m3螺纹孔，通过轴承固定螺栓将开口夹紧，进而实现轴承支架夹紧内部的轴承。
10、所述轴承支架与圆柱体基座通过螺栓固定连接。
11、所述轴承支架下端设有限位架。
12、所述圆柱体基座的圆柱体腔室前侧设有两个对称的圆柱体基座通孔，以将加热丝两端从两个圆柱体基座通孔探出。
13、所述圆柱体基座下方设有第一关节支架，所述第一关节支架整体呈“u”形，包括第一关节连接大支架、第一关节连接小支架，所述第一关节连接大支架左端设有螺孔，以与第一关节连接小支架相连接，右端设有第一连轴孔，以穿过轴的右端轴螺纹线，所述第一关节连接大支架中部设有横梁，以加强第一关节连接大支架的横向支撑力，同时当关节逆向转动时，限位架被关节连接大支架的横梁阻挡，以保证关节仅能在单侧弯曲形变；所述第一关节连接小支架顶部设有第一连轴孔，以穿过轴的左端轴螺纹线；所述第一关节连接大支架底部设有连接部，并通过螺栓与第二关节的轴承支架相连接。
14、所述第二关节包括第二关节支架，所述第二关节支架下端与第三关节的第三圆柱体基座固定连接。
15、所述轴两端设有硅胶垫片，以对低熔点金属进行密封。
16、所述低熔点金属为锡铋合金。
17、所述指根底部设有指根固定孔。
18、所述超弹合金的数量为两根，分别从指尖、第一关节、第二关节、第三关节和指根两侧对指尖、第一关节、第二关节、第三关节和指根进行串联。
19、本专利技术的显著效果在于：本专利技术所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，通过加热和冷却关节中的低熔点金属，实现关节刚度的改变，进而实现手指对较重物体的操作抓取。该关节结构设计巧妙，性能可靠，有效提升了水下作业效率。
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【技术保护点】
1.一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：包括多个关节和支架，所述关节之间通过支架相连接，所述关节中通过填充并密封低熔点金属，并以加热和冷却的方式使得低熔点金属融化和凝固，进而使得关节的刚度得以改变。
2.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述关节包括第一关节(5)、第二关节(6)和第三关节(7)，所述指尖(1)、第一关节(5)、第二关节(6)、第三关节(7)和指根(8)由上至下依次排列，各部分通过超弹合金(3)串联，以实现整个关节结构的支撑与弯曲回弹。
3.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述指尖(1)、第一关节(5)、第二关节(6)中部通过绳索(2)依次串联，所述指尖(1)设有绳索固定孔(25)，以固定绳索(2)一端；所述第二关节(6)、第三关节(7)和指根(8)通过形状记忆合金弹簧(4)依次串联，所述指根(8)设有弹簧固定孔(35)，以固定形状记忆合金弹簧(4)一端；所述绳索(2)非固定端与形状记忆合金弹簧(4)非固定端相连接，以控制三个关节的弯曲形变。
>4.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述第一关节(5)包括轴承(10)、圆柱体基座(11)、轴(17)，所述第一关节(5)中部为圆柱体基座(11)，所述圆柱体基座(11)的下端设有横向圆柱体腔室，所述轴(17)水平设于该圆柱体腔室内，所述轴(17)的中间为带有螺纹槽的长方体结构，所述轴(17)两端设有轴螺纹线(27)，所述轴(17)两端还套设有轴承(10)。5.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴(17)与圆柱体腔室内壁存在圆柱体基座与轴之间空隙(29)，在所述圆柱体基座与轴之间空隙(29)填充低熔点金属。
6.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴(17)的螺纹槽上缠绕有加热丝(16)。
7.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承(10)通过轴承支架(9)固定，所述轴承支架(9)整体呈开口环状结构，圆环外侧设有挡圈(22)，防止轴承(10)掉出，所述轴承支架(9)圆环内侧设有凹槽(23)，以与圆柱体基座(11)相连接；所述轴承(10)固定在挡圈(22)与圆柱体基座(11)之间，防止轴承(10)在转动过程中轴向位移。
8.根据权利要求7所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承支架(9)开口处设有M3螺纹孔(20)，通过轴承固定螺栓(13)将开口夹紧，进而实现轴承支架(9)夹紧内部的轴承(10)。
9.根据权利要求7所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承支架(9)与圆柱体基座(11)通过螺栓固定连接。
10.根据权利要求7所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承支架(9)下端设有限位架(24)。
11.根据权利要求6所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述圆柱体基座(11)的圆柱体腔室前侧设有两个对称的圆柱体基座通孔(30)，以将加热丝(16)两端从两个圆柱体基座通孔(30)探出。
12.根据权利要求10所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述圆柱体基座(11)下方设有第一关节支架，所述第一关节支架整体呈“U”形，包括第一关节连接大支架(15)、第一关节连接小支架(18)，所述第一关节连接大支架(15)左端设有螺孔，以与第一关节连接小支架(18)相连接，右端设有第一连轴孔，以穿过轴(17)的右端轴螺纹线(27)，所述第一关节连接大支架(15)中部设有横梁(31)，以加强第一关节连接大支架(15)的横向支撑力，同时当关节逆向转动时，限位架(24)被关节连接大支架(15)的横梁阻挡，以保证关节仅能在单侧弯曲形变；所述第一关节连接小支架(18)顶部设有第一连轴孔，以穿过轴(17)的左端轴螺纹线(27)；所述第一关节连接大支架(15)底部设有连接部，并通过螺栓与第二关节(6)的轴承支架相连接。
13.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述第二关节(6)包括第二关节支架，所述第二关节支架下端与第三关节(7)的第三圆柱体基座固定连接。
14.根据权利要求5所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴(17)两端设有硅胶垫片(12)，以对低熔点金属进行密封。
15.根据权利要求5所述的一种水下柔性机械手指的变刚...
【技术特征摘要】
1.一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：包括多个关节和支架，所述关节之间通过支架相连接，所述关节中通过填充并密封低熔点金属，并以加热和冷却的方式使得低熔点金属融化和凝固，进而使得关节的刚度得以改变。
2.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述关节包括第一关节(5)、第二关节(6)和第三关节(7)，所述指尖(1)、第一关节(5)、第二关节(6)、第三关节(7)和指根(8)由上至下依次排列，各部分通过超弹合金(3)串联，以实现整个关节结构的支撑与弯曲回弹。
3.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述指尖(1)、第一关节(5)、第二关节(6)中部通过绳索(2)依次串联，所述指尖(1)设有绳索固定孔(25)，以固定绳索(2)一端；所述第二关节(6)、第三关节(7)和指根(8)通过形状记忆合金弹簧(4)依次串联，所述指根(8)设有弹簧固定孔(35)，以固定形状记忆合金弹簧(4)一端；所述绳索(2)非固定端与形状记忆合金弹簧(4)非固定端相连接，以控制三个关节的弯曲形变。
4.根据权利要求1所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述第一关节(5)包括轴承(10)、圆柱体基座(11)、轴(17)，所述第一关节(5)中部为圆柱体基座(11)，所述圆柱体基座(11)的下端设有横向圆柱体腔室，所述轴(17)水平设于该圆柱体腔室内，所述轴(17)的中间为带有螺纹槽的长方体结构，所述轴(17)两端设有轴螺纹线(27)，所述轴(17)两端还套设有轴承(10)。
5.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴(17)与圆柱体腔室内壁存在圆柱体基座与轴之间空隙(29)，在所述圆柱体基座与轴之间空隙(29)填充低熔点金属。
6.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴(17)的螺纹槽上缠绕有加热丝(16)。
7.根据权利要求4所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承(10)通过轴承支架(9)固定，所述轴承支架(9)整体呈开口环状结构，圆环外侧设有挡圈(22)，防止轴承(10)掉出，所述轴承支架(9)圆环内侧设有凹槽(23)，以与圆柱体基座(11)相连接；所述轴承(10)固定在挡圈(22)与圆柱体基座(11)之间，防止轴承(10)在转动过程中轴向位移。
8.根据权利要求7所述的一种水下柔性机械手指的变刚度关节结构，其特征在于：所述轴承支架(9)开口...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彰，张志义，
申请(专利权)人：核动力运行研究所，
类型：发明
国别省市：
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