[實用新型]一種深海全開放式機械手指結構

有效

• 申請號: 201720472917.0
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN206825446U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 蔣正;阮重遠;金家楣;季瑞南
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J15/02
• 分類號: B25J15/02;H02N2/10;B25J17/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本實用新型涉及一種深海全開放式機械手指結構，屬于超聲作動及機器人領域。

背景技術：

現有液壓式水下機器手結構龐大、功率要求高，難以適應AUV微小型化發展趨勢；近年來發展的充油平衡深海水壓、無刷直流電機驅動方式，還需在密封、壓力補償方面深化研究，進一步降低能量消耗和油液泄漏、海水入侵的風險。針對深海水壓適應性這一瓶頸問題，考慮到摩擦驅動可以允許海水進入，提出利用壓電轉換和摩擦驅動基本原理構建全開放式機器手關節驅動方法，解除深海高水壓對驅動系統的制約。關節的兩個旋轉自由度由構成機器臂的壓電振子摩擦驅動，結構簡單，同時發揮壓電驅動的快響應、斷電自鎖、無電磁輻射等特點。

實用新型內容：

本實用新型是為了解決上述現有技術存在的問題而提供一種深海全開放式機械手指結構。

本實用新型采用如下技術方案：一種深海全開放式機械手指結構，包括若干指節和關節；

所述指節由套筒、貼片式壓電換能器和第一螺栓組成，所述套筒為圓環上設置有180°分布的兩根梁的結構，圓環中間與梁角度相同的地方設置有供第一螺栓擰入的螺紋通孔，梁的兩末端都設置有通孔；所述貼片式壓電換能器由金屬基體和壓電陶瓷片組成，金屬基體為矩形體兩端分別設置有相同四棱臺的結構，且矩形體一組對面的中心分別設置有與套筒的螺紋通孔對應的限位孔，壓電陶瓷粘貼在沒有限位孔的另一組對面上；所述第一螺栓穿過套筒的螺紋通孔，與貼片式壓電換能器的限位孔接觸，將貼片式壓電換能器懸空固定在套筒內部；

所述關節由兩個C型摩擦輪、彈性元件以及第二螺栓組成，C型摩擦輪為開有矩形槽的圓柱結構，且與矩形槽正交方向設置有兩個螺紋盲孔，矩形槽寬度與圓柱厚度一致，彈性元件設置在兩個矩形槽之間；所述第二螺栓穿過套筒梁上的通孔與關節中一個C型摩擦輪的螺紋盲孔連接，所述關節中的另一個C型摩擦輪與另一節指節連接。

進一步地，所述C型摩擦輪以第二螺栓為軸轉動，每個關節都具有兩個自由度，且由與兩個自由度相鄰的兩個貼片式壓電換能器分別驅動。

進一步地，所述壓電陶瓷片外部由環氧樹脂材料絕緣處理。

本實用新型還采用如下技術方案：一種深海全開放式機械手指結構的工作方式，包括：

激勵兩片壓電陶瓷片，使貼片式壓電換能器產生時間上具有90°相位差的一階縱振和一階彎振，從而使貼片式壓電換能器的端部的質點產生微幅的橢圓運動，且兩個端部的橢圓運動軌跡相反，通過摩擦作用帶動關節繞第二螺栓旋轉，實現將兩端的指節向相反方向轉動，實現開合的動作。

進一步地，相鄰兩個指節產生的轉動方向是正交的。

本實用新型具有如下有益效果：本實用新型結構為全開放式，可以滿足深海作業所要求的抗高水壓要求。

附圖說明：

圖1為本實用新型深海全開放式機械手指結構的示意圖。

圖2為套筒的結構示意圖。

圖3為貼片式壓電換能器的結構示意圖。

圖4為指節的結構示意圖。

圖5為關節結構分解示意圖。

圖6為關節與指節的連接示意圖。

圖7為壓電陶瓷片極化及施加信號示意圖。

圖8為貼片式壓電換能器端部質點產生橢圓運動軌跡的示意圖。

圖9是貼片式壓電換能器驅動關節轉動的原理圖。

其中：

1-指節；2-關節；3-套筒；4-貼片式壓電換能器；4-1-金屬基體；4-2-壓電陶瓷片；5-第一螺栓；6-C型摩擦輪；7-彈性元件；8-橢圓運動軌跡；9-轉動方向；10-第二螺栓。

具體實施方式：

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

本實用新型公開一種深海全開放式機械手指結構，包括若干指節1和關節2，如圖1所示。

指節1由套筒3、貼片式壓電換能器4和兩個第一螺栓5組成，套筒3為圓環上設置有180°分布的兩根梁的結構，圓環中間與梁角度相同的地方設置有供第一螺栓5擰入的螺紋通孔，梁的兩末端都設置有通孔，如圖2所示。

貼片式壓電換能器4由金屬基體4-1和兩片壓電陶瓷片4-2組成，金屬基體4-1為矩形體兩端分別設置有兩個相同四棱臺的結構，且矩形體一組對面的中心分別設置有與套筒3的螺紋通孔對應的限位孔，兩片壓電陶瓷4-2分別粘貼在沒有限位孔的另一組對面上，如圖3所示。

第一螺栓5穿過套筒3的螺紋通孔，與貼片式壓電換能器4的限位孔接觸，將貼片式壓電換能器4懸空固定在套筒3內部，如圖4所示。