[实用新型]一种深海全开放式机械手指结构

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种深海全开放式机械手指结构，属于超声作动及机器人领域。

背景技术：

现有液压式水下机器手结构庞大、功率要求高，难以适应AUV微小型化发展趋势；近年来发展的充油平衡深海水压、无刷直流电机驱动方式，还需在密封、压力补偿方面深化研究，进一步降低能量消耗和油液泄漏、海水入侵的风险。针对深海水压适应性这一瓶颈问题，考虑到摩擦驱动可以允许海水进入，提出利用压电转换和摩擦驱动基本原理构建全开放式机器手关节驱动方法，解除深海高水压对驱动系统的制约。关节的两个旋转自由度由构成机器臂的压电振子摩擦驱动，结构简单，同时发挥压电驱动的快响应、断电自锁、无电磁辐射等特点。

实用新型内容：

本实用新型是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种深海全开放式机械手指结构。

本实用新型采用如下技术方案：一种深海全开放式机械手指结构，包括若干指节和关节；

所述指节由套筒、贴片式压电换能器和第一螺栓组成，所述套筒为圆环上设置有180°分布的两根梁的结构，圆环中间与梁角度相同的地方设置有供第一螺栓拧入的螺纹通孔，梁的两末端都设置有通孔；所述贴片式压电换能器由金属基体和压电陶瓷片组成，金属基体为矩形体两端分别设置有相同四棱台的结构，且矩形体一组对面的中心分别设置有与套筒的螺纹通孔对应的限位孔，压电陶瓷粘贴在没有限位孔的另一组对面上；所述第一螺栓穿过套筒的螺纹通孔，与贴片式压电换能器的限位孔接触，将贴片式压电换能器悬空固定在套筒内部；

所述关节由两个C型摩擦轮、弹性元件以及第二螺栓组成，C型摩擦轮为开有矩形槽的圆柱结构，且与矩形槽正交方向设置有两个螺纹盲孔，矩形槽宽度与圆柱厚度一致，弹性元件设置在两个矩形槽之间；所述第二螺栓穿过套筒梁上的通孔与关节中一个C型摩擦轮的螺纹盲孔连接，所述关节中的另一个C型摩擦轮与另一节指节连接。

进一步地，所述C型摩擦轮以第二螺栓为轴转动，每个关节都具有两个自由度，且由与两个自由度相邻的两个贴片式压电换能器分别驱动。

进一步地，所述压电陶瓷片外部由环氧树脂材料绝缘处理。

本实用新型还采用如下技术方案：一种深海全开放式机械手指结构的工作方式，包括：

激励两片压电陶瓷片，使贴片式压电换能器产生时间上具有90°相位差的一阶纵振和一阶弯振，从而使贴片式压电换能器的端部的质点产生微幅的椭圆运动，且两个端部的椭圆运动轨迹相反，通过摩擦作用带动关节绕第二螺栓旋转，实现将两端的指节向相反方向转动，实现开合的动作。

进一步地，相邻两个指节产生的转动方向是正交的。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型结构为全开放式，可以满足深海作业所要求的抗高水压要求。

附图说明：

图1为本实用新型深海全开放式机械手指结构的示意图。

图2为套筒的结构示意图。

图3为贴片式压电换能器的结构示意图。

图4为指节的结构示意图。

图5为关节结构分解示意图。

图6为关节与指节的连接示意图。

图7为压电陶瓷片极化及施加信号示意图。

图8为贴片式压电换能器端部质点产生椭圆运动轨迹的示意图。

图9是贴片式压电换能器驱动关节转动的原理图。

其中：

1-指节；2-关节；3-套筒；4-贴片式压电换能器；4-1-金属基体；4-2-压电陶瓷片；5-第一螺栓；6-C型摩擦轮；7-弹性元件；8-椭圆运动轨迹；9-转动方向；10-第二螺栓。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

本实用新型公开一种深海全开放式机械手指结构，包括若干指节1和关节2，如图1所示。

指节1由套筒3、贴片式压电换能器4和两个第一螺栓5组成，套筒3为圆环上设置有180°分布的两根梁的结构，圆环中间与梁角度相同的地方设置有供第一螺栓5拧入的螺纹通孔，梁的两末端都设置有通孔，如图2所示。

贴片式压电换能器4由金属基体4-1和两片压电陶瓷片4-2组成，金属基体4-1为矩形体两端分别设置有两个相同四棱台的结构，且矩形体一组对面的中心分别设置有与套筒3的螺纹通孔对应的限位孔，两片压电陶瓷4-2分别粘贴在没有限位孔的另一组对面上，如图3所示。

第一螺栓5穿过套筒3的螺纹通孔，与贴片式压电换能器4的限位孔接触，将贴片式压电换能器4悬空固定在套筒3内部，如图4所示。