專利名稱：多關(guān)節(jié)操作桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主從機(jī)械手操作主手領(lǐng)域，尤其是一種多關(guān)節(jié)操作桿。
背景技術(shù)：
主從式機(jī)械手作業(yè)，通常用按鈕式操作桿或捆綁于人手臂的氣、液助力式操作手或與從手同構(gòu)的操作主手來遠(yuǎn)距離控制機(jī)器人進(jìn)行操作。按鈕式操作桿中，一是廉價(jià)的游戲操作桿，二是工程機(jī)械和飛行器用操作桿，按鈕式操作桿不宜布置較多的按鈕，而且后者往往價(jià)格昂貴；捆綁式操作主手必須與人手臂捆綁成一體，不但價(jià)格昂貴，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；與從手同構(gòu)主手，同樣也是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且體積較大。
主從式機(jī)械手從事復(fù)雜作業(yè)時(shí)，不但需要通過靈巧操作桿(手)對(duì)機(jī)械手遙操作控制，同時(shí)需要解放人的兩只手從事一些輔助性的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對(duì)主從式機(jī)械手進(jìn)行復(fù)雜作業(yè)的需要，設(shè)計(jì)一種與按鈕式操作桿一樣小巧靈活，采用中空薄膜電位器，多關(guān)節(jié)式的，價(jià)格低廉的主從機(jī)械手操縱用操作桿。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是由基座、尾擺動(dòng)桿、變向擺動(dòng)桿、同向擺動(dòng)桿、頭擺動(dòng)桿、回轉(zhuǎn)桿、按鈕依次首尾聯(lián)接構(gòu)成，聯(lián)接部位為活動(dòng)關(guān)節(jié)，從而構(gòu)成了回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F、擺動(dòng)關(guān)節(jié)E、擺動(dòng)關(guān)節(jié)D、擺動(dòng)關(guān)節(jié)C、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B、按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A；各擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中心位置安裝中空薄膜電位器，按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A內(nèi)裝薄膜開關(guān)；操作桿整體可通過基座上連接孔安裝于操作臺(tái)上。
回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F由基座、空心軸、中空薄膜電位器、尾擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)E由尾擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、變向擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)D由變向擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、同向擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)C由同向擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、頭擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B由頭擺動(dòng)桿尾端、空心軸、中空薄膜電位器、回轉(zhuǎn)桿的首端構(gòu)成，按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A由回轉(zhuǎn)桿的尾端、薄膜按鈕開關(guān)和按紐構(gòu)成。關(guān)節(jié)內(nèi)安裝的中空薄膜電位器型號(hào)相同，關(guān)節(jié)內(nèi)安裝的空心軸也為相同的零件。
構(gòu)成關(guān)節(jié)的部件尾擺動(dòng)桿、變向擺動(dòng)桿、同向擺動(dòng)桿、頭擺動(dòng)桿、回轉(zhuǎn)桿均為標(biāo)準(zhǔn)化零部件；各部件均采用絕緣材料制作；部件內(nèi)部設(shè)有貫通兩端的穿線孔，各部件安裝后，從按紐端至基座端形成貫通整體的線纜通道，可以將線纜束收藏期間，不外露。
構(gòu)成擺動(dòng)關(guān)節(jié)的配合面之間設(shè)阻尼結(jié)構(gòu)?？梢允箶[動(dòng)關(guān)節(jié)部件相對(duì)擺動(dòng)時(shí)，可靠停止在任意位置，位置保持性好；構(gòu)成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部件之間，依靠所選擇的絕緣材料本身摩擦阻尼特性和回轉(zhuǎn)孔和軸之間的配合關(guān)系，可以使轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可靠的停止在任意位置，位置保持性好。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理緊湊，輕便靈活，應(yīng)用操作手感好，位置保持性好；線纜內(nèi)藏安全、簡(jiǎn)潔；并可按需要進(jìn)行多種形式組合，擴(kuò)展使用范圍；這種多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式操作桿，不但應(yīng)用于主從式機(jī)械手遙操作領(lǐng)域，也可以推廣至需要遙控操作的其他領(lǐng)域，如工程機(jī)械、核處理、航天、醫(yī)療等。
四

圖1為本發(fā)明的俯視圖；圖2為本發(fā)明的主視圖；圖3為中空薄膜電位器示意圖。
附圖標(biāo)記1、按紐 2、薄膜按鈕開關(guān) 3、緊定螺釘 4、空心軸 5、回轉(zhuǎn)桿 6、中空薄膜電位器 7頭擺動(dòng)桿 8、擋圈 9、薄螺母 10、同向擺動(dòng)桿 11、密封蓋 12、變向擺動(dòng)桿 13、尾擺動(dòng)桿 14、基座 15、線纜束6-1、薄膜電位器電刷片 6-2、薄膜電位器套 6-3、引出線束A、按紐開關(guān)關(guān)節(jié)，B、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，C、擺動(dòng)關(guān)節(jié)，D、擺動(dòng)關(guān)節(jié)，E、擺動(dòng)關(guān)節(jié)，F(xiàn)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)五具體實(shí)施方式
如圖3所示，中空薄膜電位器的工作原理是中空薄膜電位器的電阻膜，貼在薄膜電位器套6-2的內(nèi)表面，中空薄膜電位器電刷片6-1的底部鑲在空心軸上，中空薄膜電位器電刷片6-1的觸頭在薄膜電位器套6-2內(nèi)的電阻膜上彈性接觸滑動(dòng)，當(dāng)中空薄膜電位器電刷片6-1隨結(jié)構(gòu)零件空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其位置信號(hào)由薄膜電位器套一邊的引出線束輸出。
如圖1、圖2所示本實(shí)施例中，基座14上部設(shè)有與空心軸4配合的孔，并用緊定螺釘將一個(gè)空心軸4與其連接為一體。同時(shí)其上部設(shè)有與尾擺動(dòng)桿13首端回轉(zhuǎn)軸相配合的孔，兩孔同心。
尾擺動(dòng)桿13的首端為與基座14上部的孔配合的回轉(zhuǎn)軸，該端還設(shè)有與中空薄膜電位器套6-2緊配合的孔，可以使薄膜電位器與尾擺動(dòng)桿13連為一體，使薄膜電位器隨其轉(zhuǎn)動(dòng)；尾擺動(dòng)桿13回轉(zhuǎn)軸根部設(shè)環(huán)形槽。用一個(gè)裝于基座14上的銷釘，通過該環(huán)形槽，使尾擺動(dòng)桿13與基座14實(shí)現(xiàn)軸向定位連接，形成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F。
尾擺動(dòng)桿13的尾端為半圓柱結(jié)構(gòu)，半圓柱端設(shè)有空心軸4的支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的安裝孔，兩孔同心；而且尾端半圓柱中心平面上設(shè)有環(huán)形槽，槽內(nèi)安裝橡膠O形圈。
變向擺動(dòng)桿12，其首尾兩端均為半圓柱體結(jié)構(gòu)，兩半圓柱體中心平面扭轉(zhuǎn)90度，且兩半圓柱體外端面均加工成半圓形；其首端半圓柱體中心平面設(shè)有空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個(gè)扁螺母和一個(gè)安裝于空心軸4上的擋圈，與變向擺動(dòng)桿12連成一體；同時(shí)該端還設(shè)有支承安裝于尾擺動(dòng)桿13尾端的中空電位器套6-2的孔。
變向擺動(dòng)桿12首端通過固結(jié)其上的空心軸4，插入尾擺動(dòng)桿13尾端的空心軸支承孔，用一個(gè)安裝于空心軸上的擋圈，與擺動(dòng)桿13尾端連接，形成擺動(dòng)關(guān)節(jié)E變向擺動(dòng)桿12的尾端半圓柱體中心平面設(shè)有空心軸支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的孔，兩孔同心；一個(gè)中空薄膜電位器6與其連成一體；并且該端半圓柱體中心平面設(shè)有環(huán)形槽，槽內(nèi)安裝橡膠O形圈。
同向擺動(dòng)桿10的首尾兩端也為半圓柱體結(jié)構(gòu)，其兩端半圓柱體扭轉(zhuǎn)180度，且兩半圓柱體外端面均加工成半圓形；其首端半圓柱體中心平面設(shè)有一個(gè)空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個(gè)扁螺母和一個(gè)安裝于空心軸4上的擋圈，與同向擺動(dòng)桿10連成一體；同時(shí)設(shè)有支承安裝于變向擺動(dòng)桿12尾端的中空電位器套6-2的孔。
同向擺動(dòng)桿10首端通過固結(jié)其上的空心軸4，插入變向擺動(dòng)桿12尾端的空心軸支承孔，用一個(gè)安裝于空心軸上的擋圈，與變向擺動(dòng)桿12尾端連接，形成擺動(dòng)關(guān)節(jié)D。
同向擺動(dòng)桿10的尾端半圓柱體中心平面設(shè)有空心軸支承孔，和固定中空薄膜電位器套6-2的孔，兩孔同心；一個(gè)中空薄膜電位器6與其連成一體；并且該端半圓柱體中心平面設(shè)有環(huán)形槽，槽內(nèi)安裝橡膠O形圈。
頭擺動(dòng)桿7的首端也是半圓柱體結(jié)構(gòu)，其半圓柱外端面加工成半圓形；半圓柱體中心平面設(shè)有一個(gè)空心軸4安裝孔，空心軸4通過一個(gè)扁螺母和一個(gè)安裝于空心軸4上的擋圈，與頭擺動(dòng)桿7連成一體；同時(shí)設(shè)有支承安裝于同向擺動(dòng)桿10尾端的中空電位器套6-2的孔。
頭擺動(dòng)桿7通過其上的空心軸4，插入同向擺動(dòng)桿10的空心軸支承孔，用一個(gè)安裝于空心軸上的擋圈，與同向擺動(dòng)桿10實(shí)現(xiàn)連接，形成擺動(dòng)關(guān)節(jié)C。
頭擺動(dòng)桿7尾端設(shè)有與半圓柱體同軸的半軸，半軸與回轉(zhuǎn)桿5首端的孔配合；半軸內(nèi)設(shè)有與半軸同心的空心軸4支承孔和中空薄膜電位器套6-2的安裝孔，分別支承空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)和固定安裝中空薄膜電位器；半軸外設(shè)有環(huán)形槽，頭擺動(dòng)桿7尾端通過該槽和安裝于回轉(zhuǎn)桿5上的一個(gè)緊定螺釘，與回轉(zhuǎn)桿5首端實(shí)現(xiàn)軸向定位連接，形成回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B。
回轉(zhuǎn)桿5首端，還設(shè)有一個(gè)空心軸4的固定安裝孔；用緊定螺釘將空心軸與其連為一體；回轉(zhuǎn)桿5的尾端設(shè)有安裝薄膜按紐開關(guān)和按紐1的結(jié)構(gòu)，形成按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A。
由于基座14和尾擺動(dòng)桿13、頭擺動(dòng)桿7和回轉(zhuǎn)桿5的絕緣材料本身的阻尼特性和他們之間軸和孔的配合特性，使回轉(zhuǎn)桿5繞頭擺動(dòng)桿7半軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是有阻尼運(yùn)動(dòng)；由于尾擺動(dòng)桿13和變向擺動(dòng)桿12、變向擺動(dòng)桿12和同向擺動(dòng)桿10、同向擺動(dòng)桿10和頭擺動(dòng)桿7之間均設(shè)有橡膠O形圈，它們之間的擺動(dòng)是有阻尼運(yùn)動(dòng)；有阻尼運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，可使各桿件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可靠地停止在任意一個(gè)位置，使操作桿關(guān)節(jié)具有良好位置保持性。
各部件內(nèi)部均設(shè)有貫通兩端的穿線孔，整體安裝后，其各部件內(nèi)的穿線孔與空心軸內(nèi)孔可以形成整體貫通的線纜束通道，可以將線纜束15完全收藏于結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使操作桿外觀簡(jiǎn)潔，也不會(huì)因線纜造成操作桿關(guān)節(jié)部件之間的運(yùn)動(dòng)干涉及掛碰等意外事故。且各擺動(dòng)關(guān)節(jié)外用密封蓋11密封，使操作桿內(nèi)部形成密封腔體，避免外部環(huán)境對(duì)內(nèi)部電器元件污染。
所有部件，除了安裝于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空心軸外，均采用絕緣材料制成，可使人手與關(guān)節(jié)內(nèi)部電器元件絕緣，避免人手對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)電位器輸入輸出電信號(hào)的干擾。
結(jié)構(gòu)中，關(guān)節(jié)部件尾擺動(dòng)桿13，變向擺動(dòng)桿12，同向擺動(dòng)桿10，頭擺動(dòng)桿7，回轉(zhuǎn)桿5，空心軸4，均為標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)部件，而且擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中均安裝相同型號(hào)的中空薄膜電位器6，因此可以根據(jù)所需控制的從手的結(jié)構(gòu)形式和作業(yè)特點(diǎn)，采用以上各類標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)節(jié)部件，組合成不同關(guān)節(jié)形式和不同關(guān)節(jié)數(shù)量的操作桿。
操作桿整體結(jié)構(gòu)近似圓柱形，小巧輕便，適宜人手握持和進(jìn)行操作。當(dāng)人手握持操作桿操作時(shí)，可以靈活驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F中的部件尾擺動(dòng)桿13相對(duì)基座14轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器套轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器輸出一組位置信號(hào)，來控制從手相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；可以驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)關(guān)節(jié)E中的部件變向擺動(dòng)桿12相對(duì)于尾擺動(dòng)桿13擺動(dòng)，并帶動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)的空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器輸出一組位置信號(hào)，來控制從手相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；可以驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)關(guān)節(jié)D中的部件同向擺動(dòng)桿10相對(duì)于變向擺動(dòng)桿12擺動(dòng)，并帶動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)的空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器輸出一組位置信號(hào)，來控制從手相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；可以驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)關(guān)節(jié)C中的部件頭擺動(dòng)桿7相對(duì)于同向擺動(dòng)桿10擺動(dòng)，并帶動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)的空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器輸出一組位置信號(hào)，來控制從手相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；可以驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B中的回轉(zhuǎn)部件5相對(duì)于頭擺動(dòng)桿7回轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)關(guān)節(jié)內(nèi)的空心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)內(nèi)的中空薄膜電位器輸出一組位置信號(hào)，來控制從手相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)；按下按鈕開關(guān)關(guān)節(jié)A中的按鈕1可以觸動(dòng)薄膜按鈕開關(guān)發(fā)出一個(gè)開關(guān)信號(hào)，來控制從手上相應(yīng)裝置(如手爪)的運(yùn)動(dòng)。人手握持操作桿操作時(shí)，可以操縱單個(gè)關(guān)節(jié)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，也可同時(shí)操縱多個(gè)關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)。
本發(fā)明采用中空薄膜式電位器，及絕緣材料，研制了一種外觀簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)輕巧靈活，適宜人手操作的，串聯(lián)式多關(guān)節(jié)操作桿，不僅適用于主從式機(jī)械手操作，更適合于面對(duì)復(fù)雜作業(yè)人機(jī)結(jié)合作業(yè)的要求，還可以廣泛應(yīng)用于航天，危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境機(jī)器人，工程機(jī)械，醫(yī)療等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.多關(guān)節(jié)操作桿，其特征為由基座、尾擺動(dòng)桿、變向擺動(dòng)桿、同向擺動(dòng)桿、頭擺動(dòng)桿、回轉(zhuǎn)桿、按鈕依次首尾聯(lián)接構(gòu)成，聯(lián)接部位為活動(dòng)關(guān)節(jié)；從而構(gòu)成了回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F、擺動(dòng)關(guān)節(jié)E、擺動(dòng)關(guān)節(jié)D、擺動(dòng)關(guān)節(jié)C、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B、按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A；各擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中心位置安裝中空薄膜電位器，按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A內(nèi)裝薄膜開關(guān)；整體機(jī)構(gòu)可通過基座上連接孔安裝于操作臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)操作桿，其特征為所述的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F由基座、空心軸、中空薄膜電位器、尾擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)E由尾擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、變向擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)D由變向擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、同向擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，擺動(dòng)關(guān)節(jié)C由同向擺動(dòng)桿的尾端、空心軸、中空薄膜電位器、頭擺動(dòng)桿的首端構(gòu)成，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B由頭擺動(dòng)桿尾端、空心軸、中空薄膜電位器、回轉(zhuǎn)桿的首端構(gòu)成，按紐開關(guān)關(guān)節(jié)A由回轉(zhuǎn)桿的尾端、薄膜按鈕開關(guān)和按紐構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)操作桿，其特征為構(gòu)成關(guān)節(jié)的部件除空心軸外，各部件均采用絕緣材料制作；部件內(nèi)部設(shè)有貫通兩端的穿線孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)操作桿，其特征為所述的擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的配合面之間設(shè)阻尼結(jié)構(gòu)和選擇配合關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)阻尼效果。
全文摘要
本發(fā)明涉及主從機(jī)械手操作主手領(lǐng)域，尤其是一種多關(guān)節(jié)操作桿。由基座、尾擺動(dòng)桿、變向擺動(dòng)桿、同向擺動(dòng)桿、頭擺動(dòng)桿、回轉(zhuǎn)桿，按鈕依次首尾聯(lián)接構(gòu)成，聯(lián)接部位為活動(dòng)關(guān)節(jié)，從而構(gòu)成了回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)F、擺動(dòng)關(guān)節(jié)E、擺動(dòng)關(guān)節(jié)D、擺動(dòng)關(guān)節(jié)C、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B、按鈕開關(guān)關(guān)節(jié)A；各擺動(dòng)和回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中心位置安裝中空薄膜電位器，按鈕開關(guān)關(guān)節(jié)A內(nèi)裝薄膜開關(guān)；操作桿整體可通過基座上連接孔安裝于操作臺(tái)上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理緊湊，輕便靈活，應(yīng)用操作手感好，位置保持性好；線纜內(nèi)藏安全、簡(jiǎn)潔；并可按需要進(jìn)行多種形式組合，擴(kuò)展使用范圍；這種多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式操作桿，不但應(yīng)用于主從式機(jī)械手遙操作領(lǐng)域，也可以推廣至需要遙控操作的其他領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J17/02GK1836852SQ20051004257
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者朱蘇寧, 戴炬 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)