一种电阻自感知力和位移的SMA丝驱动夹持器

本发明涉及夹持器领域，特别是涉及一种电阻自感知力和位移的SMA丝驱动夹持器。

背景技术

夹持器是一种夹住物体进而操控物体的设备，它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体，被广泛应用于农业工程、机械工程、控制科学与工程、生物医学工程以及仪器科学与技术等领域。

目前，夹持器驱动方式主要有电机驱动、液压驱动及气动驱动等，虽然控制精度较高，但存在结构复杂、质量体积较大以及成本高等缺点。此外，在一些对夹持力、位移要求比较高的场合，需要各种各样的传感器去实时监测夹持力与位移，加大成本的同时使结构更加复杂化。

因此，有必要开发出一种结构简单、性能优异的新型驱动方式驱动的夹持器，同时可以监测夹持过程中的夹持力与位移。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电阻自感知力和位移的SMA丝驱动夹持器。该装置可以通过电阻测量实现实时监测夹持力和位移的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电阻自感知力和位移的SMA丝驱动夹持器主要由机架导轨部件、通电端部件、弹簧、SMA丝、锁紧环、固定端部件、移动端部件以及测量端部件组成。

所述机架导轨部件主要由T型支架和导轨组成。其中，导轨通过螺纹连接安装在T型支架较长的一端，T型支架较短的一端可以通过螺纹连接安装固定在任何需要的位置上。

所述通电端部件主要由滑块、平行四边形支架以及4个铜片组成。其中，平行四边形支架通过螺纹连接安装在滑块上，4个铜片两两重叠布置安装在平行四边形支架凹槽中，铜片间放置SMA丝，采用螺纹连接夹紧铜片同时将铜片固定在平行四边形支架上，并将通电导线连接于夹紧铜片的螺栓上，以便通过信号采集与控制装置给SMA丝通电、对SMA丝运动进行控制以及实时采集SMA丝电阻值，通过电阻值可以确定夹持器的夹持力和位移。

所述固定端部件主要由滑块、三角形支架、力传感器以及夹持上端组成。其中，三角形支架通过螺纹连接安装在滑块上，力传感器放置在三角形支架和夹持上端凹槽内并通过螺纹连接紧固，当夹持物体时可以实时测量夹持力。

所述移动端部件主要由滑块、夹持下端、平行四边形支架以及2个滑轮组成。其中，夹持下端和平行四边形支架通过螺纹连接安装在滑块上，2个滑轮通过螺纹连接固定在平行四边形支架上，当SMA丝安装时，中间部分放置在两个滑轮凹槽内，可有效减少SMA丝工作过程中的摩擦。

所述测量端部件主要由滑块、L型支架以及激光位移传感器组成。其中，L型支架较短的一端通过螺纹连接固定在滑块上，激光位移传感器通过螺纹连接安装在L型支架较长的一端上，当夹持物体时可以实时测量夹持位移。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图

图2为本发明机架导轨部件结构示意图

图3为本发明通电端部件结构示意图

图4为本发明固定端部件结构示意图

图5为本发明移动端部件结构示意图

图6为本发明测量端部件结构示意图

图7为本发明工作流程示意图

其中：A、机架导轨部件；B、通电端部件；C、固定端部件；D、移动端部件；E、测量端部件；1、T型支架；2、导轨；3、滑块；4、弹簧；5、滑块；6、滑块；7、滑块；8、锁紧环；9、平行四边形支架；10、铜片；11、锁紧环；12、SMA丝；13、锁紧环；14、三角形支架；15、力传感器；16、夹持上端；17、锁紧环；18、夹持下端；19、滑轮；20、平行四边形支架；21、锁紧环；22、激光位移传感器；23、L型支架；24、锁紧环。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明：

参照图1，本装置为一种电阻自感知力和位移的SMA丝驱动夹持器，其主要由机架导轨部件(A)、通电端部件(B)、弹簧(4)、SMA丝(12)、锁紧环(8、11、13、17、21、24)、固定端部件(C)、移动端部件(D)以及测量端部件(E)组成。

参照图1、图2，机架导轨部件(A)主要由T型支架(1)和导轨(2)组成，导轨(2)通过螺纹连接安装在T型支架(1)较长的一端，T型支架(1)较短的一端加工有4个通孔，可以通过螺纹连接安装固定在任何需要的位置上。

参照图1、图3，通电端部件(B)主要由滑块(7)、平行四边形支架(9)以及4个铜片(10)组成，滑块(7)与平行四边形支架(9)通过螺纹连接固定在一起，4个铜片(10)两两重叠放置于平行四边形支架(9)凹槽内，通过螺纹连接可将铜片(10)夹紧并固定于平行四边形支架(9)凹槽内。

参照图1、图4，固定端部件(C)主要由滑块(6)、三角形支架(14)、力传感器(15)以及夹持上端(16)组成，将力传感器(15)放置于三角形支架(14)侧面的四个爪之间，采用螺纹连接将力传感器(15)紧固在三角形支架(14)上，重复同样的方式，将力传感器(15)紧固在夹持上端(16)上，再通过螺纹连接将三角形支架(14)固定在滑块(6)上。

参照图1、图5，移动端部件(D)主要由滑块(5)、夹持下端(18)、平行四边形支架(20)以及2个滑轮(19)组成，将2个滑轮(19)通过螺纹连接固定在平行四边形支架(20)上，之后将平行四边形支架(20)与夹持下端(18)分别通过螺纹连接固定于滑块(5)上，滑块(5)两个侧面上各加工一个螺纹孔，可以通过螺纹连接固定弹簧(4)的钩环。

参照图1、图6，测量端部件(E)主要由滑块(3)、L型支架(23)以及激光位移传感器(22)组成，将激光位移传感器(22)通过螺纹连接固定于L型支架(23)上，再将L型支架(23)通过螺纹连接固定于滑块(3)上，滑块(3)两个侧面上各加工一个螺纹孔，可以通过螺纹连接固定弹簧(4)的钩环。

参照图1、图7，首先，将机架导轨部件(A)、通电端部件(B)、固定端部件(C)、移动端部件(D)以及测量端部件(E)分别装配完成；然后，将机架导轨部件(A)放置于平整的实验台上，依次将锁紧环(24)、测量端部件(E)、锁紧环(21)、移动端部件(D)、锁紧环(17)、固定端部件(C)、锁紧环(13)、锁紧环(11)、通电端部件(B)以及锁紧环(8)安装于导轨(2)上；之后，将通电端部件(B)移动到导轨(2)偏上端位置，将上下锁紧环(8、11)的锁紧螺栓拧紧，将通电端部件(B)固定在导轨(2)上；然后，在通电端部件(B)的平行四边形支架(9)上的两两重叠的铜片(10)之间安装SMA丝(12)，通过螺纹连接夹紧2对铜片(10)并将铜片(10)紧固在平行四边形支架(9)的凹槽内，同时将连接信号采集与控制装置的通电导线连接于夹紧铜片(10)的螺栓上；之后，将SMA丝(12)中间部分安装在移动端部件(D)的平行四边形支架(20)上的2个滑轮(19)凹槽内；之后，将4个螺栓分别安装在滑块(3)、滑块(5)侧面的螺纹孔内，将2个弹簧(4)的钩环分别挂在螺栓上；然后，再调整测量端部件(E)位置，考虑到激光位移传感器(22)量程、SMA丝(12)通电收缩致使移动端部件(D)移动的最大距离以及激光位移传感器(22)工作时激光照在移动端部件(D)中平行四边形支架(20)中间的平面上，故固定测量端部件(E)时应保证激光位移传感器(22)距离平行四边形支架(20)中间的平面为20mm，调整好位置之后，将上下锁紧环(21、24)的锁紧螺栓拧紧，将测量端部件(E)固定在导轨(2)上；最后，固定端部件(C)的夹持上端(16)与移动端部件(D)的夹持下端(18)平面之间的距离可根据夹持物体尺寸、形状对固定端部件(C)位置进行调整，调整之后将锁紧环(13、17)的锁紧螺母拧紧，便于夹紧物体以及固定端部件(C)中的力传感器(15)测量夹持力。本发明利用SMA丝(12)通电收缩并可以产生较大的收缩力特性来夹持物体，装置可通过螺纹连接安装在不同位置，依靠弹簧(4)可以有效减少SMA丝(12)断电时的回复时长，通过控制装置调整通电电压、占空比可以更改SMA丝(12)的工作状态，信号采集装置可以实时采集SMA丝(12)的电阻，可以根据电阻值的变化监测SMA丝(12)的状态进而判断装置的夹持力与位移，而不需要其它外置传感器，使装置具备自感知功能，同时，与期望夹持力和位移作比较，再反馈给控制装置，可进一步通过更改电压、占空比来调节夹持力和位移，达到所需要的夹持力和位移，通过力传感器(15)以及激光位移传感器(22)可以实时测量出装置的夹持力和位移，这里的力传感器(15)和激光位移传感器(22)的作用是为了验证电阻自感知功能的准确性。