遥操作机械手及其线缆转接结构、遥操作设备的制作方法

1.本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种遥操作机械手及其线缆转接结构、遥操作设备。


背景技术：

2.遥操作机器人作为机器人的一个重要分支，一直受到许多研究机构和研究人员的关注和重视。遥操作机器人一般指在人的操纵下能在人难以接近的环境中完成复杂操作的一种远距离操作机器人，其主要应用于航空、医疗、救援、工业等众多领域。遥操作机器人包括主机械手和从机械手，操纵者通过手动操控主机械手，可使从机械手跟随主机械手的动作运动以进行任务操作，同时从机械手的工作状态可实时反馈至主机械手上以让操纵者感知，方便操纵者做出正确决策。
3.现有的遥操作机器人的机械手，包括固定座、转台和若干机械臂关节，转台可相对固定座转动，若干机械臂关节自转台依次连接并各自具有一定的自由度。主机械手的主控板设置于固定座中，并自主控板向机械臂的末端关节之间的每个电子部件都需要电连接和走线。
4.其中，固定座与转台之间，由于所有机械臂关节的线束都需要从这里经过，这里线束是最密集的，而同时转台与固定座之间需要相对运动，因此，转台与固定座之间的线束很容易对二者之间的各部件的运动造成干扰。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种遥操作机械手的线缆转接结构，旨在解决转台与固定座之间的线束很容易对二者之间的各部件的运动造成干扰的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出的遥操作机械手的线缆转接结构，包括安装支架和线缆转接板，线缆转接板包括总线接口和若干线缆接口，安装支架包括安装框和由安装框的一侧竖直向下延伸的束线条，线缆转接板安装在安装框上。
7.其中，束线条的两长侧边分别构造有至少一个凹口。
8.其中，安装框的中央区域镂空，其边缘区域设有若干可供连接件穿过的第一通孔。
9.其中，安装框所镂空的中央区域包括与线缆转接板正对的区域和与线缆转接板错开的区域。
10.本实用新型进一步提出一种遥操作机械手，包括上述的遥操作机械手的线缆转接结构。
11.其中，遥操作机械手还包括转台，安装支架设置于转台的下方，并与转台连接。
12.其中，遥操作机械手还包括固定座、转台转轴和主控板；
13.转台转轴包括固定轴以及转动套设于固定轴上的转动轴，固定轴与固定座连接，转动轴与转台连接；
14.主控板设置在固定座中，且位于固定轴的下方。
15.其中，固定轴沿轴线设有贯通其底端的中空腔体，固定轴沿径向设有第二通孔，转动轴沿径向设有第三通孔，中空腔体、第二通孔、第三通孔相连通构成走线通道；线缆转接结构位于转动轴设有第三通孔的一侧。
16.本实用新型进一步提出一种遥操作设备，包括从机械手和上述的遥操作机械手，所述遥操作机械手与所述从机械手通信连接。
17.本实用新型线缆转接结构的技术方案，采用线缆转接板将若干路线缆的信号传输转接为一路总信号线进行传输，采用安装支架对线缆转接板进行固定和安装。将本线缆转接结构在遥操作机械手的固定座与转台之间使用，可将主控板与遥操作机械手的各关节的电子部件的信号走线，转接为总线的方式进行走线，这样，大幅减少转台与固定座之间的线束数量，有效的解决转台与固定座之间的线束很容易对二者之间的各部件的运动造成干扰的问题。
附图说明
18.图1为本实用新型一实施例中的遥操作机械手的线缆转接结构的结构示意图；
19.图2为图1实施例中的安装支架的结构示意图；
20.图3为本实用新型一实施例中的遥操作机械手的结构示意图；
21.图4为图3实施例中的遥操作机械手的部分结构示意图；
22.图5为图4实施例中的转台转轴的结构示意图；
23.图6为图4实施例所示结构的纵截面示意图；
24.图7为图4实施例中的转动轴的结构示意图；
25.图8为图6实施例中线缆的走线路径的示意图。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
29.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求
的保护范围之内。
30.遥操作系统，也可以叫做遥操作设备、力反馈系统，或力反馈设备，它是一种至少由主机械手和从机械手组成的远程操控设备。其中，主机械手供用户手动操作，可以设置在任何不妨碍其运动的环境中，主机械手至少具有3个自由度以实现末端关节的移动。从机械手与主机械手分体，是具有独立作业能力的机械手设备，与主机械手配合后主要作为随主机械手的操控指令而作业的角色，从机械手一般设置于工作现场。
31.主机械手与从机械手，在总体形态上，可以采用大致相同的结构。比如在一种情况下，主机械手具有底座、若干关节和手柄；每两个关节之间通过关节臂连接，其中，若干关节可以包括相对底座可水平转动的转台、第一关节（相对底座在某一平面上下摆动）、第二关节（相对第一关节在另一平面上摆动或转动），或者包括六个关节、七个关节等形态；手柄作为供用户操控（可采用比如握持的接触方式）的一端，设置于若干关节中的末端关节，能够在用户的操控动作下运动。从机械手也同样具有底座、若干关节，以及设置于末端关节的末端执行器，其中底座、若干关节可采用与主机械手一致的构造，比如关节构型、相对运动方式、自由度都完全一致，只有末端执行器的构型与手柄不同。以上所说的主机械手与从机械手的形态大致相同，主要指机械臂这部分结构一致。
32.主机械手与从机械手，在总体形态上，也可以采用异构的形式。比如在一种情况下，从机械手采用常见的六轴协作机器人。而主机械手则具有底座、设置于底座上的串联的六个关节和手柄；每两个关节之间通过关节臂连接。其中，第一关节可水平转动（也可称为转台）、第二关节的关节臂可相对第一关节在竖直平面内摆动或转动，第三关节的关节臂可相对第二关节在竖直平面内摆动或转动，第四关节可绕第三关节的关节臂转动，第五关节的转轴与第四关节的转轴垂直，第六关节可绕第五关节的关节臂转动。在这种情况下，主机械手与从机械手在机械臂这部分的结构不同，以致于主机械手的末端关节上连接的手柄呈现方便握持动作的姿态，而从机械手的末端执行器则呈便于作业的姿态。
33.主机械手与从机械手之间如何实现交互：主机械手与从机械手之间可通过线缆连接通信，或者采用远程无线通信方式，用户操控手柄动作，反应到主机械手的各关节数据，传输至从机械手，从机械手通过比例映射法、位置-速度映射法、工作空间分块映射法等空间映射方法，将主机械手的手柄的笛卡尔空间位姿转换为从机械手的末端执行器的笛卡尔空间位姿以执行相应动作。从机械手在执行动作过程中，力感知或触觉等感觉传感器所感应的数据信息，同样反馈到主机械手，主机械手通过各关节电机驱动手柄动作使用户获得力感知。
34.本实用新型主要针对其中主机械手的结构进行改造优化，本文本中所提及的机械手均主要指代主机械手，但是不可排除的是，存在部分情况下，从机械手与主机械手采用相同构造，因此本实用新型也可能同样适用于采用同类构造的其他机械手，其中包括从机械手。
35.本实用新型提出一种遥操作机械手的线缆转接结构。
36.参阅图1，图1是本实用新型一实施例中的遥操作机械手的线缆转接结构的结构示意图。
37.在本实施例中，该遥操作主机械手的线缆转接结构包括安装支架10和安装于安装支架10上的线缆转接板20；该线缆转接板20包括总线接口22和若干线缆接口21。
38.遥操作机械手中使用本实施例的线缆转接板20时，每个线缆接口21均连接一路电子部件的信号线（可以是电机、编码器或其它器件的接线），总线接口22连接一路总信号线（可以是连接到遥操作机械手的主控板的主控信号线）。在一些实施例中，总线接口22与各个线缆接口21的关系为：总线接口22具有多组引脚，每一组引脚（一个或多个引脚）对应与一线缆接口21连接导通。
39.本实施例的线缆转接结构，采用线缆转接板20将若干路线缆的信号传输转接为一路总信号线进行传输，采用安装支架10对线缆转接板20进行固定和安装。将本实施例的线缆转接结构在遥操作机械手的固定座与转台之间使用，可将主控板与遥操作机械手的各关节的电子部件的信号走线，转接为总线的方式进行走线，这样，大幅减少转台与固定座之间的线束数量，有效的解决转台与固定座之间的线束很容易对二者之间的各部件的运动造成干扰的问题。
40.结合参阅图1和图2，图2是图1实施例中的安装支架10的结构示意图。
41.在本实施例中，安装支架10包括安装框11和由安装框11的一侧竖直向下延伸的束线条12，线缆转接板20安装在安装框11上。束线条12用来对线缆转接板20上连接引出的总信号线固定，通过束线条12对总信号线的固定，防止总信号线靠近线缆转接板20的这部分晃动，保障总信号线与线缆转接板20的总线接口22的连接稳定性。在一些实施例中，采用束线带将总信号线捆绑在束线条12上。
42.在一些实施例中，束线条12的两长侧边分别构造有至少一个凹口121。凹口121对捆绑总信号线的束线带或其它捆绑件限位，防止束线带或其它捆绑件在捆绑总信号线后向下滑动脱离束线条12，使对总信号线的固定牢靠。
43.在一些实施例中，束线条12的两长边侧上的凹口121对位设置，以对束线带或其它捆绑件更好的限位。
44.在一些实施例中，安装框11的中央区域s镂空，其边缘区域设有若干可供连接件穿过的第一通孔k1。其中，部分第一通孔k1用于供连接件（例如螺钉）穿过以将线缆转接板20固定在安装框11上，部分第一通孔k1用于供连接件穿过对安装框11进行安装固定。安装框11采用中央区域s镂空，可避免安装框11与线缆转接板20的电路区域部分接触而造成故障或干扰的情况发生，且有利于线缆转接板20的散热。
45.在一些实施例中，安装框11所镂空的中央区域s包括与线缆转接板20正对的区域和与线缆转接板20错开的区域s1。安装框11上与线缆转接板20错开的区域s1，可供背对线缆转接板20那一侧的信号线直接从该错开的区域s1穿过，使信号线无需从安装框11的外侧绕过来与线缆转接板20连接，更加方便信号线与线缆转接板20的连接。
46.本实用新型还提出一种遥操作机械手。
47.参阅图3，图3是本实用新型一实施例中的遥操作机械手的结构示意图。
48.在本实施例中，该遥操作机械手1包括线缆转接结构，该线缆转接结构的具体结构参照上述实施例。由于本遥操作机械手1采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果的技术效果，在此不再一一赘述。
49.在一些实施例中，遥操作机械手1包括一个线缆转接结构。
50.在一些实施例中，遥操作机械手1包括多个线缆转接结构。
51.参阅图4，图4是图3实施例中的遥操作机械手的部分结构示意图。
52.在本实施例中，遥操作机械手1还包括转台100，安装支架10设置于转台100的下方，并与转台100连接。安装支架10可通过螺钉与转台100连接固定，或通过其它固定方式与转台100连接固定。安装支架10连接在转台100的下方，转台100上方的各关节的电子部件的信号线穿过转台100后，各信号线分别对应连接线缆转接板20的各个线缆接口21，经线缆转接板20的总线接口22连接总信号线传输。
53.结合参阅图4和图5，图5是图4实施例中的转台转轴的结构示意图。
54.在本实施例中，遥操作机械手1还包括固定座200、转台转轴300和主控板；其中，转台转轴300包括固定轴310以及转动套设于固定轴310上的转动轴320，固定轴310与固定座200连接，转动轴320与转台100连接；主控板设置在固定座200中，且位于固定轴310的下方。线缆转接板20的总线接口22经总信号线连接到固定座200中的主控板。
55.结合参阅图5至图8，图6是图4实施例所示结构的纵截面示意图；图7是图4实施例中的转动轴320的结构示意图；图8是图6实施例中线缆的走线路径的示意图。
56.在本实施例中，固定轴310沿轴线设有贯通其底端的中空腔体q1，固定轴310沿径向设有第二通孔k2，转动轴320沿径向设有第三通孔k3，中空腔体q1、第二通孔k2、第三通孔k3相连通构成走线通道。主控板与线缆转接板20之间的总信号线的走线路径l为：总信号线的一端连接线缆转接板20的总线接口22，另一端沿安装支架10的束线条12向下，然后，依次穿过第三通孔k3、第二通孔k2进入中空腔体q1中，再沿中空腔体q1从固定轴310的底端伸出以连接到主控板上。遥操作机械手1的线缆转接板20与主控板之间的总信号线采用在固定轴310的内部走线，进一步降低了总信号线对转台100与固定座200之间的其它部件的运动干扰。
57.在一些实施例中，固定轴310沿径向设有多个第二通孔k2，转动轴320沿径向设有多个第三通孔k3。
58.在一些实施例中，线缆转接结构位于转动轴320设有第三通孔k3的一侧。即线缆转接结构靠近第三通孔k3设置，使总信号线设置更方便。并且，由于线缆转接结构连接设置在转台100下方，随转台100一起转动，而转台100随转动轴320一起转动，因此，线缆转接结构是跟随转动轴320同步转动的，线缆转接结构与第三通孔k3的相对位置不会改变，减小了总信号线对转动轴320转动的干扰。
59.在一实施例中，固定座200中设有容纳腔q2，主控板安装在容纳腔q2中，固定轴310的中空腔体q1与容纳腔q2连通。
60.本实用新型还提出一种遥操作设备，包括从机械手和遥操作机械手1，遥操作机械手1与从机械手或机械臂之间通信连接。该遥操作机械手1的具体结构参照上述实施例。由于本遥操作设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果的技术效果，在此不再一一赘述。
61.以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。