遥操作机械手及其末端走线结构、遥操作设备的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种遥操作机械手及其末端走线结构、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。
3.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。
4.现有的主机械手通常包括有底座、转台、大臂、小臂及末端机构，其中，末端机构中的关节电机等用电部件和操控组件的线缆都在末端机构外部走线，并沿着小臂的方向布置，十分杂乱。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提出一种遥操作机械手的末端走线结构，旨在解决目前遥操作机械手末端机构外部走线，走线杂乱的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出一种遥操作机械手的末端走线结构，该遥操作机械手的末端走线结构包括：
7.第一壳体，第一壳体包括一侧与遥操作机械手的小臂对接的小臂对接部和位于小臂对接部另一侧的连接部；
8.第二壳体，第二壳体与第一壳体转动连接，第二壳体和第一壳体设有相连通的走线通道。
9.其中，连接部为相对设置的两个，第二壳体位于两连接部之间。
10.其中，走线通道包括构造于第二壳体的一端的第一过线口、位于连接部中的走线腔和构造于小臂对接部上的第二过线口，第一过线口与走线腔及第二过线口连通。
11.其中，第二壳体中设有与两连接部转动连接的转轴；
12.走线通道还包括构造于转轴上的第三过线口和第一走线孔，第一走线孔沿转轴的轴向设置并贯穿转轴的至少一端，第三过线口沿转轴的径向设置并与第一走线孔连通。
13.其中，第一走线孔贯穿转轴的第一端；
14.转轴的第一端连接有第一传动轮，走线通道还包括沿第一传动轮的轴线构造的第二走线孔，第二走线孔与第一走线孔对接连通。
15.其中，与转轴的第一端对接的连接部内设有第一电机和第二传动轮，第一电机垂直于转轴，第一传动轮和第二传动轮为锥齿轮副。
16.其中，与转轴的第二端对接的连接部内设有第一编码器；
17.第一编码器的码盘相对固定于转轴，第一编码器的读头相对固定于连接部。
18.其中，与转轴的第二端对接的连接部内还设有第一线缆转接板；
19.第一编码器与第一线缆转接板电连接；
20.第一线缆转接板还可用于连接自对侧的连接部经过的第一线束，以及自小臂对接部经过的第二线束。
21.其中，第一线束包括连接至第一电机的第三线束，以及连接至第二壳体中的第四线束。
22.其中，第二壳体中沿远离小臂对接部的方向依次设有第二电机、第二线缆转接板、第一电机安装座、第二编码器、第一轴承安装座和第一转接轴；
23.第一轴承安装座套设于第一转接轴上，且二者之间设有第一轴承，第一转接轴与第二电机的输出轴连接；
24.第二线缆转接板分别与第四线束、第二电机、第二编码器、以及经过第一过线口的第五线束电连接；
25.走线通道还包括分别设置于第一电机安装座、第一轴承安装座和第一转接轴上的第四过线口，第四过线口与第一过线口、第三过线口连通。
26.其中，
27.小臂对接部中沿朝向第二壳体的方向依次设有第三电机、第三线缆转接板、第二电机安装座、第三编码器、第二轴承安装座和第二转接轴；
28.第二轴承安装座套设于第二转接轴上，且二者之间设有第二轴承，第二转接轴与第三电机的输出轴连接；
29.第三线缆转接板分别与第三电机、第三编码器、第二线束、以及经过第二过线口的第六线束电连接；
30.走线通道还包括分别设置于第二电机安装座、第二轴承安装座和第二转接轴上的第五过线口，第五过线口与第二过线口、走线腔连通。
31.本实用新型还公开一种遥操作机械手，该遥操作机械手包括前述记载的遥操作机械手的末端走线结构。
32.本实用新型还公开一种遥操作设备，该遥操作系统包括从机械手和前述记载的遥操作机械手，遥操作机械手与从机械手通信连接。
33.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果在于：
34.在本实用新型遥操作机械手的末端走线结构中，关节电机等用电部件和操控组件的线缆均通过第二壳体和第一壳体中的走线通道走线，走线整洁。
附图说明
35.图1为本实用新型一实施例中末端走线结构的结构示意图；
36.图2为本实用新型一实施例中末端走线结构的爆炸图；
37.图3为图2实施例中转轴及第一传动轮的结构示意图；
38.图4为图2实施例中第一壳体的爆炸图；
39.图5为图2实施例中第二壳体的爆炸图；
40.图6为本实用新型一实施例中遥操作机械手的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
42.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。
43.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，若干关节中的末端关节，其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。
44.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。
45.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，用户操控主机械手末端的手柄动作，反应到主机械手的各关节数据，再通过比例映射法、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位姿转换为从机械手的末端执行器的位姿，并通过从机械手的运动学逆方程确定从机械手各关节的运动，从而实现对从机械手的运动控制，使从机械手的末端执行器执行相应动作。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。
46.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。
47.参照图1，图1为本实用新型一实施例中遥操作机械手的末端走线结构的结构示意图：
48.本实用新型提出一种遥操作机械手的末端走线结构，该遥操作机械手的末端走线结构包括：
49.第一壳体1000，第一壳体1000包括一侧与遥操作机械手的小臂对接的小臂对接部1100和位于小臂对接部1100另一侧的连接部1200；
50.第二壳体2000，第二壳体2000与第一壳体1000转动连接，第二壳体2000和第一壳体1000设有相连通的走线通道。
51.本实施例的末端走线结构由第一壳体1000和第二壳体2000组成，第二壳体2000与第一壳体1000转动连接且设有相连通的走线通道。其中，第一壳体1000和第二壳体2000用于在内部安装若干关节电机，并对应设置传动组件，以形成遥操作机械手末端的多个关节，使之可实现多个自由度的转动。线束沿走线通道布置，以实现在第二壳体2000与第一壳体1000之间的内部走线。所涉及的线束包括但不限于一个，线束可为不同用电部件的线束，比如从小臂走线至第一壳体1000内和/或第二壳体2000内连接各关节电机、各编码器的线束，以及进一步走线至第二壳体2000外连接手柄的线束，对于线束类型不作限制。并且，走线通道的具体路径可根据第一壳体1000和第二壳体2000的内部结构适应性设置。其中，第二壳体2000可与第一壳体1000通过转动件连接，第二壳体2000可相对第一壳体1000转动。例如，转动件可为轴承，第二壳体2000和第一壳体1000分别与轴承的外环和内环对应连接，以通过轴承实现相对转动；或者，转动件为转轴，转轴穿设于第二壳体2000与第一壳体1000之间，转轴可在第一壳体1000上绕自身轴线转动，第二壳体2000与转轴固定连接，第二壳体2000可通过转轴相对第一壳体1000转动。
52.本实施例中，第一壳体1000由小臂对接部1100和连接部1200组成，小臂对接部1100的一侧与遥操作机械手的小臂对接，连接部1200则位于小臂对接部1100的另一侧。第二壳体2000可连接于第一壳体1000的连接部1200，走线通道可贯通第二壳体2000、连接部1200和小臂对接部1100。第二壳体2000可呈圆柱形，连接部1200可呈“l”形，由横段和竖段组成并构造有夹角，第二壳体2000可位于连接部1200的夹角侧并与连接部1200的竖段相接，小臂对接部1100可呈圆柱形，小臂对接部1100与连接部1200的横段相接。当然，此仅为示例性的，并非限制性的，第一壳体1000和第二壳体2000的形状构造还可为其它。
53.在本实用新型遥操作机械手的末端走线结构中，关节电机等用电部件和手柄的线缆均通过第二壳体2000和第一壳体1000中的走线通道走线，走线整洁。
54.在一些实施例中，连接部1200为相对设置的两个，第二壳体2000位于两连接部1200之间。具体地，两个连接部1200均呈“l”形，两连接部1200通过横段对接以构成u形。第二壳体2000可呈十字形，位于两连接部1200之间，且其中两端分别与两连接部1200的竖段相接，小臂对接部1100相接于两连接部1200的横段对接处。其中，走线通道可贯通第二壳体2000、一连接部1200和小臂对接部1100，或者走线通道可贯通第二壳体2000、两连接部1200和小臂对接部1100。即可从两连接部1200其中之一或从两连接部1200走线，走线通道具有多条走线路径可供选择，方便根据实际结构进行走线设置。
55.参照图1和图2，图2为本实用新型一实施例中末端走线结构的爆炸图：
56.在一些实施例中，走线通道包括构造于第二壳体2000的一端的第一过线口1、位于连接部1200中的走线腔2和构造于小臂对接部1100上的第二过线口3，第一过线口1与走线腔2及第二过线口3连通。
57.本实施例中，走线通道至少由第一过线口1、走线腔2和第二过线口3组成，第一过线口1构造于第二壳体2000的一端，走线腔2位于连接部1200中，第二过线口3构造于小臂对接部1100上，线束可穿过第一过线口1、走线腔2和第二过线口3以进行走线。具体地，手柄的走线线束可穿过第一过线口1走线至第二壳体2000内，小臂的走线线束可穿过第二过线口3走线至第一壳体1000内。
58.参照图2和图3，图3为图2实施例中转轴及第一传动轮的结构示意图：
59.在一些实施例中，第二壳体2000中设有与两连接部1200转动连接的转轴10；
60.走线通道还包括构造于转轴10上的第三过线口4和第一走线孔5，第一走线孔5沿转轴10的轴向设置并贯穿转轴10的至少一端，第三过线口4沿转轴10的径向设置并与第一走线孔5连通。
61.本实施例中，第二壳体2000中的转轴10与第一壳体1000的两连接部1200转动连接，以形成第二壳体2000与第一壳体1000的转动连接；其中，转轴10的两端对应穿入两连接部1200，并与两连接部1200之间分别设有轴承。走线通道还由第三过线口4和第一走线孔5组成，第三过线口4和第一走线孔5构造于转轴10上，第二壳体2000的线束可穿过第三过线口4和第一走线孔5走线至连接部1200的走线腔2。容易理解的是，第一走线孔5贯穿转轴10的至少一端，即第一走线孔5可贯穿转轴10的其中一端，第二壳体2000的线束可穿过该第一走线孔5走线至对应的一连接部1200的走线腔2；第一走线孔5也可贯穿转轴10的相对两端，第二壳体2000的线束可穿过该第一走线孔5分别走线至两连接部1200的走线腔2，转轴10上的第一走线孔5可根据实际情况设置。
62.在一些实施例中，第一走线孔5贯穿转轴10的第一端；
63.转轴10的第一端连接有第一传动轮20，走线通道还包括沿第一传动轮20的轴线构造的第二走线孔6，第二走线孔6与第一走线孔5对接连通。
64.本实施例中，第一传动轮20用于转轴10的传动，其连接于转轴10的第一端。该第一传动轮20可为带轮、齿轮等，对此不作限制。其中，第一走线孔5贯穿转轴10的第一端，走线通道还由第二走线孔6组成，第二走线孔6沿第一传动轮20的轴线构造，第二壳体2000的线束可穿过第三过线口4、第一走线孔5和第二走线孔6走线至连接部1200的走线腔2。
65.在一些实施例中，与转轴10的第一端对接的连接部1200内设有第一电机30和第二传动轮40，第一电机30垂直于转轴10，第一传动轮20和第二传动轮40为锥齿轮副。
66.具体地，第二传动轮40固定于第一电机30的输出轴上，并与第一传动轮20相啮合，转轴10与第一电机30的输出轴通过第一传动轮20和第二传动轮40传动。其中，第一电机30相对转轴10垂直，第一传动轮20和第二传动轮40为锥齿轮副，此结构布局设置，可使连接部1200减小其在转轴10的轴向上的结构宽度，使结构体积较小，提高结构紧凑性。
67.参照图4，图4为图2实施例中第一壳体的爆炸图：
68.在一些实施例中，与转轴10的第二端对接的连接部1200内设有第一编码器50；
69.第一编码器50的码盘相对固定于转轴10，第一编码器50的读头相对固定于连接部1200。
70.本实施例中，第一编码器50用于检测转轴10的位置信息，以实现转轴10转动参数的获取。其中，第一编码器50的码盘位于转轴10的第二端，并通过螺钉与转轴10的第二端的端面锁紧固定；转轴10的第二端穿过第一编码器50的读头，第一编码器50的读头通过螺钉
安装于连接部1200的内壁，并与第一编码器50的码盘相对设置。第一编码器50与第一传动轮20分别位于转轴10的相对两端，即分别位于两个连接部1200中，充分利用两个连接部1200的内部空间，并且在一定程度上，平衡第一壳体1000的两侧重量，提高以第一壳体1000作为关节时的机械臂的关节转动稳定性。
71.在一些实施例中，与转轴10的第二端对接的连接部1200内还设有第一线缆转接板60；
72.第一编码器50与第一线缆转接板60电连接；
73.第一线缆转接板60还可用于连接自对侧的连接部1200经过的第一线束，以及自小臂对接部1100经过的第二线束。
74.具体地，第一线缆转接板60的作用在于实现第一壳体1000内多个线束的合并走线，减小走线线束数量，避免走线线束数量过多而发生缠绕。其中，第一编码器50的线束、第一线束为连接第一线缆转接板60的分线束，第二线束为连接第一线缆转接板60的总线束，第一壳体1000内走线整齐有序。第一线缆转接板60位于第一编码器50所在的连接部1200内，以充分利用该连接部1200的内部空间，实现合理布局；并且，还可与第一电机30进一步平衡第一壳体1000的两侧重量，提高关节转动稳定性。
75.在一些实施例中，第一线束包括连接至第一电机30的第三线束，以及连接至第二壳体2000中的第四线束。具体地，第三线束可包括第一电机及其编码器所需连接的线束，第四线束可包括第二壳体内用电部件（如电机和编码器）所需连接的线束，以及经过第一过线口1连接到手柄的线束。
76.参照图2和图5，图5为图2实施例中第二壳体的爆炸图：
77.在一些实施例中，第二壳体2000中沿远离小臂对接部1100的方向依次设有第二电机70、第二线缆转接板80、第一电机安装座90、第二编码器100、第一轴承安装座110和第一转接轴120；
78.第一轴承安装座110套设于第一转接轴120上，且二者之间设有第一轴承，第一转接轴120与第二电机70的输出轴连接；
79.第二线缆转接板80分别与第四线束、第二电机70、第二编码器100、以及经过第一过线口1的第五线束电连接；
80.走线通道还包括分别设置于第一电机安装座90、第一轴承安装座110和第一转接轴120上的第四过线口7，第四过线口7与第一过线口1、第三过线口4连通。
81.具体地，第二线缆转接板80的作用在于实现第二壳体2000内多个线束的合并走线，减小走线线束数量，避免走线线束数量过多而发生缠绕。其中，第二电机70、第二编码器100的线束以及第五线束为连接第二线缆转接板80的分线束，第四线束为连接第二线缆转接板80的总线束；第一转接轴120用于连接手柄，而第五线束则可为连接手柄的线束，第四线束经第三过线口4走线至第二线缆转接板80与其连接，与第二线缆转接板80连接的第五线束先依次经过第一电机安装座90、第一轴承安装座110、第一转接轴120的第四过线口7，再经过第一过线口1以用于与手柄连接，第二壳体2000内走线整齐有序。
82.参照图2和图4，在一些实施例中，小臂对接部1100中沿朝向第二壳体2000的方向依次设有第三电机130、第三线缆转接板140、第二电机安装座150、第三编码器160、第二轴承安装座170和第二转接轴180；
83.第二轴承安装座170套设于第二转接轴180上，且二者之间设有第二轴承，第二转接轴180与第三电机130的输出轴连接；
84.第三线缆转接板140分别与第三电机130、第三编码器160、第二线束、以及经过第二过线口3的第六线束电连接；
85.走线通道还包括分别设置于第二电机安装座150、第二轴承安装座170和第二转接轴180上的第五过线口8，第五过线口8与第二过线口3、走线腔2连通。
86.具体地，第三线缆转接板140的作用在于实现第二壳体2000的小臂对接部1100内多个线束的合并走线，减小走线线束数量，避免走线线束数量过多而发生缠绕。其中，第三电机130、第三编码器160的线束、第二线束为连接第三线缆转接板140的分线束，第六线束为连接第三线缆转接板140的总线束；第二转接轴180用于连接小臂对接部1100，而第一线缆转接板60连接的第二线束依次经过第二转接轴180、第二轴承安装座170、第二电机安装座150的第五过线口8走线至第三线缆转接板140与其连接；与第三线缆转接板140连接的第六线束走线至第二过线口3，第二壳体2000的小臂对接部1100内走线整齐有序。
87.本实用新型还提出的一种遥操作机械手，该遥操作机械手包括前述实施例记载的遥操作机械手的末端走线结构，该遥操作机械手的末端走线结构的具体结构参照上述实施例，由于本遥操作机械手采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
88.本实用新型还提出一种遥操作设备，该遥操作设备包括从机械手和前述实施例记载的遥操作机械手，遥操作机械手与从机械手或机械臂之间通信连接。该遥操作机械手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所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
89.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。