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北京市西城区广安门
内广义街5号广益大厦
大赛作品详情

作品名称:基于球面齿轮的新冠核酸检测机械手结构
学校名称:山东理工大学
参赛队伍:稷下湖人队
参赛学生:王涛 张峻铭 穆建设  
指导老师:魏峥  

详细说明

开发背景:新型冠状病毒肺炎席卷全球,全国多地都对常态化核酸检测政策进行了调整。2022年来,全国各地疫情防控在工作新闻发布会上宣布,将核酸检测常态化,大大增加的医护人员的工作强度。因此自动化核酸检测越发凸显积极作用。本产品是基于当今大疫情背景下设计的核酸检测机械手,不但可大大降低核酸提取的劳动强度,而且减少了核酸手工提取中容易出现的操作失误,增加核酸提取的一致性和重复性。目前研发的机械手都具有一定的局限性,如体积和重量过大,自由度较少,灵活性较差等问题。本产品对人手的手腕、手掌和手指的结构以及抓握规律进行分析,通过新的设计方案解决了以上问题。

结构说明:本产品先通过分析人手生理学基础、人手抓握规律和手腕生理学基础、手腕运动规律,提出了一种新的手指、手掌、手腕的结构设计。手指的运动是由电机控制,通过斜齿轮传递动力,带动丝杆进行旋转,由丝杆套由转动变为移动,从而推动拉杆实现手指的弯曲运动。拉杆与近端指关节连接处设计有可活动范围,使手指具备一定的自适应功能,减少可能发生的撞击带来的危害。另外手指的设计由原来的三个关节调整为一个固定的角度和一个可活动的关节外加一个掌指关节,进而提高后期的稳定性与可维护性。手腕则是由一个球齿轮取代,因其球形几何形状,因而带来了出色的动态特性。用于驱动模块上的单极齿轮,单极齿轮通过球面齿轮相互啮合来控制其的俯仰与翻滚。该单元由内转子、差速器内涡轮、差速器小齿轮和单极齿轮组成。内转子通过驱动电机驱动内涡轮进行旋转,从而带动差速器小齿轮进行旋转,进而将力传递给单极齿轮,实现单极齿轮的转动;另一个电机通过驱动另一个斜齿轮带动传递轮旋转,通过内花键的作用,进而带动单极齿轮实现横滚运动。安装的内齿轮上的单极齿轮分别从内转子和差速器小齿轮上获得横滚和旋转运动的力,从而带动整个手掌运动。

功能与使用说明:伴随着机器人技术快速的发展,末端执行器作为机器人与环境交互的最后一环,通过努力其智能化水平和作业水平也在不断地提高,对于末端执行器发展也越来越迅速,也具有更加出色的适应性、稳定性、灵巧性。作为一台全自动化的核酸检测手,检测人员只需要把样品放在架子上,不需要手工开盖,也不需要自己去吸取样,全部实现了机械自动化操作。仿人手在末端执行器的发展路上越来越重要,用机械去仿生人手适应性强,能担负起各种动作、抓持和命令执行动作。希望将来仿生人手可以有更广阔的应用前景。
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