專利名稱：機械手繪圖儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種機、電一體化的智能控制繪圖裝置，能在不同的環(huán)境下，針對平面圖形進行智能縮放、繪制、存儲。主要適用于課堂教學，機械加工，鉚焊，鈑金、裝璜等不同的工作場所。
背景技術：
目前，平面繪圖的工具主要由圓規(guī)、直尺、三角板等組成。人們在使用時，常常感到攜帶不方便，在繪圖精度、重復精度、任意圖形的比例縮放以及繪圖的速度上存在著不足，在現(xiàn)場施工繪制圖形和繪制一些特殊的曲線困難較大，現(xiàn)有技術下這種繪圖質(zhì)量受工作人員的個人因素影響很大，工作效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有繪圖工具在使用中的不足，本發(fā)明提供一種機械手繪圖儀，該繪圖儀是利用微型計算機進行智能控制，不僅可以畫直線、圓、橢圓，而且能方便的畫出任意曲線，進行圖形存貯和預定義，攜帶方便。
本發(fā)明解決其技術問題的方案是一種機械手繪圖儀主要包括機身、底座、機械手及智能控制等四部分組成。所述底座安裝在機身的下方，機械手安裝在機身的側(cè)壁上，所述機身外部的上部安裝有便攜手提手柄，手提手柄下部是兩個開關，一個是總電源開關，另一個是功能開關，主要是用于選擇自動和手動兩個功能，在所述的控制開關的下部有一個帶有液晶顯示屏的控制面板，顯示屏的作用是用來顯示機械手動作時的數(shù)字狀態(tài)，同時能夠反映出其它功能開關的實際狀況，在顯示屏的下方是一排5個按鈕和一個用來輸入信息的RS232接口，所述的5個按鈕分別是程序按鈕、上翻按鈕、下翻按鈕、確定按鈕、復位按鈕，主要是用于在處于自動開關狀態(tài)時對內(nèi)存的程序進行調(diào)用和在手動開關狀態(tài)時對當前的動作軌跡進行儲存。所述的RS232接口主要是與外接設備進行通信，儲存和備份以及將外接計算機的圖形輸入到本機械手繪圖儀中。在機身內(nèi)部裝有電源和電控盒，所述電控盒負責對整個機械手繪圖儀進行整體控制，其內(nèi)部有一臺微型計算機負責對輸入輸出的信號進行處理。在機身的下部還有一臺驅(qū)動電機，其目的是驅(qū)動連接底座的齒輪組進行旋轉(zhuǎn)運動，在所述的齒輪組的上方安裝一臺角度傳感器，用于記錄齒輪的旋轉(zhuǎn)角度，由此來將機身的旋轉(zhuǎn)位置信號傳給電控盒中的計算機。在底座內(nèi)部裝有一臺負壓吸盤，其目的是用于底座與工作平面之間的固定，機身與底座之間是利用滾動軸承來實現(xiàn)隔離運動。所述的機械手包括機械手臂和執(zhí)行機構兩個部分，其一部分機械手臂是由2個驅(qū)動電機、主動力桿、副動力桿、連接桿、2個傳感器等組成，該機械手臂是采用平行四桿傳動的原理，在主動力桿上升或下降時，能保持縱向連接桿的垂直運動狀態(tài)，同時也保持了與之連接的執(zhí)行機構的垂直方向不擺動，機械手的前后和上下運動的動力是靠機械手臂支座上和機械手臂中部連接處分別安裝的兩臺驅(qū)動電機來完成的，在機械手臂支座和機械手臂的關節(jié)處分別安裝有2個角度傳感器，當機械手臂上下、前后動作時，傳感器都能將其動作的信號傳給主控計算機，進行記錄、分析，儲存。其二部分執(zhí)行機構是由執(zhí)行機構主體、壓力傳感器、畫筆、直線功能按鈕、圓功能按鈕、圓弧功能按鈕、任意曲線功能按鈕、橢圓功能按鈕組成，當選定一項所述執(zhí)行機構的功能后，利用壓力傳感器來進行確定識別，然后將其動作的信號傳給主控計算機，進行記錄、分析然后執(zhí)行所選的畫圖功能。
本發(fā)明的控制原理是本發(fā)明采用微型計算機進行控制，通過設置在機械手臂、執(zhí)行機構及機身內(nèi)部大齒輪上的的傳感器來進行空間位置跟蹤記錄，當?shù)搅酥付ǖ目臻g位置后，再將此位置確定時所記錄的信號傳送給主控計算機進行處理。需要繪圖時，計算機通過機身內(nèi)部和機械手臂上的驅(qū)動電機進行動作，驅(qū)動機身旋轉(zhuǎn)和機械手的上下、前后運動，來完成對空間平面的任意位置的圖形繪制。
本發(fā)明的工作過程是在工作平面上，將機械手繪圖儀放穩(wěn)與平面盡量貼合，按下吸盤動作手柄，然后按下電源開關，顯示屏工作，掀開防塵蓋，拉出機械手，找到任意一處位置，按下執(zhí)行機構上的壓力傳感器，選擇基準點，然后選擇功能開關，當選擇自動功能時，按下顯示屏下的程序按鈕來調(diào)出菜單，通過其它功能按鈕找到需要繪制的圖形后，按下確定按鈕，機械手開始動作，完成對預存圖形的繪制。當選擇手動功能時，按下執(zhí)行機構上的功能按鈕，如按下直線功能按鈕，顯示屏上提示選擇起點，然后拖動執(zhí)行機構找一個任意的起點位置后，按下壓力傳感器確定，顯示屏上再提示選擇終點，再拖動執(zhí)行機構找一個任意的終點位置后，按下壓力傳感器確定，隨后放開執(zhí)行機構，延時2～3秒后，機械手開始動作，自動將直線畫出來。同樣如果按下圓功能按鈕，顯示屏上提示選擇圓心和半徑，按下橢圓功能按鈕，顯示屏上提示選擇長軸和短軸，按下任意曲線功能按鈕，顯示屏提示選擇起點、若干特征點和終點位置，只要按照屏幕上的提示操作即可。
本發(fā)明的有益效果是1、由于采用計算機控制技術，本繪圖儀能夠?qū)⒁酝Ｒ?guī)的繪圖工具的所有功能進行綜合。本機分為手動和自動兩種功能，手動時能直接在平面上繪制直線、圓、橢圓以及任意位置的曲線，自動時能將前次存儲的圖形、CF卡預存的和從RS232端口輸入的圖形調(diào)出自動在平面上繪制出來。實現(xiàn)了一機多能的工作績效，減少重復繪圖時間，提高工作效率。
2、該機械手繪圖儀操作簡單，不需要進行專門的培訓，它采用人性化的操作方法進行智能操作，克服了現(xiàn)有條件下繪圖質(zhì)量依賴于操作人員個人因素的缺陷，當你畫一條直線時，只要抓住本發(fā)明的執(zhí)行機構對直線的起點和終點的位置進行確定后，通過繪圖儀進行簡單計算，就可自動畫出你需要的直線。
3、該繪圖儀采取折疊式結構，可以完全收縮折疊成一體，攜帶輕便(見附圖1)，根據(jù)制作材料的不同，可以控制整機的重量和體積的大小。
4、考慮到繪圖儀的適用性，在改變機械手伸縮臂的長度和執(zhí)行機構上畫筆的特性后，可以加大應用范圍，完全適用于課堂教學、機械加工、鉚焊、鈑金、裝璜等工作場合。


圖1是本發(fā)明的總體外觀圖。
圖2是本發(fā)明的展開剖面示意圖。
圖3顯示面板示意圖。
圖4電控盒功能示意圖。
圖中1底座，1.1吸盤瓣膜，1.2螺栓組件，2機械手支座，2.1驅(qū)動電機，2.2主動力桿，2.3角度傳感器，2.4驅(qū)動電機，2.5副動力桿，2.6連接桿，2.7連接桿，2.8連接桿，2.9角度傳感器，3防塵蓋，4便攜手提手柄，5自動/手動開關，6機身，6.1蓄電池(電源)，6.2電控盒，6.3驅(qū)動電機，6.4小齒輪，6.5大齒輪，6.6角度傳感器，6.7軸承，7吸盤手柄，7.1手柄杠桿，7.2支點，8電源開關，9顯示面板，9.1液晶顯示屏，9.2RS232接口，9.3程序按鈕，9.4上翻按鈕，9.5下翻按鈕，9.6確定按鈕，9.7復位按鈕，10執(zhí)行機構主體，10.1直線功能按鈕，10.2圓功能按鈕，10.3圓弧功能按鈕，10.4任意曲線功能按鈕，10.5橢圓功能按鈕，10.6畫筆，10.7壓力傳感器。
具體實施例方式
在圖1、圖2、圖3中，本發(fā)明提供的機械手繪圖儀主要包括底座1、機械手支座2、防塵蓋3、便攜手提手柄4、自動/手動開關5、機身6、吸盤動作手柄7、電源開關8和顯示面板9，所述底座1安裝在機身6的下方，機械手安裝在機身6的側(cè)壁上，所述機身6外部的上部安裝有便攜手提手柄4，便攜手提手柄4下部是兩個開關，一個是總電源開關8，另一個是功能開關5，主要是用于選擇自動和手動兩個功能，在所述的功能開關5的下部有一個帶有液晶顯示屏的顯示面板9，顯示面板9的上面鑲嵌著一塊顯示屏9.1，顯示屏9.1的作用是用來顯示機械手動作時的數(shù)字狀態(tài)，同時能夠反映出其它功能開關的實際狀況，在顯示屏的下方是一排5個按鈕和一個用來輸入信息的RS232接口9.2，所述的5個按鈕分別是程序按鈕9.3、上翻按鈕9.4、下翻按鈕9.5、確定按鈕9.6、復位按鈕9.7，主要是用于自動/手動開關5在處于自動開關狀態(tài)時對內(nèi)存的程序進行調(diào)用和在手動開關狀態(tài)時對當前的動作軌跡進行儲存。所述的RS232接口9.2主要是與外接設備進行通信，儲存和備份以及將外接計算機的圖形輸入到本機械手繪圖儀中，所述的程序按鈕9.3是在自動/手動開關5切換為自動狀態(tài)時，按下它可以調(diào)出菜單，對本發(fā)明的機械手繪圖儀的所有功能進行選擇，所述的復位按鈕9.7，主要是在本發(fā)明的機械手繪圖儀出現(xiàn)系統(tǒng)問題時使用，基本功能回到初始狀態(tài)。
在圖2中，本發(fā)明所述的機身6和機械手之間通過與機械手支座2實行固定連接，機身6與底座1之間是通過軸承6.7連接，所述的機械手包括機械手臂和執(zhí)行機構兩個部分，其一部分機械手臂是由機械手支座2、主動力桿2.2、副動力桿2.5、連接桿2.6、連接桿2.7、連接桿2.8等組成，在機械手支座2上分別進行連接，連接處都是采用軸與軸承的連接方式，其二部分執(zhí)行機構是由執(zhí)行機構主體10、畫筆10.6、直線功能按鈕10.1、圓功能按鈕10.2、圓弧功能按鈕10.3、任意曲線功能按鈕10.4、橢圓功能按鈕10.5組成，由于機械手傳動臂的構成采用平行的四桿傳動結構，在主動力桿2.2上升或下降時，能保持縱向連接桿2.8的垂直運動狀態(tài)，同時也保持了與之連接的執(zhí)行機構主體10的垂直方向不擺動，具有一定的柔性作用，可以實現(xiàn)執(zhí)行機構主體10的上下、前后自由運動，加上機身6與底座1之間是軸承6.7連接，實際上執(zhí)行機構主體10在機械手臂長度所能達到的有限空間內(nèi)能實現(xiàn)到達三維空間的任意位置。
所述的機械手支座2與主動力桿2.2的連接處裝有一臺驅(qū)動電機2.1，用于驅(qū)動主動力桿2.2的升降，在副動力桿2.5與連接桿2.7和連接桿2.8的連接處安裝一臺驅(qū)動電機2.4，用于驅(qū)動副動力桿2.5的升降，在主動力桿2.2與連接桿2.6和連接桿2.8的連接處安裝了角度傳感器2.3，來記錄主動力桿2.2與連接桿2.6的旋轉(zhuǎn)角度，在連接桿2.7與機械手支座2的連接處安裝了角度傳感器2.9，利用所述的角度傳感器2.3和角度傳感器2.9來監(jiān)控、記錄機械手臂的伸張幅度，在所述的機身6的內(nèi)部裝有一臺驅(qū)動電機6.3，與所述的驅(qū)動電機6.3相連的是直齒小齒輪6.4，與所述的直齒小齒輪6.4相嚙合的是直齒大齒輪6.5，直齒大齒輪6.5是與底座1相連，由于所述的機身6與底座1之間是利用滾動軸承來進行隔離運動的，當驅(qū)動電機6.3旋轉(zhuǎn)時，與之同軸的小齒輪6.4也旋轉(zhuǎn)，由于與小齒輪6.4相嚙合的大齒輪6.5是與底座固定相連，運動的結果是小齒輪6.4圍繞著大齒輪6.5作圓周運動，同時帶動整個機身6旋轉(zhuǎn)，在所述的大齒輪6.5的上部裝有一角度傳感器6.6，用于記錄、監(jiān)控所述機身6相對于底座1旋轉(zhuǎn)過的角度。
在所述機身6內(nèi)部裝有蓄電池(電源)6.1和電控盒6.2，所述電控盒負責對整個機械手繪圖儀進行整體控制，其內(nèi)部有一臺微型計算機負責對輸入輸出的信號進行處理。在機械手工作時，隨著執(zhí)行機構的運動，安裝在機械手臂上的角度傳感器2.3、角度傳感器2.9和安裝在底座1上端的大齒輪6.5上的角度傳感器6.6也同時將其運動的軌跡狀態(tài)進行記錄、分析并將其結果反饋給主控計算機，計算機在收到信號后，針對該機械手當前的功能狀態(tài)，發(fā)出指令驅(qū)動安裝在機身6內(nèi)部的驅(qū)動電機6.3和安裝在機械手上的驅(qū)動電機2.1、驅(qū)動電機2.4工作，工作的結果是使連接機械手臂的執(zhí)行機構上的畫筆10.6在指定的功能狀態(tài)下按要求在平面上畫出圖形。
在所述的執(zhí)行機構主體10的上部裝有一壓力傳感器10.7，它的作用是在手動開關狀態(tài)時，作為確定按鈕的功能出現(xiàn)，即當選擇執(zhí)行機構主體10上的某一功能按鈕時，配合其作為其功能程序的確定鍵。同時在手動拖動時，能將其畫筆10.6與平面接觸的壓力信號記錄下來反饋給主控計算機，用于下次繪圖時，自動調(diào)節(jié)畫筆10.6與工作平面的壓力，解決畫筆的自動損耗補償。
在所述底座1內(nèi)部裝有一臺負壓吸盤，其目的是用于底座1與工作平面之間的固定，工作前，首先將底座1的底部平面與工作表面貼實，然后扳動吸盤動作手柄7，隨著吸盤動作手柄7的旋轉(zhuǎn)，借助于支點7.2，下部的手柄杠桿7.1就會旋轉(zhuǎn)上升，在手柄杠桿7.1上升時帶動螺栓組件1.2上升，由于螺栓組件1.2是與底座1中的吸盤瓣膜1.1相連，所述的吸盤瓣膜1.1也會上升，在吸盤瓣膜1.1上升的過程中，吸盤瓣膜1.1與工作平面內(nèi)形成了局部的負壓區(qū)，在大氣壓的作用下，底座1被牢牢的吸附在工作平面上，從而完成了本發(fā)明機械手繪圖儀的定點定位工作。
在圖4中，本發(fā)明采用微型計算機進行集中控制，通過屏幕按鈕和功能開關進行信號確定、輸入，通過設置在機械手臂、執(zhí)行機構及機身6內(nèi)部大齒輪6.5上的的傳感器6.6來進行空間位置跟蹤記錄和信息的采集，當機械手臂、執(zhí)行機構到了指定的空間位置后，再將此位置確定時所記錄的信息傳送給電控盒6.2內(nèi)的計算機進行處理。需要繪圖時，計算機通過機身6內(nèi)的驅(qū)動電機6.3和機械手臂上的驅(qū)動電機2.1、2.4進行動作，驅(qū)動機身6旋轉(zhuǎn)和機械手的上下、前后運動，來完成對空間平面的任意位置的直線、曲線及圓等圖形繪制。
所述的蓄電池(電源)6.1可以帶有交直流兩用插口，但為防止外接電源的突然中斷，必須配有備用直流電源。
所述吸盤動作手柄7，在不考慮重量的情況下可以改為電磁式驅(qū)動，在機身6的上方再設一個按鍵，用于控制。
在所述的主控盒的內(nèi)部根據(jù)功能的要求可以接裝CF卡，用于對常用圖形的預存。
權利要求
1.本發(fā)明涉及到的機械手繪圖儀是由機身(6)、底座(1)、機械手及智能控制四部分組成，其特征是機身(6)的下面是底座(1)，側(cè)壁上安裝有可以折疊的機械手和裝有液晶顯示屏(9.1)的顯示面板(9)，在機身(6)的內(nèi)部裝有一臺驅(qū)動電機(6.3)，與驅(qū)動電機(6.3)同軸相連的是直齒小齒輪(6.4)，與直齒小齒輪(6.4)相嚙合的是直齒大齒輪(6.5)，直齒大齒輪(6.5)是與底座(1)相連，在大齒輪(6.5)的上部裝有一角度傳感器(6.6)，底座(1)的內(nèi)部是負壓吸盤，底座(1)與機身(6)采用軸承(6.7)來連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的機械手繪圖儀，其特征是機械手包括機械手臂和執(zhí)行機構兩個部分，機械手臂的構成采用平行四桿傳動結構，由機械手支座(2)、主動力桿(2.2)、副動力桿(2.5)、連接桿(2.6)、連接桿(2.7)、連接桿(2.8)組成，在機械手支座(2)上分別進行連接，其中主動力桿(2.2)一端連機械手支座(2)，另一端連連接桿(2.6)和連接桿(2.8)，副動力桿(2.5)一端連連接桿(2.7)和連接桿(2.8)，另一端連接執(zhí)行機構主體(10)，連接處都是采用軸與軸承的連接方式，執(zhí)行機構是由執(zhí)行機構主體(10)、畫筆(10.6)、直線功能按鈕(10.1)、圓功能按鈕(10.2)、圓弧功能按鈕(10.3)、任意曲線功能按鈕(10.4)、橢圓功能按鈕(10.5)、壓力傳感器(10.7)組成，在執(zhí)行機構主體(10)的上方是壓力傳感器(10.7)，在執(zhí)行機構主體(10)的側(cè)面是直線功能按鈕(10.1)、圓功能按鈕(10.2)、圓弧功能按鈕(10.3)、任意曲線功能按鈕(10.4)、橢圓功能按鈕(10.5)，在執(zhí)行機構主體(10的下面是畫筆(10.6)，在機械手支座(2)與主動力桿(2.2)的連接處裝有一臺驅(qū)動電機(2.1)，在副動力桿(2.5)與連接桿(2.7)和連接桿(2.8)的連接處安裝一臺驅(qū)動電機(2.4)，在主動力桿(2.2)與連接桿(2.6)和連接桿(2.8)的連接處安裝了角度傳感器(2.3)，在連接桿(2.7)與機械手支座(2)的連接處安裝了角度傳感器(2.9)。
全文摘要
一種機械手繪圖儀主要包括機身、底座、機械手及智能控制四部分組成，機械手安裝在機身6的側(cè)壁上，工作時可以很方便的拉出，所述機身6上部安裝有便攜手提手柄4，手提手柄4下部是總電源開關8和自動和手動功能開關5，在所述開關的下部有一個帶有液晶顯示屏的控制面板9，在機身內(nèi)部裝有電源6.1和電控盒6.2，所述電控盒6.2負責對整個機械手繪圖儀進行整體控制，底座1安裝在機身6的下方，在底座內(nèi)部裝有一臺負壓吸盤，用于底座與工作平面之間的固定。該機械手繪圖儀操作簡單，克服了現(xiàn)有條件下繪圖質(zhì)量依賴于操作人員個人因素的缺陷，采取折疊式結構，攜帶輕便，適用于課堂教學、機械加工、鉚焊、鈑金、裝璜等工作場合。
文檔編號B25H7/00GK101092095SQ20061008811
公開日2007年12月26日 申請日期2006年6月25日 優(yōu)先權日2006年6月25日
發(fā)明者楊竟成 申請人:楊竟成