專利名稱：一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)械手的研究一直以來(lái)是機(jī)器人研究的重點(diǎn)，機(jī)械手類型繁多，但仿型手一直是機(jī)器人機(jī)械手研究的主要方向，機(jī)械手的研究多是通過(guò)仿形研究，希望能和人手一樣，通過(guò)多自由度的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到有較強(qiáng)的抓取物體能力的目的。但因仿形手設(shè)計(jì)中涉及的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)復(fù)雜、手指運(yùn)動(dòng)控制難度高，因?yàn)槭种缚刂频臋C(jī)械特性，抓取異性面適應(yīng)能力低。制造成本較高，制作難度和要求也較高。我們?cè)噲D對(duì)運(yùn)動(dòng)手指抓取物體的機(jī)理進(jìn)行分析，結(jié)合美國(guó)科學(xué)家關(guān)于“多功能鉗子”功能的機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)原理，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化，通過(guò)以柔克剛的模式來(lái)設(shè)置一款機(jī)械手，使機(jī)械手通過(guò)塑性變形和摩擦來(lái)達(dá)到對(duì)不同異性面的適應(yīng)和抓取目的。使得機(jī)器人研究和應(yīng)用領(lǐng)域不斷發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)方式，改變機(jī)械手設(shè)計(jì)方法的思路?；诖?，還需設(shè)計(jì)一套用于操控該機(jī)械手的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，而現(xiàn)有的動(dòng)作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度大，且精確性不高。如何制作一種輕便、簡(jiǎn)單、精確度高的動(dòng)作機(jī)構(gòu)是擺在每一個(gè)機(jī)器人研究者面前的問(wèn)題，而動(dòng)作機(jī)構(gòu)中起到關(guān)鍵作用的則是機(jī)械臂裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便實(shí)用、精確度高的機(jī)器人用機(jī)械臂裝置。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其中，包括有大臂和小臂，大臂后端與固定座連接，且大臂前端與小臂后端鉸接，小臂前端與抓取機(jī)構(gòu)鉸接配合；大臂上設(shè)有傳動(dòng)組合，傳動(dòng)組合與動(dòng)作電機(jī)傳動(dòng)連接。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括上述的大臂后端設(shè)有大臂齒輪，傳動(dòng)組合通過(guò)大臂齒輪與動(dòng)作電機(jī)上的電機(jī)齒輪咬合配合。上述的電機(jī)齒輪與大臂齒輪輪徑比為1:2。上述的傳動(dòng)組合包括有第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪，第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪上繞設(shè)有傳動(dòng)帶，第一傳動(dòng)輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動(dòng)輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。上述的小臂前端與抓取機(jī)構(gòu)通過(guò)滑銷鉸接。上述的電機(jī)齒輪與大臂齒輪為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪。上述的大臂和小臂為鋁質(zhì)機(jī)械桿。[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其中，包括有大臂和小臂，大臂后端與固定座連接，且大臂前端與小臂后端鉸接，小臂前端與抓取機(jī)構(gòu)鉸接配合；大臂上設(shè)有傳動(dòng)組合，傳動(dòng)組合與動(dòng)作電機(jī)傳動(dòng)連接。大臂后端設(shè)有大臂齒輪，傳動(dòng)組合通過(guò)大臂齒輪與動(dòng)作電機(jī)上的電機(jī)齒輪咬合配合。傳動(dòng)組合包括有第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪，第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪上繞設(shè)有傳動(dòng)帶，第一傳動(dòng)輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動(dòng)輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。本實(shí)用新型的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置可以用在軟指移物機(jī)器人上，軟指移物機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動(dòng)，要控制機(jī)器人將物體抓取，需要通過(guò)動(dòng)作機(jī)構(gòu)完成，動(dòng)作電機(jī)將動(dòng)力依次傳到通過(guò)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)軸、電機(jī)齒輪、大臂齒輪、傳動(dòng)裝置，在控制裝置的控制下，傳動(dòng)裝置可以對(duì)大臂的仰角進(jìn)行調(diào)整，用以實(shí)現(xiàn)抓取機(jī)構(gòu)收回或者伸出，在小臂上也設(shè)有微調(diào)電機(jī)，小臂電機(jī)可以對(duì)小臂的仰角進(jìn)行微調(diào)，它和傳動(dòng)裝置共同作用使得本實(shí)用新型的動(dòng)作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更加精確，小臂前端與氣缸后端通過(guò)滑銷鉸接。這種滑銷可以使小臂與抓取機(jī)構(gòu)連接處摩擦很小，相當(dāng)于抓取機(jī)構(gòu)“掛”在小臂上，因此，抓取機(jī)構(gòu)可以保持鉛垂?fàn)顟B(tài)。抓取機(jī)構(gòu)保持鉛垂?fàn)顟B(tài)對(duì)于軟指移物機(jī)器人是非常重要的，因?yàn)闄C(jī)器人的抓取裝置是軟性抓取裝置，它需要壓在被抓取物上，然后將物品吸起，如果抓取機(jī)構(gòu)傾斜，這抓取效果大減。為了降低整個(gè)機(jī)器人的重量，減小電機(jī)的負(fù)荷，大臂和小臂為鋁質(zhì)機(jī)械桿，機(jī)器人抓取的物品并非重物，鋁質(zhì)機(jī)械桿的支撐力足夠使用，電機(jī)齒輪與大臂齒輪則為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪，因?yàn)榭紤]到這兩個(gè)齒輪是動(dòng)力傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，且磨損快，使用硬度和耐磨度都很優(yōu)秀的鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪是比較好的選擇。電機(jī)齒輪與大臂齒輪輪徑比為1:2，可以將電機(jī)齒輪傳遞到大臂齒輪上的扭矩放大一倍，讓動(dòng)作電機(jī)能帶動(dòng)更大的物品。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便實(shí)用、精確度高的優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1使用狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1至圖2所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。其中的附圖標(biāo)記為大臂1、大臂齒輪11、小臂2、鉸接軸21、滑銷22、傳動(dòng)組合3、第一傳動(dòng)輪31、第二傳動(dòng)輪32、傳動(dòng)帶33、動(dòng)作電機(jī)4、電機(jī)齒輪41、固定座5。如圖1至圖2所示，本實(shí)用新型的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其中，包括有大臂I和小臂2，大臂I后端與固定座5連接，且大臂I前端與小臂2后端鉸接，小臂2前端與抓取機(jī)構(gòu)鉸接配合；大臂I上設(shè)有傳動(dòng)組合3,傳動(dòng)組合3與動(dòng)作電機(jī)4傳動(dòng)連接。實(shí)施例中，大臂I后端設(shè)有大臂齒輪11，傳動(dòng)組合3通過(guò)大臂齒輪11與動(dòng)作電機(jī)4上的電機(jī)齒輪41咬合配合。實(shí)施例中，電機(jī)齒輪41與大臂齒輪11輪徑比為1:2。[0028]實(shí)施例中，傳動(dòng)組合3包括有第一傳動(dòng)輪31和第二傳動(dòng)輪32，第一傳動(dòng)輪31和第二傳動(dòng)輪32上繞設(shè)有傳動(dòng)帶33，第一傳動(dòng)輪31與大臂齒輪11的輪軸固定連接，第二傳動(dòng)輪32與大臂I和小臂2的鉸接軸21連接。實(shí)施例中，小臂2前端與抓取機(jī)構(gòu)通過(guò)滑銷22鉸接。實(shí)施例中，電機(jī)齒輪41與大臂齒輪11為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪。實(shí)施例中，大臂I和小臂2為鋁質(zhì)機(jī)械桿。本實(shí)用新型的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置可以用在軟指移物機(jī)器人上，軟指移物機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動(dòng)，要控制機(jī)器人將物體抓取，需要通過(guò)動(dòng)作機(jī)構(gòu)完成，動(dòng)作電機(jī)4將動(dòng)力依次傳到通過(guò)動(dòng)作驅(qū)動(dòng)軸、電機(jī)齒輪41、大臂齒輪11、傳動(dòng)組合3，在控制裝置的控制下，傳動(dòng)組合3可以對(duì)大臂I的仰角進(jìn)行調(diào)整，用以實(shí)現(xiàn)抓取機(jī)構(gòu)收回或者伸出，在小臂上也設(shè)有微調(diào)電機(jī)，小臂電機(jī)可以對(duì)小臂的仰角進(jìn)行微調(diào)，它和傳動(dòng)組合3共同作用使得本實(shí)用新型的動(dòng)作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)更加精確，小臂2前端與抓取機(jī)構(gòu)通過(guò)滑銷22鉸接。這種滑銷22可以使小臂2與抓取機(jī)構(gòu)連接處摩擦很小，相當(dāng)于抓取機(jī)構(gòu)“掛”在小臂2上，因此，抓取機(jī)構(gòu)可以保持鉛垂?fàn)顟B(tài)。抓取機(jī)構(gòu)保持鉛垂?fàn)顟B(tài)對(duì)于軟指移物機(jī)器人是非常重要的，因?yàn)闄C(jī)器人的抓取裝置是軟性抓取裝置，它需要壓在被抓取物上，然后將物品吸起，如果抓取機(jī)構(gòu)傾斜，這抓取效果大減。為了降低整個(gè)機(jī)器人的重量，減小電機(jī)的負(fù)荷，大臂I和小臂2為鋁質(zhì)機(jī)械桿，機(jī)器人抓取的物品并非重物，鋁質(zhì)機(jī)械桿的支撐力足夠使用，電機(jī)齒輪41與大臂齒輪11則為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪，因?yàn)榭紤]到這兩個(gè)齒輪是動(dòng)力傳動(dòng)的關(guān)鍵部件，且磨損快，使用硬度和耐磨度都很優(yōu)秀的鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪是比較好的選擇。電機(jī)齒輪41與大臂齒輪11輪徑比為1:2，可以將電機(jī)齒輪41傳遞到大臂齒輪11上的扭矩放大一倍，讓動(dòng)作電機(jī)4能帶動(dòng)更大的物品。軟指設(shè)計(jì)原理人的手指抓物體時(shí)，是利用手指關(guān)節(jié)的靈活性，依靠手指對(duì)物體表面擠壓而產(chǎn)生的摩擦力抓住物體的。在手指擠壓力不變的狀態(tài)下，物體與手指接觸面的粗糙度越大，所能抓取的物體的重量也越大；反之所能抓取物品的重量也越小。如在生活中，人們?nèi)绻谑种干喜辽戏试恚ノ锲窌r(shí)因摩擦力下降，抓取力也相應(yīng)下降。根據(jù)這個(gè)原理我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)軟指，其基本工作原理將內(nèi)部裝有適量細(xì)微硬質(zhì)顆粒的乳膠套置放于物體上方，利用乳膠套的可塑性，使物體的突出部位嵌入乳膠套中，利用真空發(fā)生裝置，抽取內(nèi)部空氣，使乳膠套處于固化狀態(tài)，乳膠套對(duì)物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內(nèi)部裝有細(xì)微硬質(zhì)顆粒，在抽取真空后，在顆粒的擠壓下，乳膠套表面產(chǎn)生形狀不一的、不均勻的斑點(diǎn)，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地?cái)D壓在固化乳膠套中。電機(jī)的選擇與大臂運(yùn)動(dòng)分析I)大臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇鋁的密度是2. 7xl0~3千克/立方米，通過(guò)UG軟件的計(jì)算，計(jì)算得出施加在力臂最前端的作用力為F=4. 95KG。電機(jī)最大負(fù)載時(shí)，電機(jī)扭矩T=5kg*55. 2cm=276kg/cm,電壓12V,轉(zhuǎn)速 36r/min?？紤]到機(jī)器人還要對(duì)物體進(jìn)行夾取，因此我們選用了扭矩200kg/cm的渦輪蝸桿電機(jī)，經(jīng)過(guò)1:2的齒輪變速后，電機(jī)扭矩提高到400kg/cm。2 )小臂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇[0040]電機(jī)最大負(fù)載時(shí)所需的扭矩T=3kg*135mm=405kg/mm=40. 5kg/cm,選用的電機(jī)扭矩為30kg/cm,電壓12v,轉(zhuǎn)速14r/min。經(jīng)過(guò)1:2齒輪放大后為60kg/cm已符合要求。氣缸的選擇氣缸在整個(gè)控制中起到帶動(dòng)軟指對(duì)被抓取物體施加壓力的動(dòng)作控制，氣缸一端與小臂相連，另一端與軟指相連。通過(guò)多次實(shí)物實(shí)驗(yàn)得出，氣缸在工作中的速度控制、力度控制和穩(wěn)定性對(duì)物體抓取能力具有重要影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出要讓機(jī)械手將所要抓取的物體包裹到一定程度，才能將物體夾起，所需要的推力大約為25kg選擇氣缸缸徑為25mm的單桿氣缸。操控設(shè)計(jì)選擇1.整車的控制包括車輪電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；機(jī)器人手臂控制包括電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)。2.電機(jī)控制方式選擇由于線控的方式易于控制且有很好的穩(wěn)定性，具有受外界干擾少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。3.遙控器的方式的選擇首先，我們考慮的是開(kāi)關(guān)的選擇，我們考慮過(guò)三種開(kāi)關(guān)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)和撥動(dòng)式開(kāi)關(guān)。從按鈕的舒適度來(lái)講，點(diǎn)動(dòng)式開(kāi)關(guān)按起來(lái)比較舒服，也比較靈活，所以我們選擇了點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)。電機(jī)控制設(shè)計(jì)搖桿電位器控制由三個(gè)電位器組成，中間電位器控制整體機(jī)器人的原地右轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)，另外一個(gè)電位器控制向左，向右，最后個(gè)電位器控制向前，向后。大臂，小臂控制是用 兩個(gè)繼電器由NPN達(dá)林頓連接晶體管低邏輯電平數(shù)字電路控制。工作原理將內(nèi)部裝有適量細(xì)微硬質(zhì)顆粒的乳膠套置放于物體上方，利用乳膠套的可塑性，使物體的突出部位嵌入乳膠套中，利用真空發(fā)生裝置，抽取內(nèi)部空氣，使乳膠套處于固化狀態(tài)，乳膠套對(duì)物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內(nèi)部裝有細(xì)微硬質(zhì)顆粒，在抽取真空后，在顆粒的擠壓下，乳膠套表面產(chǎn)生形狀不一的、不均勻的斑點(diǎn)，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地?cái)D壓在固化乳膠套中。然后通過(guò)氣缸電機(jī)32推動(dòng)氣缸31，使伸縮軸33縮短，將物體提起，通過(guò)控制大臂I和小臂2控制物品高度，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)讓機(jī)器人彳丁走，將物品運(yùn)走。性能指標(biāo)抓取物體有乳膠套完成，乳膠套在抓取物品使，由于受到外力擠壓，與被抓物品的擠壓面發(fā)生變形，接觸處的直徑變大，為保證抓取質(zhì)量，直徑尺寸的變化一般在原始直徑的1. 8倍以內(nèi)。所以，針對(duì)不同尺寸的軟指，其被抓物體接觸面尺寸有所限制，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，被抓物品表面尺寸保證在乳膠套原始尺寸的60%，抓取物體的效果良好。由于物體抓取是靠乳膠套和物體被抓取表面之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，要實(shí)現(xiàn)物體順利抓取，被抓取的物體質(zhì)量在0. 5公斤以內(nèi)。創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用I)適應(yīng)異型面的抓取，提升機(jī)器人的抓取能力。2)機(jī)械手臂采用懸掛狀態(tài)，保證氣缸始終保持鉛垂，有利抓取物體時(shí)的穩(wěn)定性。軟指移物機(jī)器人可以應(yīng)用與日常生活中，如玩具整理和收集、工具的抓取和移動(dòng)以及作為其他家庭裝備的輔助裝置。[0056]本發(fā)明的最佳實(shí)施例已被闡明，由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員做出的各種變化或改型都不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求1.一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是包括有大臂(I)和小臂(2)，所述的大臂(I)后端與固定座(5)連接，且所述的大臂(I)前端與小臂(2)后端鉸接，所述的小臂(2)前端與抓取機(jī)構(gòu)鉸接配合；所述的大臂(I)上設(shè)有傳動(dòng)組合(3)，所述的傳動(dòng)組合(3)與動(dòng)作電機(jī)⑷傳動(dòng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的大臂(I)后端設(shè)有大臂齒輪(11)，所述的傳動(dòng)組合⑶通過(guò)大臂齒輪(11)與動(dòng)作電機(jī)⑷上的電機(jī)齒輪(41)咬合配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的電機(jī)齒輪(41)與大臂齒輪(11)輪徑比為1:2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的傳動(dòng)組合(3)包括有第一傳動(dòng)輪(31)和第二傳動(dòng)輪(32)，所述的第一傳動(dòng)輪(31)和第二傳動(dòng)輪(32)上繞設(shè)有傳動(dòng)帶(33)，所述的第一傳動(dòng)輪(31)與大臂齒輪(11)的輪軸固定連接，所述的第二傳動(dòng)輪(32)與大臂⑴和小臂⑵的鉸接軸(21)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的小臂(2)前端與抓取機(jī)構(gòu)通過(guò)滑銷(22)鉸接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的電機(jī)齒輪(41)與大臂齒輪(11)為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是所述的大臂(I)和小臂(2)為鋁質(zhì)機(jī)械桿。
專利摘要本實(shí)用新型的一種機(jī)器人用機(jī)械臂裝置，其特征是包括有大臂和小臂，大臂后端與固定座連接，且大臂前端與小臂后端鉸接，小臂前端與抓取機(jī)構(gòu)鉸接配合；大臂上設(shè)有傳動(dòng)組合，傳動(dòng)組合與動(dòng)作電機(jī)傳動(dòng)連接。大臂后端設(shè)有大臂齒輪，傳動(dòng)組合通過(guò)大臂齒輪與動(dòng)作電機(jī)上的電機(jī)齒輪咬合配合。傳動(dòng)組合包括有第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪，第一傳動(dòng)輪和第二傳動(dòng)輪上繞設(shè)有傳動(dòng)帶，第一傳動(dòng)輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動(dòng)輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便實(shí)用、精確度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J18/02GK202895244SQ20122064213
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者崔海, 陳罡, 劉斌, 楊偉超, 胡志祥, 游雪蘇 申請(qǐng)人:浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院