一種單自由度升降式機械臂機構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單自由度升降式機械臂機構，它由擺臂機構和調整滑塊機構組成。所述的擺臂機構由直線電機、電機連接板、肩部、擺臂、肘部和連桿組成，直線電機可以實現整個擺臂機構擺臂的圓弧運動，進而實現肘部的上下平移運動，同時可以保證擺臂機構能平穩(wěn)運動并且能實現自鎖；在擺臂的過程中，可以根據實際的需要通過調整直線電機的驅動電壓來實現電機的運動速度。所述的調整滑塊機構由前臂、重力傳感器和調節(jié)塊組成，調整滑塊機構左右對稱，餐盤放在兩個前臂之間，重力傳感器可沿著調節(jié)塊上的滑槽左右移動，如此可根據餐盤的大小調整兩個調節(jié)塊的位置，實現很好的放置餐盤功能。本發(fā)明相對比較靈便、安全穩(wěn)定、價格廉價，此種機械臂可以端著餐盤使餐盤上下移動，在合理控制機械臂升降幅度和機器人自身前后運動的前提下能將餐盤放在桌子上并離開。
【專利說明】一種單自由度升降式機械臂機構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于應用在餐飲機器人上的機械臂升降調節(jié)裝置，具體涉及一種單自由度升降式機械臂機構。
【背景技術】
[0002]目前隨著我國老齡化步伐的加快，現正面臨用工荒的問題，很多飯店也出現了服務員人手不夠的情況，這也必將導致員工工資的大幅上漲。餐飲服務機器人以其獨特的優(yōu)勢，無論是從經濟角度考慮還是從創(chuàng)新性考慮都是對餐廳老板有著不小的吸引力。國內外對應用在餐飲業(yè)的傳菜機器人都有一定的研究，但都存在以下的問題:其一，機械臂、機器人本體和餐盤固為一體，機器人行動到指定位置后，讓顧客自己到機器人的餐盤中拿取餐具和菜肴，如此機器人看起來呆板，沒有互動，沒吸引力，不方便顧客；其二，采用多自由度的機械臂實現餐具和菜肴的抓取和放置，這樣整個機械臂自由度太多，要實現準確抓取大大增加了控制難度，而且也增加了成本；其三，機械臂依靠導軌實現垂直上下運動，僅靠導軌移動會產生摩擦，所以需要潤滑，垂直導軌上的潤滑油如果滴落，會不衛(wèi)生，時間長了會有磨損。為此，我們利用平行四邊形結構的特殊性能，設計了一種以平行四邊形為主結構的單自由度升降式機械臂，可以實現機器人端餐盤的機械臂和肩部保持平行的上下運動。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種單自由度升降式機械臂機構，不僅可以實現對于不同高度的餐桌，機器人可以將餐盤放置在餐桌上，而且使其升降的動作更加自然舒服，控制簡單，價格廉價，節(jié)約 成本。
[0004]本發(fā)明提供的技術方案是，一種單自由度升降式機械臂機構，它由擺臂機構和調整滑塊機構組成。以平行四邊形結構為核心結構擺臂機構分別命名為左臂和右臂，左臂和右臂左右對稱。平行四邊形最上方的一個連桿為肩部，肩部連桿的對邊即平行四邊形最下方的一個連桿為機械臂的肘部，肩部和肘部由一對長度相等的連桿即擺臂連接在一起。肩部和兩擺臂的連接處間距大小，與肘部和兩擺臂的連接處間距大小相等，故此構成一個平行四邊形。肩部在機器人身體框架上固定，所以相對于機器人身體此平行四邊形機構為單自由度，肘部可以平行于肩部的做有固定軌跡的上下(同時也伴隨有前后的)平移運動。左臂和右臂的肩部均固定在機器人框架上，且兩者的肘部底部被連桿連接固定在一起，所以兩臂總自由度仍為1，由于平行四邊形連桿機構的特殊性能，運動時左臂和右臂的肘部組成的平面會永遠保持水平，這就保證了機械臂端持餐盤的安全性。直線電機推動著連接左臂和右臂肘部的連桿，使左臂和右臂同時向上或向下運動。左臂和右臂的肘部零件保持對稱的均向前向上延長，以便連接各自的前臂，兩前臂均為帶重力傳感器的扁平桿，用以感知和固定餐盤。肘部向前向上延長的方向為肘部移動的近似方向，因為肘部延長的部分和機器人前臂會在機器人的外殼以外，而平行四邊形機構會在機器人外殼以內，所以沿著肘部運
動方向延長肘部(形如?1^，，)會減小在外殼上需要開孔的大小，使外殼更加美觀。肘部零件向前向上延長后有一向豎直向上的短細桿結構(形如《U，，)，其作用為擋住餐盤以免餐盤
向后滑動碰撞機器人外殼。進一步和肘部連接的是一個向外的調整滑塊機構。調節(jié)塊上有滑槽結構，目的是固定機械臂前臂時可以調節(jié)左前臂和右前臂間的距離以便適應不同的餐盤寬度。在調節(jié)塊與前臂之間連接有重力傳感器，其作用為感知餐盤是否放到了機械臂上。
[0005]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明利用了平行四邊形結構來設計的機械臂，摒棄了傳統(tǒng)的導軌形式，更加高效；相比高昂復雜的多自由度機械臂更加廉價，更易控制。同時實現了機械臂對餐盤的安全平穩(wěn)搬運和放置任務。由于只有一個自由度，且推桿電機有自帶的內置行程開關，大大的簡化了其控制邏輯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明的單自由度升降式機械臂機構總裝配圖
[0007]圖2是本發(fā)明所述的機械臂擺臂機構
[0008]圖3是本發(fā)明所述的機械臂滑塊調整機構
[0009]圖中標號說明:
[0010]1.前臂2.重力傳感器3.連桿4.擺臂(4-1.左擺臂4_2.右擺臂)5.肘部
6.直線電機7.機器人框架8.肩部9.電機連接板10.調節(jié)塊
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明所述的一種單自由度升降式機械臂機構，如圖1、圖2和圖3所示，包括直線電機(6)、電機連接板(9)、肩部⑶、擺臂(4)、肘部(5)、連桿(3)、前臂⑴、重力傳感器(2)和調節(jié)塊(10)。當選好適當的餐盤后，通過調整重力傳感器(2)在調節(jié)塊(10)滑槽里的位置，使得兩個前臂(I)可以自由調整以牢固的卡住餐盤邊緣并固定。待餐盤和菜肴放在餐盤里后，給予機器人相關的指令，其經過內置的定位和信號處理程序對指令進行解析，直至準確平穩(wěn)的運動到相關的餐桌，然后自動調整方向和位置，使機器人正對著餐桌。此時，當檢測到餐桌上沒有其他的障礙物時，直線電機(6)動作，推動和肘部(5)下端連接的連桿
(3)運動，使得擺臂機構擺臂(4)按圓弧軌跡運動，進而實現肘部(5)的上下平移運動，進而實現前臂(I)和餐盤的上下平移運動。當前臂(I)提升的高度大于餐桌的高度時，機器人前進，待餐盤下放到餐桌上時，再繼續(xù)下降5_則前臂(I)會自動與餐盤分離，機器人后退使機械臂離開餐盤完成對餐盤的放置任務。在整個過程中，機械臂能夠平穩(wěn)運動并且可實現自鎖。
【權利要求】
1.一種單自由度升降式機械臂機構，它由擺臂機構和調整滑塊機構組成。所述的擺臂機構由直線電機、電機連接板、肩部、擺臂、肘部和連桿組成，直線電機可以實現整個擺臂機構擺臂的圓弧運動，進而實現肘部的上下平移運動，同時可以保證擺臂機構能平穩(wěn)運動并且能實現自鎖，在擺臂的過程中，可以根據實際的需要通過調整直線電機的驅動電壓來實現電機的運動速度控制。所述的調整滑塊機構由前臂、重力傳感器和調節(jié)塊組成，調整滑塊機構左右對稱，餐盤放在兩個前臂之間，重力傳感器可沿著調節(jié)塊上的滑槽左右移動，如此可根據餐盤的大小調整兩個調節(jié)塊的位置，實現很好的放置餐盤。
2.根據權利要求1所述的一種單自由度升降式機械臂機構，其特征是在于:所述的擺臂機構的核心結構為平行四邊形結構，平行四邊形最上方的一個連桿為肩部，肩部連桿的對邊即平行四邊形最下方的一個連桿為機械臂的肘部，肩部和肘部由一對長度相等的連桿即擺臂連接在一起。肩部和兩擺臂的連接處間距大小，與肘部和兩擺臂的連接處間距大小相等，故此構成一個平行四邊形。肩部在機器人身體框架上固定，所以相對于機器人身體此平行四邊形機構為單自由度，肘部可以做平行于肩部的有固定軌跡的上下(同時也伴隨有前后的)平移運動。左臂和右臂的肩部均固定在機器人身體上，且兩者的肘部底部被左右肘部連桿連接固定在一起，所以兩臂總自由度仍為一，由于平行四邊形連桿機構的特殊性能，運動時左臂和右臂的肘部組成的平面永遠會保持水平，這就保證了機械臂端持餐盤的安全性。
3.根據權利要求1和2所述的一種單自由度升降式機械臂機構，其特征是在于:所述擺臂機構的左臂和右臂，通過兩者肘部的連桿連接成一體，左右肘部和兩個連桿構成了一個平行四邊形，在兩個連桿的中間位置處用電機連接板固定，如此保證了此平行四邊形的穩(wěn)定性，從而使整機機械臂的運動更加平穩(wěn)。
4.根據權利要求1和2所述的一種單自由度升降式機械臂結構，其特征是在于:所述擺臂機構的肘部前端結構形如豎直向上的部分實現對餐盤在前臂上沿水平方向上的定位，防止餐盤后移碰到機器人外殼或餐盤掉落。
5.根據權利要求1所述的一種單自由度升降式機械臂機構，其特征是在于:所述的調整滑塊機構由前臂、重力傳感器和調節(jié)塊組成，調整滑塊機構左右對稱，餐盤放在兩個前臂之間，重力傳感器可沿著調節(jié)塊上的滑槽左右移動，如此可以調節(jié)左前臂和右前臂間的距離以便適應不同的餐盤寬度，待兩臂之間的距離確定好之后，用螺釘將重力傳感器和調節(jié)塊安全穩(wěn)固連接。
6.根據權利要求1和5所述的一種單自由度升降式機械臂結構，其特征是在于:安裝在調節(jié)塊與前臂之間的重力傳感器，其作用為感知餐盤是否放到了機械臂上。
【文檔編號】B25J9/08GK103817690SQ201410061699
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權日:2014年2月21日
【發(fā)明者】宋法亮, 劉建, 黃鵬, 解勇, 劉云浩, 韓勇 申請人:北京藍巨人智能科技有限公司