人體感應(yīng)機械臂的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種人體感應(yīng)機械臂，包括機械臂套件、機械手套件和傳感組件；機械臂套件、機械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器；機械臂套件包括依次活動連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器；通過機械臂機械手的分立式拆裝，組合提高了靈活性與實用性，能夠在惡劣的環(huán)境下完成高精度任務(wù)，在科研、醫(yī)療、救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】人體感應(yīng)機械臂

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種人體感應(yīng)機械臂，屬于自動化機械裝置應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]機械手臂是目前機器人【技術(shù)領(lǐng)域】中得到最廣泛實際應(yīng)用的自動化機械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影。盡管它們的形態(tài)各有不同，它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，進行相關(guān)作業(yè)。
[0003]但是，通過研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機器人只能按照預(yù)定程序做一些簡單的機械式運動靈活性，適應(yīng)性遠遠無法滿足現(xiàn)代社會各方面的需求，而在智能機器人代表的新科技領(lǐng)域短時間內(nèi)又很難有較大的發(fā)展。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種新型自動化機械臂，克服傳統(tǒng)程序一電路一舵機型機械臂在操作方面因操作時間較長造成的變形與磨損而造成的實用性不強以及傳統(tǒng)機械臂及機械手的不可拆卸性造成的維修難度大，靈活性差的問題。
[0005]本實用新型實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種人體感應(yīng)機械臂，包括機械臂套件、機械手套件和傳感組件；機械臂套件、機械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器；
[0007]所述機械臂套件包括依次活動連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器；
[0008]所述機械手套件包括掌骨件和活動連接在掌骨件上依次設(shè)置的拇指件、食指件、中指件、無名指件、小指件，掌骨件形成有虎口，拇指件和食指件分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個指件包括依次活動連接的近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件；掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件分別設(shè)有加速度傳感器，掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件的活動連接處設(shè)有角速度傳感器。
[0009]進一步地，角速度傳感器、加速度傳感器通過控制器連接仿人機械臂，即受控機械手臂。
[0010]進一步地,該仿人機械臂按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm,仿人機械臂的腕關(guān)節(jié)是由四個舵機構(gòu)成，每個機械手指有2個自由度，仿人機械臂采用鋁制合金制成，在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動部分設(shè)置軸承，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動方面采用SR04的全金屬齒輪舵機。
[0011]進一步地，機械臂套件的框架有4個自由度，在每個鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
[0012]本實用新型的有益效果是:通過機械臂機械手的分立式拆裝，組合提高了靈活性與實用性，此外機械臂與機械手套件通過人體進行相關(guān)動作傳送姿態(tài)信息給受控機械手臂通過肉眼矯正，減少因變形與磨損帶來的靈活性差的問題，能夠在惡劣的環(huán)境下完成高精度任務(wù)，在科研、醫(yī)療、救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為實施例中的機械手套件的左側(cè)視圖；
[0015]圖3為實施例中的機械手套件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為實施例中的機械手套件的手心方向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為實施例中的機械臂套件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是實施例人體感應(yīng)機械臂與仿人機械臂的說明框圖；
[0019]其中:1_肱骨件，2-尺骨件，3-腕骨件，4-掌骨件，5-拇指件，6-食指件，7-中指件，8-無名指件，9-小指件，10-近節(jié)指骨件，11-中節(jié)指骨件，12-遠節(jié)指骨件，13-角速度傳感器，14-加速度傳感器。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合說明書附圖和具體的實施例，對本實用新型作詳細描述:
實施例
[0021]基于角速度傳感器與加速度傳感器的感應(yīng)機械臂，角速度傳感器13放在機械手外形框架上，機械手外形框架穿在人手臂上，該角速度傳感器13用以感應(yīng)控制端，即人手臂，的姿態(tài)變化，包括角度與加速度，再返回仿人機械臂以做同等工作。
[0022]實施例由于是在人體手臂事先套上的人體醫(yī)療機械臂的關(guān)節(jié)處，分別放上加速度與角速度傳感器13，讀取人體機械臂的姿態(tài)變化，通過兩塊控制器與無線模塊實現(xiàn)機械臂的同等姿態(tài)變化，克服了現(xiàn)有體感傳感器的姿態(tài)調(diào)節(jié)精度不高，無法進行微處理，生產(chǎn)成本較高等問題，在科研，醫(yī)療，救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0023]機械手套件包括掌骨件4和活動連接在掌骨件4上依次設(shè)置的拇指件5、食指件6、中指件7、無名指件8、小指件9，掌骨件4形成有虎口，拇指件5和食指件6分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個指件包括依次活動連接的近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠節(jié)指骨件12 ;掌骨件
4、近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠節(jié)指骨件12分別設(shè)有加速度傳感器14，掌骨件4、近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠節(jié)指骨件12的活動連接處設(shè)有角速度傳感器13，如圖1、圖2、圖3、圖4。
[0024]機械臂套件包括依次活動連接的肱骨件1、尺骨件2、腕骨件3以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器14，在機械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器13，如圖5。
[0025]首先人體手臂需穿上具質(zhì)輕且不易變形的鋁合金骨節(jié)包括肱骨、尺骨、腕骨骨節(jié)連接處采用具有良好塑性與彈性的不銹鋼或青銅材料制成的機械臂套件，人手也需帶上具塑性與彈性的機械手套件。在人體機械臂套架處安裝六軸傳感器，分別通過在肱骨、尺骨、腕骨處的傳感器測出加速度的值，包括方向與大小，通過在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)的傳感器測出角速度的值，包括方向與大小，即在人體機械套架上安裝六軸傳感器測量人體手臂26個自由度的加速度與角速度。
[0026]然后，通過姿態(tài)解算器，配合卡爾曼濾波能夠在動態(tài)的環(huán)境下準確輸出模塊當前的姿態(tài)，姿態(tài)測量精度0.01度，穩(wěn)定度極高，上述數(shù)據(jù)由主控一 ARM通過無線裝置發(fā)送到主控二 ARM，主控二通過控制相應(yīng)的舵機完成同步動作。
[0027]仿人機械手按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm，該機械手的腕關(guān)節(jié)是由四個舵機構(gòu)成，每個機械手指由2個自由度，本設(shè)計外形可以最大程度的模擬人手，采用鋁制合金質(zhì)量輕，硬度高。在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動部分特地添加了軸承，尺寸適中，滑順度穩(wěn)定可靠。
[0028]機械臂套件的框架仿照人手臂大小，有4個自由度，在每個鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
[0029]通過在人體機械套架上安裝六軸傳感器測量人體手臂26個自由度的加速度與角速度。由姿態(tài)解算器，配合卡爾曼濾波能夠在動態(tài)的環(huán)境下準確輸出模塊當前的姿態(tài)，姿態(tài)測量精度0.01度，穩(wěn)定度極高，采集的數(shù)據(jù)由主控一通過無線裝置發(fā)送到主控二，主控二通過控制相應(yīng)的舵機完成同步動作，如圖6。當MCU產(chǎn)生PWM信號時，經(jīng)場效應(yīng)管放大，在電機前串聯(lián)電感，去掉舵機馬達啟動和停止時對電源的干擾，啟動時電流較大，會在啟動的一瞬間把電源電壓拉低，因為電感可以通低頻阻高頻所以可以減少馬達啟動時電源端的電壓變化，從而可以保證其穩(wěn)定工作。在電機兩端并聯(lián)電容起到續(xù)流的作用，從而在一定程度上提高了電機的平均電壓。
[0030]以上示意性地對本實用新型及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本實用新型的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種人體感應(yīng)機械臂，其特征在于:包括機械臂套件、機械手套件和傳感組件；機械臂套件、機械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器； 所述機械臂套件包括依次活動連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器； 所述機械手套件包括掌骨件和活動連接在掌骨件上依次設(shè)置的拇指件、食指件、中指件、無名指件、小指件，掌骨件形成有虎口，拇指件和食指件分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個指件包括依次活動連接的近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件；掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件分別設(shè)有加速度傳感器，掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠節(jié)指骨件的活動連接處設(shè)有角速度傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述人體感應(yīng)機械臂，其特征在于:角速度傳感器、加速度傳感器通過控制器連接仿人機械臂，即受控機械手臂。
3.如權(quán)利要求2所述人體感應(yīng)機械臂，其特征在于:該仿人機械臂按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm,仿人機械臂的腕關(guān)節(jié)是由四個舵機構(gòu)成,每個機械手指有2個自由度，仿人機械臂采用鋁制合金制成，在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動部分設(shè)置軸承，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動方面采用SR04的全金屬齒輪舵機。
4.如權(quán)利要求3所述人體感應(yīng)機械臂，其特征在于:機械臂套件的框架有4個自由度，在每個鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
【文檔編號】B25J9/18GK204149159SQ201420415472
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張鵬, 趙藝兵, 王馳, 張?zhí)煊? 蘭智杰 申請人:南京工程學(xué)院