基于LeapMotion的體感并聯(lián)機(jī)械手及其操作方法和控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于LeapMot1n的體感并聯(lián)機(jī)械手及操作方法和控制系統(tǒng)，尤其涉及把現(xiàn)今流行的體感技術(shù)與多自由度的并聯(lián)機(jī)器人結(jié)合在一起，控制機(jī)械手的動(dòng)作，已不僅僅是預(yù)先寫(xiě)好的程序而是達(dá)到使用者手勢(shì)控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。但過(guò)去幾十年研究的機(jī)械手大多都是串聯(lián)機(jī)械手，串聯(lián)機(jī)械手自由度少、作業(yè)空間大。因此將機(jī)械手的研究方向轉(zhuǎn)移到并聯(lián)機(jī)械手方向是必要的。
[0003]目前，市面上也已經(jīng)出現(xiàn)了一些并聯(lián)機(jī)械手，但是，一方面它們大多數(shù)都是仿串聯(lián)機(jī)械手稍作改變；另一方面，它們大多任由技術(shù)人員提前寫(xiě)好程序讓機(jī)械手按固定程序動(dòng)作。因此，基于上述的分析以及技術(shù)特點(diǎn)，將并聯(lián)機(jī)械手進(jìn)一步的智能化是必要的。故本裝置的開(kāi)發(fā)將基于LeapMot1n的體感與并聯(lián)機(jī)械手融洽結(jié)合，使并聯(lián)機(jī)械手不僅具有娛樂(lè)觀賞性而且在一定程度上促進(jìn)機(jī)械手朝著智能化方向發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題提供體感并聯(lián)機(jī)械手及其操作方法和控制系統(tǒng)，此并聯(lián)機(jī)械手不僅可以在程序員的操控下動(dòng)作，而且可以切換成在使用者的手勢(shì)下根據(jù)使用者的需求運(yùn)動(dòng)；同時(shí)還要保證機(jī)械手的作業(yè)范圍不能過(guò)大。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:基于LeapMot1n的體感并聯(lián)機(jī)械手，它包括并聯(lián)機(jī)械手底部連接支架，三個(gè)連接支架與三個(gè)步進(jìn)電機(jī)支架相間首尾連接，組成一個(gè)六邊形框架底座，步進(jìn)電機(jī)支架上固定安裝有微型觸動(dòng)開(kāi)關(guān)，微型觸動(dòng)開(kāi)關(guān)用于控制安裝在步進(jìn)電機(jī)支架上的滑輪組支架的急停，限制滑輪組的上極限位置，同步帶滑輪架上安裝有帶動(dòng)滑輪組支架上下滑動(dòng)的同步帶，螺紋桿組件上端連接滑輪組支架，下端連接機(jī)械手固定件，機(jī)械手固定件下端固定有夾持物體的機(jī)械手，機(jī)械手正下方設(shè)置有存放物體的底盤(pán)，通過(guò)三個(gè)滑輪組支架的上下滑動(dòng)來(lái)控制機(jī)械手對(duì)存放于底盤(pán)上物體的取放。
[0006]所述步進(jìn)電機(jī)支架包括底部支架，底部支架兩端連接有滑輪組支架的導(dǎo)軌，底部支架中間部位固定安裝有步進(jìn)電機(jī)固定架，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一號(hào)螺釘與步進(jìn)電機(jī)固定架固定相連，滑輪組支架的下極限位擋板通過(guò)L型支架與導(dǎo)軌固定連接，步進(jìn)電機(jī)支架頂端固定安裝有U型支架，滑輪軸通過(guò)深溝球軸承安裝在U型支架上，滑輪軸上固定安裝有同步帶滑輪并通過(guò)定位套筒定位，同步帶滑輪通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與同步帶一起帶動(dòng)滑輪組支架沿其導(dǎo)軌上下滑動(dòng)。
[0007]所述夾持機(jī)構(gòu)機(jī)械手包括與機(jī)械手固定件通過(guò)二號(hào)螺釘和螺母固定相連的L型連接件，舵機(jī)支架固定安裝在機(jī)械手固定件的底部，夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌通過(guò)三號(hào)螺釘固定安裝在舵機(jī)支架的底部，舵機(jī)的輸出軸與曲柄中心相連，曲柄的兩端對(duì)稱(chēng)鉸接有連桿，連桿上鉸接有上滑塊，上滑塊上固定有下滑塊，下滑塊上安裝有夾持器，夾持器與夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌構(gòu)成滑動(dòng)配合，通過(guò)舵機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)夾持器沿夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作。
[0008]所述螺紋桿組件包括螺紋桿，螺紋桿兩端安裝有內(nèi)孔桿端軸承，內(nèi)孔桿端軸承內(nèi)安裝三自由度球閥，螺紋桿組件通過(guò)螺釘安裝在L型連接件上。
[0009]所述滑輪組支架包括左側(cè)板和右側(cè)板，L型觸控?fù)醢骞潭ò惭b在右側(cè)板上，尼龍滑輪與深溝球軸承采用過(guò)盈配合并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在左側(cè)板和右側(cè)板之間，左側(cè)板上固定安裝有L型固定板，L型固定板與方形卡片相配合固定同步帶的兩個(gè)自由端，右側(cè)板上固定安裝有螺桿連接件，螺紋桿組件的一端與螺桿連接件相連。
[0010]所述尼龍滑輪共有四組，對(duì)稱(chēng)安裝在左側(cè)板和右側(cè)板之間，并與導(dǎo)軌形成滑動(dòng)配入口 ο
[0011]所述L型固定板上加工有卡槽，卡槽與同步帶的兩自由端相配合，并通過(guò)方形卡片進(jìn)行固定。
[0012]所述微型觸動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)信號(hào)線與同步電機(jī)相連，并與L型觸控?fù)醢逑嗯浜蠈?shí)現(xiàn)同步電機(jī)的啟停。
[0013]基于LeapMot1n的體感并聯(lián)機(jī)械手的操作方法，它包括以下步驟:
T1，通過(guò)Leap綁定視野范圍內(nèi)的手、手指或工具所提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)多通過(guò)集合或者幀數(shù)據(jù)表述，每一幀都包含了一系列的基本綁定數(shù)據(jù)，設(shè)備將賦予每個(gè)系列的基本綁定數(shù)據(jù)一個(gè)唯一 ID號(hào)碼作為標(biāo)記，通過(guò)不同的手勢(shì)建立控制并聯(lián)機(jī)械手的手勢(shì)庫(kù)，包括機(jī)械手的上、下、左、右、前、后、抓取和松開(kāi)動(dòng)作；
T2，通過(guò)操作人員手動(dòng)的在Leap Mot1n上操作，形成不同的手勢(shì)，Leap Mot1n實(shí)時(shí)采集手部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并與手勢(shì)庫(kù)對(duì)比；
T3，通過(guò)對(duì)比識(shí)別用戶手勢(shì)是否屬于機(jī)械手平移動(dòng)作，若屬于此操作，進(jìn)入T4，若不屬于則進(jìn)入T5 ;
T4，發(fā)送代表機(jī)械手相應(yīng)平動(dòng)的字符數(shù)據(jù)給控制板，通過(guò)控制板發(fā)出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的平移動(dòng)作；
T5，在T3的基礎(chǔ)上繼續(xù)識(shí)別手勢(shì)結(jié)果是否屬于機(jī)械手抓取動(dòng)作，若屬于此操作，進(jìn)入T6，若不屬于則返回T2，繼續(xù)識(shí)別；
T6，發(fā)送代表機(jī)械手相應(yīng)抓取的字符數(shù)據(jù)給控制板，通過(guò)控制板發(fā)出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓其動(dòng)作。
[0014]基于Leap Mot1n的體感并聯(lián)機(jī)械手的控制系統(tǒng)，它包括AVR主控制板，LeapMot1n控制器通過(guò)信號(hào)線與AVR主控制板的信號(hào)輸入端相連；外部輸入信號(hào)輸入端也和AVR主控制板相連；AVR主控制板的信號(hào)輸出端同時(shí)連接三個(gè)同步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而分別實(shí)現(xiàn)三組滑輪組支架的上下滑動(dòng)，同時(shí)通過(guò)微型觸動(dòng)開(kāi)關(guān)和下極限位擋板再與AVR主控制板的輸入端相連，形成閉路控制回路；所述機(jī)械手的舵機(jī)與AVR主控制板的信號(hào)輸出端相連，實(shí)現(xiàn)物體的拾取動(dòng)作。
[0015]本發(fā)明有如下有益效果: 本發(fā)明采用上述設(shè)計(jì)，將LeapMot1n體感與并聯(lián)機(jī)械手相結(jié)合，精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加上并聯(lián)機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)不僅滿足了機(jī)械手復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作與空間作業(yè)，而且保證了對(duì)空間位置的高效利用。機(jī)械手結(jié)合體感這一設(shè)計(jì)讓機(jī)械手并不只是傳統(tǒng)的機(jī)械手，體感賦予了機(jī)械手更多的人性，集實(shí)用與觀賞于一身。同時(shí)還保證了整個(gè)動(dòng)作過(guò)程的安全可靠性，提高了工作效率，降低了運(yùn)行成本，節(jié)省了大量空間。此裝置可在科研活動(dòng)、產(chǎn)品展示中大范圍使用。
[0016]上述所述步進(jìn)電機(jī)支架包括底部支架，底部支架兩端連接有滑輪組支架的導(dǎo)軌，底部支架中間部位固定安裝有步進(jìn)電機(jī)固定架，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一號(hào)螺釘與步進(jìn)電機(jī)固定架固定相連，滑輪組支架的下極限位擋板通過(guò)L型支架與導(dǎo)軌固定連接，步進(jìn)電機(jī)支架頂端固定安裝有U型支架，滑輪軸通過(guò)深溝球軸承安裝在U型支架上，滑輪軸上固定安裝有同步帶滑輪并通過(guò)定位套筒定位，同步帶滑輪通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與同步帶一起帶動(dòng)滑輪組支架沿其導(dǎo)軌上下滑動(dòng)。每個(gè)滑輪組支架都通過(guò)兩個(gè)螺紋桿組件與機(jī)械手固定件相連，通過(guò)三個(gè)滑輪組支架的上下協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)來(lái)精確控制機(jī)械手的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其空間動(dòng)作。
[0017]上述夾持機(jī)構(gòu)機(jī)械手包括與機(jī)械手固定件通過(guò)二號(hào)螺釘和螺母固定相連的L型連接件，舵機(jī)支架固定安裝在機(jī)械手固定件的底部，夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌通過(guò)三號(hào)螺釘固定安裝在舵機(jī)支架的底部，舵機(jī)的輸出軸與曲柄中心相連，曲柄的兩端對(duì)稱(chēng)鉸接有連桿，連桿上鉸接有上滑塊，上滑塊上固定有下滑塊，下滑塊上安裝有夾持器，夾持器與夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌構(gòu)成滑動(dòng)配合，通過(guò)舵機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)夾持器沿夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌左右移動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾持動(dòng)作。舵機(jī)的輸出端與曲柄連接，曲柄、連桿和滑塊、組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，夾持器固定在滑塊上，兩個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)共用一個(gè)曲柄，兩個(gè)夾持器對(duì)稱(chēng)分布在夾持器移動(dòng)導(dǎo)軌兩端，通過(guò)舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳遞帶動(dòng)夾持器的左右移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的夾取。
上述螺紋桿組件包括一個(gè)螺紋桿，螺紋桿兩端安裝有內(nèi)孔桿端軸承，軸承內(nèi)安裝三自由度球閥，螺紋桿組件通過(guò)螺釘安裝在L型連接件上。通過(guò)螺紋桿能夠?qū)C(jī)械手固定件進(jìn)行加持和移動(dòng)，從而便于實(shí)現(xiàn)空間動(dòng)作。
[0018]上述滑輪組支架包括L型觸控?fù)醢?，尼龍滑輪與深溝球軸承由過(guò)盈配合相連，同軸安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上。四個(gè)尼龍滑輪成矩形分布在兩個(gè)支架之間，其中上面兩個(gè)尼龍滑輪之間的最小距離比滑輪導(dǎo)軌寬度略大，故兩者之間為間隙配合，下面的兩個(gè)尼龍滑輪起到增強(qiáng)滑動(dòng)可靠性作用。兩個(gè)螺桿連接件對(duì)稱(chēng)安裝在右支架