專利名稱：一種機器人用機械臂裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機器人的技術領域，尤其是一種機器人用機械臂裝置。
背景技術：
機械手的研究一直以來是機器人研究的重點，機械手類型繁多，但仿型手一直是機器人機械手研究的主要方向，機械手的研究多是通過仿形研究，希望能和人手一樣，通過多自由度的關節(jié)運動設計來達到有較強的抓取物體能力的目的。但因仿形手設計中涉及的關節(jié)設計復雜、手指運動控制難度高，因為手指控制的機械特性，抓取異性面適應能力低。制造成本較高，制作難度和要求也較高。我們試圖對運動手指抓取物體的機理進行分析，結合美國科學家關于“多功能鉗子”功能的機械手臂的設計原理，對機械手進行結構上的簡化，通過以柔克剛的模式來設置一款機械手，使機械手通過塑性變形和摩擦來達到對不同異性面的適應和抓取目的。使得機器人研究和應用領域不斷發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的動作實現(xiàn)方式，改變機械手設計方法的思路。基于此，還需設計一套用于操控該機械手的動作機構，而現(xiàn)有的動作機構結構復雜，制作難度大，且精確性不高。如何制作一種輕便、簡單、精確度高的動作機構是擺在每一個機器人研究者面前的問題，而動作機構中起到關鍵作用的則是機械臂裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述技術現(xiàn)狀，而提供一種結構簡單、輕便實用、精確度高的機器人用機械臂裝置。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為一種機器人用機械臂裝置，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，小臂前端與抓取機構鉸接配合；大臂上設有傳動組合，傳動組合與動作電機傳動連接。為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括上述的大臂后端設有大臂齒輪，傳動組合通過大臂齒輪與動作電機上的電機齒輪咬合配合。上述的電機齒輪與大臂齒輪輪徑比為1:2。上述的傳動組合包括有第一傳動輪和第二傳動輪，第一傳動輪和第二傳動輪上繞設有傳動帶，第一傳動輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。上述的小臂前端與抓取機構通過滑銷鉸接。上述的電機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)機械桿。[0016]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的一種機器人用機械臂裝置，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，小臂前端與抓取機構鉸接配合；大臂上設有傳動組合，傳動組合與動作電機傳動連接。大臂后端設有大臂齒輪，傳動組合通過大臂齒輪與動作電機上的電機齒輪咬合配合。傳動組合包括有第一傳動輪和第二傳動輪，第一傳動輪和第二傳動輪上繞設有傳動帶，第一傳動輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。本實用新型的一種機器人用機械臂裝置可以用在軟指移物機器人上，軟指移物機器人主要實現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動，要控制機器人將物體抓取，需要通過動作機構完成，動作電機將動力依次傳到通過動作驅(qū)動軸、電機齒輪、大臂齒輪、傳動裝置，在控制裝置的控制下，傳動裝置可以對大臂的仰角進行調(diào)整，用以實現(xiàn)抓取機構收回或者伸出，在小臂上也設有微調(diào)電機，小臂電機可以對小臂的仰角進行微調(diào)，它和傳動裝置共同作用使得本實用新型的動作機構運動更加精確，小臂前端與氣缸后端通過滑銷鉸接。這種滑銷可以使小臂與抓取機構連接處摩擦很小，相當于抓取機構“掛”在小臂上，因此，抓取機構可以保持鉛垂狀態(tài)。抓取機構保持鉛垂狀態(tài)對于軟指移物機器人是非常重要的，因為機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，如果抓取機構傾斜，這抓取效果大減。為了降低整個機器人的重量，減小電機的負荷，大臂和小臂為鋁質(zhì)機械桿，機器人抓取的物品并非重物，鋁質(zhì)機械桿的支撐力足夠使用，電機齒輪與大臂齒輪則為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪，因為考慮到這兩個齒輪是動力傳動的關鍵部件，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。電機齒輪與大臂齒輪輪徑比為1:2，可以將電機齒輪傳遞到大臂齒輪上的扭矩放大一倍，讓動作電機能帶動更大的物品。本實用新型具有結構簡單、輕便實用、精確度高的優(yōu)點。
圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；圖2是圖1使用狀態(tài)圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的實施例作進一步詳細描述。圖1至圖2所示為本實用新型的結構示意圖。其中的附圖標記為大臂1、大臂齒輪11、小臂2、鉸接軸21、滑銷22、傳動組合3、第一傳動輪31、第二傳動輪32、傳動帶33、動作電機4、電機齒輪41、固定座5。如圖1至圖2所示，本實用新型的一種機器人用機械臂裝置，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前端與抓取機構鉸接配合；大臂I上設有傳動組合3,傳動組合3與動作電機4傳動連接。實施例中，大臂I后端設有大臂齒輪11，傳動組合3通過大臂齒輪11與動作電機4上的電機齒輪41咬合配合。實施例中，電機齒輪41與大臂齒輪11輪徑比為1:2。[0028]實施例中，傳動組合3包括有第一傳動輪31和第二傳動輪32，第一傳動輪31和第二傳動輪32上繞設有傳動帶33，第一傳動輪31與大臂齒輪11的輪軸固定連接，第二傳動輪32與大臂I和小臂2的鉸接軸21連接。實施例中，小臂2前端與抓取機構通過滑銷22鉸接。實施例中，電機齒輪41與大臂齒輪11為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪。實施例中，大臂I和小臂2為鋁質(zhì)機械桿。本實用新型的一種機器人用機械臂裝置可以用在軟指移物機器人上，軟指移物機器人主要實現(xiàn)異型面物體的抓取、升降和移動，要控制機器人將物體抓取，需要通過動作機構完成，動作電機4將動力依次傳到通過動作驅(qū)動軸、電機齒輪41、大臂齒輪11、傳動組合3，在控制裝置的控制下，傳動組合3可以對大臂I的仰角進行調(diào)整，用以實現(xiàn)抓取機構收回或者伸出，在小臂上也設有微調(diào)電機，小臂電機可以對小臂的仰角進行微調(diào)，它和傳動組合3共同作用使得本實用新型的動作機構運動更加精確，小臂2前端與抓取機構通過滑銷22鉸接。這種滑銷22可以使小臂2與抓取機構連接處摩擦很小，相當于抓取機構“掛”在小臂2上，因此，抓取機構可以保持鉛垂狀態(tài)。抓取機構保持鉛垂狀態(tài)對于軟指移物機器人是非常重要的，因為機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，如果抓取機構傾斜，這抓取效果大減。為了降低整個機器人的重量，減小電機的負荷，大臂I和小臂2為鋁質(zhì)機械桿，機器人抓取的物品并非重物，鋁質(zhì)機械桿的支撐力足夠使用，電機齒輪41與大臂齒輪11則為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪，因為考慮到這兩個齒輪是動力傳動的關鍵部件，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。電機齒輪41與大臂齒輪11輪徑比為1:2，可以將電機齒輪41傳遞到大臂齒輪11上的扭矩放大一倍，讓動作電機4能帶動更大的物品。軟指設計原理人的手指抓物體時，是利用手指關節(jié)的靈活性，依靠手指對物體表面擠壓而產(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?，抓物品時因摩擦力下降，抓取力也相應下降。根據(jù)這個原理我們設計了這個軟指，其基本工作原理將內(nèi)部裝有適量細微硬質(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)，乳膠套對物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內(nèi)部裝有細微硬質(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，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地擠壓在固化乳膠套中。電機的選擇與大臂運動分析I)大臂驅(qū)動電機的選擇鋁的密度是2. 7xl0~3千克/立方米，通過UG軟件的計算，計算得出施加在力臂最前端的作用力為F=4. 95KG。電機最大負載時，電機扭矩T=5kg*55. 2cm=276kg/cm,電壓12V,轉(zhuǎn)速 36r/min?？紤]到機器人還要對物體進行夾取，因此我們選用了扭矩200kg/cm的渦輪蝸桿電機，經(jīng)過1:2的齒輪變速后，電機扭矩提高到400kg/cm。2 )小臂驅(qū)動電機的選擇[0040]電機最大負載時所需的扭矩T=3kg*135mm=405kg/mm=40. 5kg/cm,選用的電機扭矩為30kg/cm,電壓12v,轉(zhuǎn)速14r/min。經(jīng)過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控制中起到帶動軟指對被抓取物體施加壓力的動作控制，氣缸一端與小臂相連，另一端與軟指相連。通過多次實物實驗得出，氣缸在工作中的速度控制、力度控制和穩(wěn)定性對物體抓取能力具有重要影響。通過實驗得出要讓機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。操控設計選擇1.整車的控制包括車輪電機的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)；機器人手臂控制包括電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)。2.電機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。3.遙控器的方式的選擇首先，我們考慮的是開關的選擇，我們考慮過三種開關點動開關，微動開關和撥動式開關。從按鈕的舒適度來講，點動式開關按起來比較舒服，也比較靈活，所以我們選擇了點動開關。電機控制設計搖桿電位器控制由三個電位器組成，中間電位器控制整體機器人的原地右轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)，另外一個電位器控制向左，向右，最后個電位器控制向前，向后。大臂，小臂控制是用 兩個繼電器由NPN達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)，乳膠套對物體突出部位表面產(chǎn)生擠壓，因乳膠套內(nèi)部裝有細微硬質(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，提高了物體與乳膠套之間的摩擦力，使物體被牢牢地擠壓在固化乳膠套中。然后通過氣缸電機32推動氣缸31，使伸縮軸33縮短，將物體提起，通過控制大臂I和小臂2控制物品高度，通過行走機構讓機器人彳丁走，將物品運走。性能指標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)實驗表明，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實現(xiàn)的，根據(jù)實驗表明，要實現(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)新點及應用I)適應異型面的抓取，提升機器人的抓取能力。2)機械手臂采用懸掛狀態(tài)，保證氣缸始終保持鉛垂，有利抓取物體時的穩(wěn)定性。軟指移物機器人可以應用與日常生活中，如玩具整理和收集、工具的抓取和移動以及作為其他家庭裝備的輔助裝置。[0056]本發(fā)明的最佳實施例已被闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都不會脫離本發(fā)明的范圍。
權利要求1.一種機器人用機械臂裝置，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)前端與抓取機構鉸接配合；所述的大臂(I)上設有傳動組合(3)，所述的傳動組合(3)與動作電機⑷傳動連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的大臂(I)后端設有大臂齒輪(11)，所述的傳動組合⑶通過大臂齒輪(11)與動作電機⑷上的電機齒輪(41)咬合配合。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的電機齒輪(41)與大臂齒輪(11)輪徑比為1:2。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的傳動組合(3)包括有第一傳動輪(31)和第二傳動輪(32)，所述的第一傳動輪(31)和第二傳動輪(32)上繞設有傳動帶(33)，所述的第一傳動輪(31)與大臂齒輪(11)的輪軸固定連接，所述的第二傳動輪(32)與大臂⑴和小臂⑵的鉸接軸(21)連接。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的小臂(2)前端與抓取機構通過滑銷(22)鉸接。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的電機齒輪(41)與大臂齒輪(11)為鐵質(zhì)齒輪或鋼質(zhì)齒輪。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種機器人用機械臂裝置，其特征是所述的大臂(I)和小臂(2)為鋁質(zhì)機械桿。
專利摘要本實用新型的一種機器人用機械臂裝置，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，小臂前端與抓取機構鉸接配合；大臂上設有傳動組合，傳動組合與動作電機傳動連接。大臂后端設有大臂齒輪，傳動組合通過大臂齒輪與動作電機上的電機齒輪咬合配合。傳動組合包括有第一傳動輪和第二傳動輪，第一傳動輪和第二傳動輪上繞設有傳動帶，第一傳動輪與大臂齒輪的輪軸固定連接，第二傳動輪與大臂和小臂的鉸接軸連接。本實用新型具有結構簡單、輕便實用、精確度高的優(yōu)點。
文檔編號B25J18/02GK202895244SQ20122064213
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日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 申請人:浙江紡織服裝職業(yè)技術學院