專利名稱：模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，尤其涉及一種用于主從操作機(jī)械臂控制指令采集與輸出的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手。
背景技術(shù)：
主從操作是古老的操作方式，機(jī)器人是由此方式發(fā)展演變而來(lái)的。最早期的主從操作機(jī)器人，是結(jié)構(gòu)相同的兩套機(jī)構(gòu)，分別放置在不同的地方，其中主機(jī)器人放置在一個(gè)安全或方便的地方，從機(jī)器人放在人不宜接近的地方，如有強(qiáng)輻射、高溫、水下等環(huán)境。操作者根據(jù)傳感器信息，如視覺(jué)、接觸力覺(jué)、接近覺(jué)等來(lái)操作主機(jī)器人，主機(jī)器人與從機(jī)器人之間存在著機(jī)械耦合，并將主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳遞給從機(jī)器人，從機(jī)器人就跟隨主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。主從操作方式極大地延伸了機(jī)器人的應(yīng)用空間，在許多危險(xiǎn)的或極限環(huán)境下，采用機(jī)器人代替人是唯一可行辦法。因此，人類在外層空間開(kāi)發(fā)、海洋深水作業(yè)及核電站的檢測(cè)與維護(hù)方面，都離不開(kāi)主從式機(jī)器人。主從式機(jī)器人已成為上述領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。此夕卜，在一些危險(xiǎn)的、有毒有害的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，也是主從遙控機(jī)器人用武之地。主從遙控機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分組成:主機(jī)器人、從機(jī)器人和兩者之間的關(guān)連部分。具體講就是主手、從手和兩者之間的通訊。從手就是機(jī)械臂，它可以是關(guān)節(jié)式的或直角坐標(biāo)式，取決于不同作業(yè)任務(wù)的需要。主手的功能是提供人機(jī)界面，操作人員通過(guò)主手施加控制命令。主手有著操作直觀、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)是不具有通用性，即一種類型的主手只能控制一種從手。針對(duì)不同的從手需要設(shè)計(jì)、制造不同類型的主手。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手；本專利主手采用模塊化設(shè)計(jì)，該主手能夠根據(jù)從手(機(jī)械臂)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，滿足不同種類從手的主從控制要求，大大減少了主手設(shè)計(jì)、制造的難度與成本。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明專利采用如下技術(shù)方案:一種模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，包括操作手柄、控制系統(tǒng)、小臂連桿、大臂連桿、多個(gè)關(guān)節(jié)傳感器，所述關(guān)節(jié)傳感器內(nèi)置線性電位計(jì)，操作手柄上設(shè)有按鈕，所述關(guān)節(jié)傳感器、按鈕通過(guò)線纜與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)與從機(jī)械臂通訊，所述操作手柄與六軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸連接，所述六軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與五軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸接，所述五軸關(guān)節(jié)傳感器殼體與小臂連桿一端連接，小臂連桿另一端與四軸傳感器連接，所述四軸傳感器的殼體與三軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸連接，所述三軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與大臂連桿一端連接，大臂連桿的另一端與二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸連接，二軸關(guān)節(jié)傳感器殼體與二軸機(jī)架連接，整個(gè)主手與一軸關(guān)節(jié)傳感器連接。線纜將各關(guān)節(jié)傳感器的電位信號(hào)和手柄按鈕操作信號(hào)傳遞給控制盒，經(jīng)處理后通過(guò)并口、或串口與從機(jī)械臂通訊。所述控制系統(tǒng)采用嵌入式控制系統(tǒng)。
四軸傳感器的殼體與小平衡錘連接，由小平衡錘達(dá)到平衡小臂的自重的目的。大臂連桿的另一端與大配重錘連接，由大配重錘達(dá)到平衡主手的自重和部分平衡力的目的。關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置與從機(jī)械臂自由度一致。關(guān)節(jié)傳感器通過(guò)間隙可調(diào)的滑動(dòng)軸承與輸出軸連接。關(guān)節(jié)傳感器能夠承受軸向、徑向載荷。關(guān)節(jié)傳感器具有兩種安裝方式:外殼固定、輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸固定、外殼旋轉(zhuǎn)，以適合不同主手結(jié)構(gòu)要求?？刂葡到y(tǒng)采用設(shè)于控制盒內(nèi)的嵌入式控制系統(tǒng)。通過(guò)嵌入式控制系統(tǒng)采集各關(guān)節(jié)傳感器的電壓信號(hào)，并根據(jù)通信協(xié)議與從機(jī)械臂通訊。關(guān)節(jié)傳感器與并口連接，以并口方式直接輸出電壓。操作手柄通過(guò)長(zhǎng)條孔與螺紋連接，其中長(zhǎng)條孔可以改變手柄的位置，螺紋可以調(diào)整手柄沿自身軸線的角度。通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)零件，可以自由調(diào)節(jié)手柄位置，適應(yīng)不同操作習(xí)慣的要求。本發(fā)明的工作原理:使用時(shí)，操作人員操作手柄，操作手柄帶動(dòng)各個(gè)連桿與關(guān)節(jié)傳感器運(yùn)動(dòng)，主手連桿尺寸與從機(jī)械臂尺寸成比例。關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置與從機(jī)械臂自由度一致。關(guān)節(jié)傳感器內(nèi)置線性電位計(jì)，將主手各關(guān)節(jié)的位置/速度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)處理后形成從機(jī)械臂各自由度控制指令。模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手只要通過(guò)改變連桿連接位置，或調(diào)整關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置，就可以實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)尺寸的從機(jī)械臂主從控制。本發(fā)明的有益效果:1.本發(fā)明的主手采用模塊化設(shè)計(jì)，該主手能夠根據(jù)從手(機(jī)械臂)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，滿足不同種類從手的主從控制要求，大大減少了主手設(shè)計(jì)、制造的難度與成本，大幅度降低機(jī)械臂主從控制主手的研發(fā)周期與設(shè)計(jì)成本。模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手只要通過(guò)改變連桿連接位置，或調(diào)整關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置，就能夠?qū)崿F(xiàn)不同結(jié)構(gòu)尺寸的從機(jī)械臂主從控制。2.主手設(shè)有平衡錘，能夠平衡主手自重和操作力，保證主手操作舒適。3.關(guān)節(jié)傳感器采用價(jià)格低廉的通用線性電位計(jì)，通過(guò)間隙可調(diào)的滑動(dòng)軸承與輸出軸連接，可以承受軸向、徑向載荷。具有兩種安裝方式:外殼固定、輸出軸旋轉(zhuǎn)；輸出軸固定、外殼旋轉(zhuǎn)，以適合不同主手結(jié)構(gòu)要求。4.采用線性電位計(jì)，輸出電壓與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度呈嚴(yán)格的線性關(guān)系，在輸出電壓的同時(shí)，還可以通過(guò)極性判斷旋轉(zhuǎn)方向，并確定原點(diǎn)位置。


圖1是本發(fā)明實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)圖；圖2是手柄連接部件結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖中:1、串口，2、并口，3、一軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，4、大配重錘，5、二軸關(guān)節(jié)傳感器殼體，6、二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，7、三軸關(guān)節(jié)傳感器殼體，8、三軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，9、四軸關(guān)節(jié)傳感器殼體，10、四軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，11、小臂連桿，12、五軸關(guān)節(jié)傳感器殼體,13、五軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，14、六軸關(guān)節(jié)傳感器殼體，15、六軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸，
16、螺紋連接，17、線纜，18、操作手柄，19、小平衡錘，20、大臂連桿，21、控制盒，22.二軸機(jī)架，23.主手支撐板，24.手柄連接件，25.長(zhǎng)條孔連接件，26.螺紋連接件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。一種模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，包括操作手柄18、采用以AVR單片機(jī)Atmegal28為MCU的具有模數(shù)轉(zhuǎn)換及通訊功能的嵌入式控制系統(tǒng)、小臂連桿11、大臂連桿20、關(guān)節(jié)傳感器，控制系統(tǒng)設(shè)于控制盒21內(nèi)，關(guān)節(jié)傳感器內(nèi)置線性電位計(jì)，操作手柄18上設(shè)有按鈕，關(guān)節(jié)傳感器、按鈕通過(guò)線纜17與控制盒21內(nèi)控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)與從機(jī)械臂通訊，操作手柄18與六軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸15連接，操作手柄18能夠帶動(dòng)六軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸15轉(zhuǎn)動(dòng)。六軸關(guān)節(jié)傳感器殼體14與五軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸13連接,操作手柄18可帶動(dòng)五軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸13擺動(dòng)。五軸關(guān)節(jié)傳感器殼體12與小臂連桿11 一端連接，小臂連桿11另一端與四軸傳感器輸入軸10連接，小臂連桿11可使四軸傳感器輸入軸10轉(zhuǎn)動(dòng)。四軸傳感器殼體9與三軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸8連接，可帶動(dòng)三軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)四軸傳感器殼體9與小平衡錘19連接，小平衡錘19可以平衡小臂的自重。三軸關(guān)節(jié)傳感器殼體7與大臂連桿20 —端連接，大臂連桿20的另一端與二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸6連接，可帶動(dòng)二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，二軸關(guān)節(jié)傳感器殼體5與二軸機(jī)架22連接，。同時(shí)大臂連桿20的另一端與大配重錘4連接，大配重錘4可以平衡主手的自重和部分平衡力。整個(gè)主手安裝在一軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸3上，操作手柄13的轉(zhuǎn)動(dòng)可以帶動(dòng)關(guān)節(jié)傳感器輸入軸3轉(zhuǎn)動(dòng)。主手與控制盒21均安裝在主手支撐板23上?？刂坪?1上設(shè)有串口 1、并口 2，線纜17將各關(guān)節(jié)傳感器的電位信號(hào)和手柄按鈕操作信號(hào)傳遞給控制盒21內(nèi)的控制系統(tǒng)，經(jīng)處理后通過(guò)并口 2、或者串口 I與從機(jī)械臂通訊。由于采用線性電位計(jì)，輸出電壓與關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度呈嚴(yán)格的線性關(guān)系在輸出電壓的同時(shí)，還可以通過(guò)極性判斷旋轉(zhuǎn)方向，并確定原點(diǎn)位直。手柄18通過(guò)手柄連接件24、長(zhǎng)條孔連接件25、螺紋連接件26組成的手柄連接部件與六軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸15連接。其中長(zhǎng)條孔連接件可以改變手柄的位置，螺紋連接件旋轉(zhuǎn)可以調(diào)整手柄的角度。通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)零件，可以自由調(diào)節(jié)手柄位置，適應(yīng)不同操作習(xí)慣的要求。模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手只要通過(guò)改變連桿連接位置，或調(diào)整關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置，就可以實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)尺寸的從機(jī)械臂主從控制。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，包括操作手柄、控制系統(tǒng)、小臂連桿、大臂連桿、多個(gè)關(guān)節(jié)傳感器，所述關(guān)節(jié)傳感器內(nèi)置線性電位計(jì)，操作手柄上設(shè)有按鈕，所述關(guān)節(jié)傳感器、按鈕通過(guò)線纜與控制系統(tǒng)連接，所述控制系統(tǒng)與從機(jī)械臂通訊，所述操作手柄與六軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸連接，所述六軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與五軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸接，所述五軸關(guān)節(jié)傳感器殼體與小臂連桿一端連接，小臂連桿另一端與四軸傳感器連接，所述四軸傳感器的殼體與三軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸連接，所述三軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與大臂連桿一端連接，大臂連桿的另一端與二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸連接，二軸關(guān)節(jié)傳感器殼體與二軸機(jī)架連接，整個(gè)主手與一軸關(guān)節(jié)傳感器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述四軸傳感器的殼體與小平衡錘連接。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述大臂連桿的另一端與大配重錘連接。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述關(guān)節(jié)傳感器的數(shù)量和安裝位置與從機(jī)械臂自由度一致。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述關(guān)節(jié)傳感器通過(guò)間隙可調(diào)的滑動(dòng)軸承與輸出軸連接。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述控制系統(tǒng)采用設(shè)于控制盒內(nèi)的嵌入式控制系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述關(guān)節(jié)傳感器與并口連接，以并口方式直接輸出電壓。
8.如權(quán)利要求1所述的主從操作機(jī)械臂控制主手，其特征是，所述操作手柄采用螺紋連接，螺紋連接件通過(guò)長(zhǎng)條孔與主手關(guān)節(jié)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模塊化主從操作機(jī)械臂控制主手，包括操作手柄、控制盒、小臂連桿、大臂連桿、關(guān)節(jié)傳感器，關(guān)節(jié)傳感器內(nèi)置線性電位計(jì)，操作手柄上設(shè)有按鈕，關(guān)節(jié)傳感器、按鈕通過(guò)線纜與控制盒連接，控制盒與與從機(jī)械臂通訊，操作手柄與六軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸Ⅵ連接，六軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與五軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸Ⅴ連接，五軸關(guān)節(jié)傳感器殼體與小臂連桿一端連接，小臂連桿另一端與四軸傳感器連接，四軸傳感器的殼體與三軸關(guān)節(jié)傳感器的輸入軸Ⅲ連接，三軸關(guān)節(jié)傳感器的殼體與大臂連桿一端連接，大臂連桿的另一端與二軸關(guān)節(jié)傳感器輸入軸Ⅱ連接，整個(gè)主手安裝在一軸關(guān)節(jié)傳感器上。主手采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足主從控制要求，減少設(shè)計(jì)制造的難度與成本。
文檔編號(hào)B25J3/00GK103170961SQ20131013816
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者戚暉, 趙玉良 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院