CN103213132B - 特种机器人机械臂遥控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种机器人机械臂遥控系统，包括：遥控操作盒本体、遥控装置及位移传感器，所述的遥控装置活动连接在所述的遥控操作盒本体上，所述的位移传感器与所述的遥控操作盒本体内的AD采集电路板相连，所述的位移传感器设于所述的遥控装置上。使用时，操作者控制遥控装置的机械臂，AD采集电路板采集安装于遥控装置各关节的位移传感器的数据，获得机器人本体机械臂各个关节运动的预期运动数据，再通过与操作盒计算机相连的无线通讯模块传递给机器人的本体以达到遥控操作的目的。本发明，可以让特种机器人的本体机械手臂更灵活更直接的被控制，操作人员学习操控的时间更短。

Description

特种机器人机械臂遥控系统

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体地讲，是指一种特种机器人机械臂遥控系统。

背景技术

特种机器人是人工智能信息技术和新型机动平台技术高度融合的新概念装备，针对公安、核工业、军事、化工等危险、恶劣、有害环境下的特种应用，可以代替人在危险、恶劣、有害环境中进行观察、检查、搬运、清理、操作及安放特殊装置，用以保证人员的安全、健康，将大大增强公安、武警、消防人员在危险作业环境下的应变能力与作业效率。近年来，特种机器人的应用行业越来越多，整体市场规模迅速扩大。

特种机器人(如图1所示)大多采用全遥控或半自主的工作方式运行，因此遥操作装置是特种机器人的重要组成部分。特种机器人的操作员主要是公安、消防、武警等部门的工作人员，对于机器人控制技术了解较少。目前特种机器人遥控装置多为电脑或遥控操作盒或手柄。电脑操作很不直观，基本用于产品开发阶段调试。而后两者都是通过摇杆或旋钮对机器人本体运动以及多自由度机械臂运动进行控制。但机械臂自由度较多，使用摇杆或旋钮控制很不直观，不能有效的操控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种特种机器人机械臂遥控系统，其可克服现有的缺陷，机械手臂能更灵活更直接的被控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种特种机器人机械臂遥控系统，包括：遥控操作盒本体、遥控装置及位移传感器，所述的遥控装置活动连接在所述的遥控操作盒本体上，所述的位移传感器与所述的遥控操作盒本体内的AD采集电路板相连，所述的位移传感器设于所述的遥控装置上。

优选地，遥控装置包括依次连接的夹持机构、传动机构、支撑机构，所述的支撑机构用于所述的遥控装置与所述的遥控操作盒本体相连，所述的传动机构用于夹持机构与支撑机构的活动相连。

优选地，所述的传动机构包括至少一第一关节、至少一第二关节、至少一关节连接杆，所述的第一关节用于关节连接杆与夹持机构的活动连接和关节连接杆之间的活动连接，所述的第二关节用于关节连接杆与支撑机构的活动连接和关节连接杆之间的活动连接。

优选地，所述的第一关节，其包括有管状体及设于其中的旋转组件，所述的关节连接杆的一端固设于所述的旋转组件的固定端，所述的夹持机构与与旋转组件的旋转端固设。

优选地，所述的旋转组件，其包括有阻尼器、小圆螺母、固定钢垫及固定螺丝，所述的固定钢垫与管状体固设，所述的小圆螺母、阻尼器依次设置在管状体内，所述的管状体内壁上设有阻尼器定位孔。

优选地，所述的第二关节，其包括有连接块及转轴组件，所述的关节连接杆的另一端套设在所述的转轴组件上；所述的支撑装置与所述转轴组件相连。

优选地，所述的转轴组件包括碟簧、螺栓、小圆螺母，所述的碟簧、小圆螺母套设在所述的螺栓，所述的螺栓架设有所述的连接块上。

优选地，所述的碟簧设有两个。

优选地，所述的夹持机构，其包括夹具手指、手指转动轴、夹具固定夹片、夹具杆固定结构及齿轮，所述的夹具手指及齿轮套设在所述的手指转动轴上，所述的手指转动轴设于所述的夹具固定夹片上，所述的夹具杆固定结构设于所述的夹具固定夹片上。

优选地，所述的夹具杆固定结构，其包括螺母、螺栓及固定轴，所述的固定轴设于夹具固定夹片上，其中心设有通孔，所述的螺栓穿过该通孔，与所述的螺母固设。

优选地，所述的夹具手指的末端具有手指套。

优选地，所述的位移传感器为一组，分别设于所述的遥控装置的各关节处。

采用上述技术方案后，使用时，操作者控制遥控装置的机械臂，AD采集电路板采集安装于遥控装置各关节的位移传感器的数据，获得机器人本体机械臂各个关节运动的预期位置数据，再通过与操作盒计算机相连的无线通讯模块传递给机器人的本体以达到遥控操作的目的。本发明，与习用相比，其优点在于：1)通过使用这种结构的遥控装置，可以让特种机器人的本体机械手臂更灵活更直接的被控制，操作人员学习操控的时间更短。2)底部采用接插件使特种机器人在更换完本体机械臂以完成不同功用的时候，操作盒也可以同时更换相同的遥控装置来实现同步控制。3)各个活动关节处加入了阻尼装置可以提高机械臂控制微动时的精度，并有效防止关节随意滑动。

附图说明

图1是现有的特种机器人结构示意图。

图2是本发明的遥控操作盒的结构示意图。

图3是图2中的遥控装置的放大图。

图4是电气连接示意图。

图5是夹持机构的主视图。

图6是夹持机构的侧视图。

图7是夹持机构的平视剖视图。

图8是位移传感器的结构示意图。

图9是夹具杆固定结构的示意图。

图10是横滚关节的结构示意图。

图11是横滚关节旋转组件的结构示意图。

图12是关节连接件一端的结构示意图。

图13是俯仰关节的结构示意图。

图14是俯仰关节的分解示意图。

图15是俯仰关节的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2-15所示，本发明公开了一种特种机器人机械臂遥控系统，其包括：遥控操作盒本体1、遥控装置2及位移传感器3，所述遥控装置2具有与特种机器人完全相同的结构，其中：

遥控操作盒本体1上设有接口11，遥控操作盒本体1的内部还设有AD采集电路板，参考图4所示，AD采集电路板把采集到的数据通过与计算机主板连接的通信总线传送给运行于计算机主板的核心处理程序，再通过与计算机相连的无线通讯模块传递给机器人的本体以达到遥控操作的目的。

参考图3所示，遥控装置2包括依次连接的夹持机构23、传动机构22、支撑机构21，所述的支撑机构21用于遥控装置2与遥控操作盒本体1的连接，传动机构22用于夹持机构23与支撑机构21的活动相连。

传动机构22包括至少一第一关节24、至少一第二关节222、至少一关节连接杆223，第一关节24用于关节连接杆223与夹持机构23的活动连接和关节连接杆223与关节连接杆223的活动连接，第二关节222用于关节连接杆223与支撑机构21的活动连接和关节连接杆223与关节连接杆223的活动连接。

所述的第一关节24为横滚关节，所述的第二关节222为俯仰关节。在本实施例中，俯仰关节设有两个，关节连接杆223也设有两个，在支撑机构21的上端铰设有一个俯仰关节222，在关节连接杆223活动连接在两个俯仰关节222之间，关节连接件223一端与俯仰关节222铰接，另一端与第一关节24连接，夹持机构23连接在第一关节24上。

参考图10所示，第一关节24，其包括两垂直设置的管状体241、242及旋转组件243，其中一管状体241与关节连接杆223连接，其壁上设有转轴固定螺孔2411，其内设有位移传感器3的定位孔2412及阻尼器定位孔2413，管状体242为夹具夹片的固定套管。

参考图11所示，旋转组件243，其包括有阻尼器2431、小圆螺母2432、固定钢垫2433、固定螺丝2434及轴承2435，固定钢垫2433固定套设在关节连接杆223的一端，通过固定螺丝2434将其固定在管状体241的转轴固定螺孔2411中。阻尼器2431两侧设有与定位孔2413相适应的凸块，其通过小圆螺母2432与固定钢垫2433固设，且小圆螺母2432与固定钢垫2433间还设有轴承2435。阻尼器2431，用于增大摩擦力，使得第一关节24可以在外力作用不大的情况下保持当前位置。阻尼器2431上还设有一位移传感器3。

参考图12所示，关节连接杆223，其一端的结构，为顶端设有装设位移传感器3的固定槽2221，其上设有阻尼器2431内圈的固定键槽2222及固定轴承2435的凸台2223。该连接杆的端部结构，可用于旋转于遥控装置的夹具或遥控装置与操作盒本体1的连接处。

参考图13所示，俯仰关节222，其包括有凹状的连接块231及一转轴组件232实现关节连接杆223与支撑机构21的活动连接和关节连接杆223与关节连接杆223的活动连接。。关节连接杆223套设在转轴组件232上。遥控装置可以有一个或者多个此种关节以实现多关节的联合运动。

参考图14、15所示，转轴组件232包括碟簧2321、轴承2322、螺栓2323、小圆螺母2324，碟簧2321、轴承2322及小圆螺母2324套设在螺栓2323上，碟簧2321设有两个，分别设于关节连接杆223的两侧，其具有增加关节阻尼的作用，轴承2322也设有两个，分别设于碟簧2321的两外侧，小圆螺母2324其中一轴承2322的外侧，其可调整阻尼的大小。在另一轴承2322的外侧，设有位移传感器3。在螺栓2323上还设有关节连接杆223单头端定位键2325。

关节连接杆223的端部套设在螺栓2323上。

参考图5、6、7所示，夹持机构23，其包括夹具手指231、手指转动轴232、轴承233、夹具固定夹片234、夹具杆固定结构235及齿轮236，参考图5所示，夹具手指231设有两个，其外侧设有手指套2311，夹具固定夹片234也设有两个，轴承233也设有两对，分别套设在手指转动轴232上，靠近夹具固定夹片234的内壁，且其上设有安装手指转动轴232的两个孔，夹具手指231套设在手指转动轴232上，齿轮236套设在手指转动轴232上，且位于夹具手指231与轴承233之间。夹具杆固定结构255设于两夹具固定夹片234之间。

参考图6所示，位移传感器3设于手指转动轴232上。

参考图9所示，夹具杆固定结构235，其包括螺母2351、螺栓2352及固定轴2353，固定轴2353设于两夹具固定夹片234之间，其中心设有通孔，螺栓2352穿过该通孔，与螺母2351固设。

位移传感器3，其设有一组，分别设于每个关节处和最终的手臂夹具等带自由度的位置，其通过安装于遥控操作盒本体1上的带有插件的接口11与AD采集电路板相连。

参考图8所示，位移传感器3其包括有传感器本体31、设于其上的固定螺丝孔32及转动轴33。装配时，其与夹具手指251的一个手指转动轴252对接，把带齿轮256的夹具手指251转动时与夹具固定夹片254之间产生的角位移的大小变为模拟量的电信号，并通过电路传输出来。

本发明的工作原理：

当机器人工作时，本装置通过AD数据采集板同时采集所有关节的位移传感器数据信息，并将这些数据传递给遥操作盒的主控制板，由控制程序转化为对机器人本体机械臂各关节的位置控制命令。再通过无线传输模块，位置控制命令信息发送至机器人本体，来实现机器人机械臂各关节的直观的同步运动控制。在机器人遥控装置上也具有机械限位的设计，由于并不算创新点所以并未列举，遥控装置可以被方便的拆卸，所以在操作盒端只需预留一些空间即可以实现随操作盒携带。

本发明优点：

1)通过使用这种结构的遥控装置，可以让特种机器人的本体机械手臂更灵活更直接的被控制，操作人员学习操控的时间更短。

2)底部采用接插件使特种机器人在更换完本体机械臂以完成不同功用的时候，操作盒也可以同时更换相同的遥控装置来实现同步控制。

3)各个活动关节处加入了阻尼装置可以提高机械臂控制微动时的精度，并有效防止关节随意滑动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种特种机器人机械臂遥控系统，包括：遥控操作盒本体、遥控装置及位移传感器，其特征在于：所述的遥控装置活动连接在所述的遥控操作盒本体上，所述的位移传感器与所述的遥控操作盒本体内的AD采集电路板相连，所述的位移传感器设于所述的遥控装置上；所述的遥控装置包括依次连接的夹持机构、传动机构、支撑机构，所述的支撑机构用于所述的遥控装置与所述的遥控操作盒本体相连，所述的传动机构用于夹持机构与支撑机构的活动相连；

所述的夹持机构，其包括夹具手指、手指转动轴、夹具固定夹片、夹具杆固定结构及齿轮，所述的夹具手指及齿轮套设在所述的手指转动轴上，所述的手指转动轴设于所述的夹具固定夹片上，所述的夹具杆固定结构设于所述的夹具固定夹片上。

2.根据权利要求1所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的传动机构包括至少一第一关节、两个第二关节、两个关节连接杆，所述的第一关节用于第一关节连接杆与夹持机构的活动连接，所述的两个第二关节中的第一个第二关节用于第二关节连接杆与支撑机构的活动连接，两个第二关节中的第二个第二关节用于第一关节连接杆与第二关节连接杆之间的活动连接。

3.根据权利要求2所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的第一关节，其包括有管状体及设于其中的旋转组件，所述的第一关节连接杆的一端固设于所述的旋转组件的固定端，所述的夹持机构与旋转组件的旋转端固设。

4.根据权利要求3所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的旋转组件，其包括有阻尼器、小圆螺母、固定钢垫及固定螺丝，所述的固定钢垫与管状体固设，所述的小圆螺母、阻尼器依次设置在管状体内，所述的管状体内壁上设有阻尼器定位孔。

5.根据权利要求2所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所有第二关节，均包括有连接块及转轴组件，所述的第二关节连接杆的一端套设在所述第一个第二关节的转轴组件上；所述的支撑机构与第一个第二关节的转轴组件相连。

6.根据权利要求5所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的转轴组件包括碟簧、螺栓、小圆螺母，所述的碟簧、小圆螺母套设在所述的螺栓，所述的螺栓架设有所述的连接块上。

7.根据权利要求6所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的碟簧设有两个。

8.根据权利要求1所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的夹具杆固定结构，其包括螺母、螺栓及固定轴，所述的固定轴设于夹具固定夹片上，其中心设有通孔，所述的螺栓穿过该通孔，与所述的螺母固设。

9.根据权利要求1所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的夹具手指的末端具有手指套。

10.根据权利要求1所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的位移传感器为一组，分别设于所述的遥控装置的各关节处。

11.根据权利要求2所述的特种机器人机械臂遥控系统，其特征在于：所述的第一关节为横滚关节，所有第二关节均为俯仰关节。