CN104858869A - 一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，包括一个固定底座和一个旋转底座，一个大臂连接在旋转底座上，大臂末端连接有小臂，小臂末端连接机械手固定平台，机械手固定平台上装有机械手转动平台，机械手转动平台末端连接有两根柔性机械手指，机械手转动平台上安装有抓取定位传感器，抓取定位传感器包括两个部分：一个彩色摄像头，用以定位物体中心；一个点状激光管，用于与彩色摄像头结合通过三角测距原理确定机械手与被抓取物的距离。本发明通过结合直接传动、连杆传动、同步带传动、拉线传动，大大减少了机械臂末端的重量，同时保证了比较大的可动范围，解决了机械臂自由度数量和有效载荷之间的矛盾。

Description

一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂
技术领域
本发明涉及家庭服务机器人机械臂技术领域，特别是涉及一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂。
背景技术
家庭服务机器人需要在实际环境下与各种物件交互，比如抓取、移动各类物体，以及对旋钮、按键等进行操作，这就要求机械臂需要较多的自由度，而其工作于移动平台的定位使机械臂必须是小型的，轻量化的，自由度较多的，低成本的。家庭服务机器人的机械臂控制方法和机械结构都已经比较成熟。目前大多的方案是将舵机或电机安装在机械臂关节处，但是这样的结构会带来机械臂末端质量过大，导致自由度数量和有效载荷的矛盾。对于抓取物体时的物体定位，目前大多的方案是利用固定在机器人主体上的深度摄像头物体识别和几何中心定位，但是这样的方法定位精度低，机械臂各个关节的控制误差将造成比较大的累积误差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，包括一个固定底座和一个旋转底座，所述旋转底座通过第一角度伺服器实现转动；一个大臂连接在旋转底座上，所述的大臂连接第二角度伺服器控制角度，所述大臂末端连接有小臂，所述小臂通过连杆连接第三角度伺服器实现角度控制，所述小臂末端连接机械手固定平台，所述机械手固定平台通过同步带连接第四角度伺服器实现角度控制，所述机械手固定平台上装有机械手转动平台，通过旋转伺服器实现机械手转动平台的旋转，所述机械手转动平台末端连接有两根柔性机械手指，所述柔性机械手指通过拉线连接第五角度伺服器和第六角度伺服器实现柔性机械手指抓力的控制；所述拉线外套有并圈弹簧，并圈弹簧起到导向和支撑拉线的作用；所述第一角度伺服器、第二角度伺服器、第三角度伺服器、第五角度伺服器、第六角度伺服器安装在旋转底座上，第四角度伺服器安装在小臂根部，旋转伺服器安装在机械手固定平台上；所述机械手转动平台上安装有抓取定位传感器，用以在抓取时获取抓取物的空间相对位置，抓取定位传感器包括两个部分：一个彩色摄像头，用以定位物体中心；一个点状激光管，用于与彩色摄像头结合通过三角测距原理确定机械手与被抓取物的距离。
所述拉线直径为0.5-0.8mm，能够持续承受小于30磅的拉力；所述并圈弹簧由0.3mm钢丝绕制，外经2mm，内径1.4mm。
所述彩色摄像头和点状激光管的主光轴距离为15mm，实现1-20cm范围内的距离测量。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明通过结合直接传动、连杆传动、同步带传动、拉线传动，大大减少了机械臂末端的重量，同时保证了比较大的可动范围，解决了机械臂自由度数量和有效载荷之间的矛盾，同时使用一个普通摄像头外加一个点状激光管的方案实现了对抓取物体的精确定位与测距。
附图说明
图1为机械臂结构示意图。
图2为机械臂结构示意图。
图3为小臂与机械手固定平台局部细节图。
图4为机械手局部细节图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施做进一步的说明。
如图1至图4所示，一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，包括一个固定底座1和一个旋转底座2，所述旋转底座2通过第一角度伺服器9实现转动；一个大臂3连接在旋转底座2上，所述的大臂3连接第二角度伺服器10控制角度，所述大臂3末端连接有小臂4，所述小臂4通过连杆16连接第三角度伺服器11实现角度控制，所述小臂4末端连接机械手固定平台5，所述机械手固定平台5通过同步带17连接第四角度伺服器12实现角度控制，所述机械手固定平台5上装有机械手转动平台6，通过旋转伺服器13实现机械手转动平台6的旋转，所述机械手转动平台6末端连接有两根柔性机械手指7，8，所述柔性机械手指7，8通过拉线18连接第五角度伺服器14和第六角度伺服器15实现柔性机械手指7，8抓力的控制；所述拉线18外套有并圈弹簧19，并圈弹簧19起到导向和支撑拉线18的作用；所述第一角度伺服器9、第二角度伺服器10、第三角度伺服器11、第五角度伺服器14、第六角度伺服器15安装在旋转底座2上，第四角度伺服器12安装在小臂4根部，旋转伺服器13安装在机械手固定平台5上；所述机械手转动平台6上安装有抓取定位传感器20，用以在抓取时获取抓取物的空间相对位置，抓取定位传感器20包括两个部分：一个彩色摄像头22，用以定位物体中心；一个点状激光管21，用于与彩色摄像头22结合通过三角测距原理确定机械手与被抓取物的距离。
所述拉线18直径为0.7mm，能够持续承受小于30磅的拉力；所述并圈弹簧19由0.3mm钢丝绕制，外经2mm，内径1.4mm。
所述彩色摄像头22和点状激光管21的主光轴距离为15mm，实现1-20cm范围内的距离测量。

Claims (3)

1.一种带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，其特征在于：包括一个固定底座（1）和一个旋转底座（2），所述旋转底座（2）通过第一角度伺服器（9）实现转动；一个大臂（3）连接在旋转底座（2）上，所述的大臂（3）连接第二角度伺服器（10）控制角度，所述大臂（3）末端连接有小臂（4），所述小臂（4）通过连杆（16）连接第三角度伺服器（11）实现角度控制，所述小臂（4）末端连接机械手固定平台（5），所述机械手固定平台（5）通过同步带（17）连接第四角度伺服器（12）实现角度控制，所述机械手固定平台（5）上装有机械手转动平台（6），通过旋转伺服器（13）实现机械手转动平台（6）的旋转，所述机械手转动平台（6）末端连接有两根柔性机械手指（7，8），所述柔性机械手指（7，8）通过拉线（18）连接第五角度伺服器（14）和第六角度伺服器（15）实现柔性机械手指（7，8）抓力的控制；所述拉线（18）外套有并圈弹簧（19），并圈弹簧（19）起到导向和支撑拉线（18）的作用；所述第一角度伺服器（9）、第二角度伺服器（10）、第三角度伺服器（11）、第五角度伺服器（14）、第六角度伺服器（15）安装在旋转底座（2）上，第四角度伺服器（12）安装在小臂（4）根部，旋转伺服器（13）安装在机械手固定平台（5）上；所述机械手转动平台（6）上安装有抓取定位传感器（20），用以在抓取时获取抓取物的空间相对位置，抓取定位传感器（20）包括两个部分：一个彩色摄像头（22），用以定位物体中心；一个点状激光管（21），用于与彩色摄像头（22）结合通过三角测距原理确定机械手与被抓取物的距离。
2.根据权利要求1所述的带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，其特征在于：所述拉线（18）直径为0.5-0.8mm，能够持续承受小于30磅的拉力；所述并圈弹簧（19）由0.3mm钢丝绕制，外经2mm，内径1.4mm。
3.根据权利要求1所述的带有物体精确定位功能的轻便型机械臂，其特征在于：所述彩色摄像头（22）和点状激光管（21）的主光轴距离为15mm，实现1-20cm范围内的距离测量。
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