CN105563525A - 一种360°全方位活动的机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种360°全方位活动的机械手臂，包括支撑台、手大肌关节活动装置、手小肌关节活动装置、手腕关节活动装置、控制器和锁骨活动装置和控制装置。本发明机械手臂采用360°全方位运动模式，使得手臂运动动作自然流畅，与人的习惯动作融合，电能转化力能过程简单，使输出稳定性得到保证，解决了现在生产流水线手臂动作单一的现象。解决了在3D立体打印方面原来只能采用逐层叠加加料和单一材料打印法的缺陷。还可以用于多个领域，通用性强，大大的提高了社会的人力资源，使生产成本、时间、效率得到确实控制。

Description

一种360°全方位活动的机械手臂

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，具体是一种360°全方位活动的机械手臂。

背景技术

工业手臂用于生产流水线上，释放人的体力劳动，多用应于高危行业等的优点。但有些工业手臂大功率、大动能、粗放，使人与其接触产生安全问题突出。有些工业手臂动作单一，导致有些方位不能到达，与人们习惯手势动作不同步，只能应用于单一工种或岗位上。有些立体打印机采用逐层加料法打印，运动在同一平面上，对其它方面的伸展有限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种360°全方位活动的机械手臂。通过机械能产生与人一样的动作，仿真完成类似人的手臂活动的动作，在3D打印技术上解决多面点打印法，而不是逐层添加料法。可用于多种流水线上，提高工作效率。

本发明采用如下技术方案：一种360°全方位活动的机械手臂，其特征在于，包括支撑台、手大肌关节活动装置、手小肌关节活动装置、手腕关节活动装置、控制器和锁骨活动装置和控制装置；所述支撑台为单层的框架桌型结构，锁骨活动装置安装在支撑台的内部，锁骨活动装置通过一个两端设置有轴连接孔的锁骨滚珠与手大肌关节活动装置连接，锁骨滚珠卡在支撑台的台面上；所述手小肌关节活动装置安装在手大肌关节活动装置的顶部，手腕关节活动装置安装在手小肌关节活动装置的顶部，手腕关节活动装置的末端安装有机械手指。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：本发明机械手臂采用360°全方位运动模式，使得手臂运动动作自然流畅，与人的习惯动作融合，电能转化力能过程简单，使输出稳定性得到保证，解决了现在生产流水线手臂动作单一的现象。解决了在3D立体打印方面原来只能采用逐层叠加加料和单一材料打印法的缺陷。还可以用于多个领域，通用性强，大大的提高了社会的人力资源，使生产成本、时间、效率得到确实控制。

附图说明

图1为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的整体结构主视示意图(该图仅用于示意大致构造，不用于限定具体细节)；

图2为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的整体立体结构示意图；

图3为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的支撑台结构示意图；

图4为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的手大肌关节活动装置结构示意图；

图5为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的手小肌关节活动装置和手腕关节装置结构示意图；

图6为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的控制器结构示意图；

图7为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的控制系统工作流程图；

图8为本发明360°全方位活动的机械手臂一种实施例的控制装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明做进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生出系列产品。如下所做的若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

本发明一种360°全方位活动的机械手臂(参见图1-8)，其特征在于，包括支撑台1、手大肌关节活动装置2、手小肌关节活动装置3、手腕关节活动装置4、控制器和锁骨活动装置6和控制装置。所述支撑台1为单层的框架桌型结构，锁骨活动装置6安装在支撑台1的内部，锁骨活动装置6通过一个两端设置有轴连接孔的锁骨滚珠604与手大肌关节活动装置2连接，锁骨滚珠卡在支撑台的台面上。所述手小肌关节活动装置3安装在手大肌关节活动装置2的顶部，手腕关节活动装置4安装在手小肌关节活动装置3的顶部，手腕关节活动装置4的末端安装有机械手指。

所述锁骨活动装置6由一号锁骨丝杆滚珠轴601、二号锁骨丝杆滚珠轴602、三号锁骨丝杆滚珠轴603、锁骨滚珠604、万向节706、锁骨齿轮704、锁骨光轴705、一号锁骨随行滑铝块701、二号锁骨随行滑铝块702、三号锁骨随行滑铝块703、一号锁骨步进电机101、二号锁骨步进电机102、三号锁骨步进电机103组成，位于支撑台内部。由三号锁骨步进电机103带动一号锁骨丝杆滚珠轴601上的一号锁骨随行滑铝块701前后来回运动，二号锁骨随行滑铝块702安装在一号锁骨随行滑铝块701上。由二号锁骨步进电机102带动二号锁骨丝杆滚珠轴602上的二号锁骨随行滑铝块702左右来回运动，由一号锁骨步进电机101带动三号锁骨丝杆滚珠轴603上的三号锁骨随行滑铝块703前后来回运动，安装在三号锁骨随行滑铝块703上的齿轮704、光轴705随着三号锁骨随行滑铝块703带动上面的万向节706转运，万向节706的上端连接锁骨滚珠604的一端，锁骨滚珠604的另一端与手大肌关节活动装置2相连。

所述手大肌关节活动装置2由一号大肌丝杆滚珠轴401、二号大肌丝杆滚珠轴402、一号大肌随行滑铝块403、二号大肌随行滑铝块404、大肌齿轮406、一号大肌光轴405、大肌连接块407、二号大肌光轴408、一号大肌步进电机201、步进二号大肌电机202和ADXL345传感模块409组成；所述手大肌关节活动装置2位于支撑台上方，由二号大肌步进电机202带动二号大肌丝杆滚珠轴402上的二号大肌随行滑铝块404上下来回运动，推动大肌齿轮406使大肌光轴408可以360°左右转动。一号大肌步进电机201带动一号大肌丝杆滚珠轴401上的一号大肌随行滑铝块403上下来回运动，推动大肌光轴405使连接块407可以125度来回上下折动。手小肌关节活动装置3安装在大肌连接块407上。

所述手小肌关节活动装置3由一号小肌丝杆滚珠轴501、二号小肌丝杆滚珠轴502，一号小肌随行滑铝块503、二号小肌随行滑铝块504、一号小肌光轴505、光轴506、二号小肌光轴506，小肌连接块508、鱼眼杆509、一号小肌步进电机301、二号小肌步进电机302、三号小肌步进电机303、四号小肌步进电机304，MPU6050传感模块410组成；位于手大肌关节活动装置上方，由三号小肌步进电机303带动二号小肌丝杆滚珠轴502上的一号小肌随行滑铝块503上下往复运动，推动小肌光轴507可以上下往复运动，从而使小肌连接块508可以左右45度运动。由四号小肌步进电机304带动一号小肌丝杆滚珠轴501上的二号小肌随行滑铝块504上下来回运动，推动小肌光轴507可以上下回来运动。使鱼眼杆509可以上下90度运动。手腕关节活动装置4安装在小肌连接块508上。

所述手腕活动装置4由一号手腕丝杆轴801，二号手腕丝杆轴802，一号手腕随行滑铝块803、二号手腕随行滑铝块804组成；位于手小肌关节活动装置上方，由一号小肌步进电机301带动软线轴上的二号手腕随行滑铝块803前后来回运动，推动大母指和食指之间的收张运动。由二号小肌步进电机302带动软线轴上的二号手腕随行滑铝块804前后来回运动，推动其它手指之间的收张运动。

所述控制器包括电源、驱动板模块、步进电机、单片机、2.4G通信模块、接收遥控器、ZIGBEE通信模块、SD卡存储模块、MPU6050传感模块、ADXL345传感模块、摄像模块和触控模块。所述驱动板模块包含多个驱动板，每个驱动板均对应与一个步进电机连接，用于驱动对应步进电机的动作。驱动板模块及除步进电机之外的其他的元器件均与单片机电连接。

所述步进电机为多个，分别安装在手大肌关节活动装置2、手小肌关节活动装置3和锁骨活动装置6上。所述锁骨活动装置上的一号锁骨步进电机101、二号锁骨步进电机102、三号锁骨步进电机103，手大肌关节活动装置2上的一号大肌步进电机201、二号大肌步进电机202和手小肌关节活动装3上的一号小肌步进电机301、二号小肌步进电机302、三号小肌步进电机303、四号小肌步进电机304的动力控制端均与控制器电连接，手大肌关节活动装置上的ADXL345传感模块409和手小肌关节活动装置上的MPU6050传感模块410的信号控制均与控制器电连接。

所述控制装置包括发送遥控器、ZIGBEE通信模块、2.4G通讯模块、摄像模块、触控模块、电源和处理器，处理器均与上述元器件电连接。控制装置通过发送遥控器发送指令调控控制器，并对控制器的实时状态进行监控，接收由控制器反馈回来的机械手臂的状态信息。

本发明自由活动的机械手臂能够实现手臂全方位运动和驱动手指收张。控制器得到来自外部的信号，读取安装在手小肌关节活动装置3上和安装在手大肌关节活动装置2上的MPU6050传感模块410和ADXL345传感模块409的数据，通过换算得到对比数据值。然后根据数据值分别发出不同通道的PWM波信号给各个驱动板。驱动板根据PWM波的值来控对应制步进电机的正负转动步数，步进电机带动丝杆让丝杆来回运行产生推力。手大肌关节活动装置2是安装在支撑台上方，是由支撑台里面的锁骨活动装置的一号锁骨步进电机101、二号锁骨步进电机102、三号锁骨步进电机103产生的推力来推动的。手小肌关节活动装置3是安装在手大肌关节活动装置2上方，是由安装在手大肌关节活动装置2上的一号大肌步进电机201、二号大肌步进电机202来推动的。手腕活动装置4是安装在手小肌关节活动装置3上方，是由安装在手小肌关节活动装置3上的一号小肌步进电机301、二号小肌步进电机302、三号小肌步进电机303、四号小肌步进电机304号来推动的。

步进电机的控制是用单片机的多个定时器来驱动不同的驱动板，使多个步进电机可以在同一时内同时运转，互不干扰。数据存储是以时间排序索引，记录每个步进电机的运动数据。

此时，传感器的读数也随着推动装置的移动产生变化。得到的信号反馈给控制器；如果其中有一个方位达到相同的值，控制器就停止该通道输出信号，该对应的步进电机停止转动，其它步进电机实时往复运行。

工作流程：穿戴在人体上控制装置(如手环或遥控器)，采集到人的姿态和位置数据，通过2.4G无线通信模块或ZIGBEE无线通信模块向控制器发送姿态指令，控制器然后读取本身的传感器数据与其对比，通过运算得到结果，驱动步进电机运转，使机械手臂运动到同样的方向和位置.

控制器的SD卡存储模块，可根据指令，存储每个步进电机的正负转动实时数据。记录某一时段每个步进电机运转的情况，从而完成某一时间段内的多个特定动作，供再次重复调用，如此往复，完成流水上的工作流程。节省时间，节省劳动力，具有很强的实用性

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (1)

1.一种360°全方位活动的机械手臂，其特征在于，包括支撑台、手大肌关节活动装置、手小肌关节活动装置、手腕关节活动装置、控制器和锁骨活动装置和控制装置；所述支撑台为单层的框架桌型结构，锁骨活动装置安装在支撑台的内部，锁骨活动装置通过一个两端设置有轴连接孔的锁骨滚珠与手大肌关节活动装置连接，锁骨滚珠卡在支撑台的台面上；所述手小肌关节活动装置安装在手大肌关节活动装置的顶部，手腕关节活动装置安装在手小肌关节活动装置的顶部，手腕关节活动装置的末端安装有机械手指；

所述锁骨活动装置由一号锁骨丝杆滚珠轴、二号锁骨丝杆滚珠轴、三号锁骨丝杆滚珠轴、锁骨滚珠、万向节、锁骨齿轮、锁骨光轴、一号锁骨随行滑铝块、二号锁骨随行滑铝块、三号锁骨随行滑铝块、一号锁骨步进电机、二号锁骨步进电机、三号锁骨步进电机组成，位于支撑台内部；由三号锁骨步进电机带动一号锁骨丝杆滚珠轴上的一号锁骨随行滑铝块前后来回运动，二号锁骨随行滑铝块安装在一号锁骨随行滑铝块上；由二号锁骨步进电机带动二号锁骨丝杆滚珠轴上的二号锁骨随行滑铝块左右来回运动，由一号锁骨步进电机带动三号锁骨丝杆滚珠轴上的三号锁骨随行滑铝块前后来回运动，安装在三号锁骨随行滑铝块上的齿轮、光轴随着三号锁骨随行滑铝块带动上面的万向节转运，万向节的上端连接锁骨滚珠的一端，锁骨滚珠的另一端与手大肌关节活动装置相连；

所述手大肌关节活动装置由一号大肌丝杆滚珠轴、二号大肌丝杆滚珠轴、一号大肌随行滑铝块、二号大肌随行滑铝块、大肌齿轮、一号大肌光轴、大肌连接块、二号大肌光轴、一号大肌步进电机、步进二号大肌电机和ADXL传感模块组成；所述手大肌关节活动装置位于支撑台上方，由二号大肌步进电机带动二号大肌丝杆滚珠轴上的二号大肌随行滑铝块上下来回运动，推动大肌齿轮使大肌光轴可以度左右转动；一号大肌步进电机带动一号大肌丝杆滚珠轴上的一号大肌随行滑铝块上下来回运动，推动大肌光轴使连接块可以度来回上下折动；手小肌关节活动装置安装在大肌连接块上；

所述手小肌关节活动装置由一号小肌丝杆滚珠轴、二号小肌丝杆滚珠轴，一号小肌随行滑铝块、二号小肌随行滑铝块、一号小肌光轴、光轴、二号小肌光轴，小肌连接块、鱼眼杆、一号小肌步进电机、二号小肌步进电机、三号小肌步进电机、四号小肌步进电机，MPU传感模块组成；位于手大肌关节活动装置上方，由三号小肌步进电机带动二号小肌丝杆滚珠轴上的一号小肌随行滑铝块上下往复运动，推动小肌光轴可以上下往复运动，从而使小肌连接块可以左右度运动；由四号小肌步进电机带动一号小肌丝杆滚珠轴上的二号小肌随行滑铝块上下来回运动，推动小肌光轴可以上下回来运动；使鱼眼杆可以上下度运动；手腕关节活动装置安装在小肌连接块上；

所述手腕活动装置由一号手腕丝杆轴，二号手腕丝杆轴，一号手腕随行滑铝块、二号手腕随行滑铝块组成；位于手小肌关节活动装置上方，由一号小肌步进电机带动软线轴上的二号手腕随行滑铝块前后来回运动，推动大母指和食指之间的收张运动；由二号小肌步进电机带动软线轴上的二号手腕随行滑铝块前后来回运动，推动其它手指之间的收张运动；

所述控制器包括电源、驱动板模块、步进电机、单片机、2.4G通信模块、接收遥控器、ZIGBEE通信模块、SD卡存储模块、MPU传感模块、ADXL传感模块、摄像模块和触控模块；所述驱动板模块包含多个驱动板，每个驱动板均对应与一个步进电机连接，用于驱动对应步进电机的动作；驱动板模块及除步进电机之外的其他的元器件均与单片机电连接；

所述步进电机为多个，分别安装在手大肌关节活动装置、手小肌关节活动装置和锁骨活动装置上；所述锁骨活动装置上的一号锁骨步进电机、二号锁骨步进电机、三号锁骨步进电机，手大肌关节活动装置上的一号大肌步进电机、二号大肌步进电机和手小肌关节活动装上的一号小肌步进电机、二号小肌步进电机、三号小肌步进电机、四号小肌步进电机的动力控制端均与控制器电连接，手大肌关节活动装置上的ADXL传感模块和手小肌关节活动装置上的MPU传感模块的信号控制均与控制器电连接；

所述控制装置包括发送遥控器、ZIGBEE通信模块、2.4G通信模块、摄像模块、触控模块、电源和处理器，处理器均与上述元器件电连接；控制装置通过发送遥控器发送指令调控控制器，并对控制器的实时状态进行监控，接收由控制器反馈回来的机械手臂的状态信息。