CN106239556B - 用于模拟机械臂的阻尼关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于模拟机械臂的阻尼关节，涉及机械臂技术领域。所述用于模拟机械臂的阻尼关节包括小臂、上臂、盖板、传感器和螺杆，其中：上臂和小臂一端铰接，铰接处设置有限位结构；盖板包括中空的盖板帽和圆环状凸台，凸台穿过小臂的铰接孔与上臂上表面接触；盖板和小臂及上臂和小臂之间均设有摩擦片；螺杆穿过盖板、小臂和上臂，将盖板和小臂铰接在上臂上；传感器包括基部和转动轴，转动轴自上臂的铰接孔穿入，从中空螺杆中伸出，传感器配有传感器轴套，转动轴固定在传感器轴套上，传感器轴套固定在小臂上，基部固定在上臂上。本发明既能使小臂相对于上臂在转角范围内自由转动，又能对模拟机械臂施加预紧力，使机械臂保持特定姿态。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂技术领域，特别是指一种用于模拟机械臂的阻尼关节。
背景技术
工业机械臂的控制方式通常有编程控制、遥控控制和模拟控制，其中，编程控制是将事先编好的程序代码上传到机械臂的控制板上，机械臂按照程序指令做相应动作，这种控制方式通常用在生产线上，每台机械臂做重复、固定的工作；遥控控制是使用遥控器、无线手柄等对机械臂进行控制，依据通信协议，事先定义各按键、摇杆的功能，通过WiFi、红外等通信方式控制。
模拟控制是根据真实的机械臂，按一定比例制作模拟机械臂，作业人员用手操作模拟机械臂。模拟机械臂的每个转动副安装一个传感器，传感器采集每个关节的转角传输至工作机械臂的控制板，控制板根据传感器值的变化量控制对应步进电机转动相应的角度。这种控制方式适合有一定精度要求的远程操作，例如输电线路巡线机器人的清障作业、排爆机器人的远程控制等。现有的模拟机械臂的关节通常采用简单的铰接，关节通常不能施加预紧力，这种结构导致以下问题：当模拟机械臂操纵工作机械臂到达某一位置后，若手松开模拟机械臂，模拟机械臂由于重力作用通常无法保持原来的姿态，造成工作机械臂无规则动作。
发明内容
本发明提供一种既能使小臂相对于上臂在转角范围内自由转动，又能对模拟机械臂施加预紧力，使机械臂保持特定姿态的阻尼关节。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种用于模拟机械臂的阻尼关节，包括小臂、上臂、盖板、测量旋转角度的传感器和螺杆，其中：
所述上臂和小臂一端铰接，且两者均具有铰接孔，所述上臂的铰接孔内带有内螺纹，所述上臂和小臂铰接处设置有限位结构；
所述盖板包括中空的盖板帽和设置在所述盖板帽上的圆环状凸台，所述凸台穿过所述小臂的铰接孔与所述上臂的上表面接触；
所述盖板和小臂之间、所述上臂和小臂之间均设置有圆环形摩擦片；
所述螺杆为中空螺杆，所述中空螺杆穿过所述盖板和小臂的铰接孔，连接至所述上臂的铰接孔，将所述盖板和小臂铰接在所述上臂上；
所述传感器包括基部和位于所述基部上的转动轴，所述转动轴自所述上臂的铰接孔穿入，从所述中空螺杆中伸出，所述传感器上端配有传感器轴套，所述传感器的转动轴固定在所述传感器轴套上，所述传感器轴套固定在所述小臂上，所述传感器的基部固定在所述上臂上。
进一步的，所述传感器为电位器或旋转编码器，所述限位结构为位于所述上臂与小臂的接触面边缘的限位凸台。
进一步的，所述盖板的圆环状凸台的末端表面设置有若干等距的第一圆柱突起，所述上臂的上表面设置有与所述第一圆柱突起相适应的第一卡槽。
进一步的，所述传感器的基部与所述上臂接触的表面上设置有第二圆柱突起，所述上臂上设置有与所述第二圆柱突起相适应的第二卡槽。
进一步的，所述传感器轴套的中部设置有用于所述传感器的转动轴末端从中伸出的透孔，所述透孔的侧面设置有螺孔，所述螺孔内设置有顶丝。
进一步的，所述传感器轴套的两端设置有连接孔，采用螺钉固定于所述小臂上。
进一步的，所述传感器轴套和盖板之间保持有一定间隙。
进一步的，所述上臂和小臂的铰接孔处均设置有用于放置所述圆环形摩擦片的凹槽。
进一步的，所述传感器依靠卡套固定在上臂的底面，所述卡套的两侧有连接孔，通过螺丝将所述传感器固定在所述上臂上。
本发明具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节，中空螺杆将盖板、圆环形摩擦片、小臂和上臂通过螺纹连接在一起，在上臂和小臂及盖板与小臂之间各添加了摩擦片，通过中空螺杆调整两臂之间的预紧力，既便于操作，又能保持特定的姿态；上臂和小臂之间设置了限位结构，防止人手的误操作导致机械臂做出不可预测的动作；上臂默认不动，小臂相对于上臂转动时，传感器轴套上的转动轴随小臂转动，这样传感器获得小臂的转角，将转角传递给工作机械臂的相关控制系统，通过控制系统的调控实现工业机械臂的模拟控制。本发明既能使小臂相对于上臂在转角范围内自由转动，又能对模拟机械臂施加预紧力，使机械臂保持特定姿态。
附图说明
图1为本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节的整体结构图；
图2为本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节的整体结构爆炸图；
图3为本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节的盖板、小臂和上臂的连接爆炸图；
图4为本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节的传感器与小臂的连结图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于模拟机械臂的阻尼关节，如图1-4所示，包括小臂1、上臂2、盖板3、测量旋转角度为传感器4和螺杆5，其中：
上臂2和小臂1一端铰接，且两者均具有铰接孔，上臂2的铰接孔内带有内螺纹，上臂2和小臂1铰接处设置有限位结构；
盖板3包括中空的盖板帽6和设置在盖板帽6上的圆环状凸台7，圆环状凸台7穿过小臂1的铰接孔与上臂2的上表面接触；
盖板3和小臂1之间、上臂2和小臂1之间均设置有圆环形摩擦片8；
螺杆5为中空螺杆，中空螺杆穿过盖板3和小臂1的铰接孔；
传感器4包括基部9和位于基部9上的转动轴10，转动轴10自上臂2的铰接孔穿入，从中空螺杆中伸出，传感器4上端配有传感器轴套11，传感器4的转动轴10固定在传感器轴套11上，传感器轴套11固定在小臂1上，传感器的基部9固定在上臂2上。
与现有技术相比，本发明的用于模拟机械臂的阻尼关节，中空螺杆将盖板、圆环形摩擦片、小臂和上臂通过螺纹连接在一起，在上臂和小臂及盖板与小臂之间各添加了摩擦片，通过中空螺杆调整两臂之间的预紧力，既便于操作，又能保持特定的姿态；上臂和小臂之间设置了限位结构，防止人手的误操作导致机械臂做出不可预测的动作；上臂默认不动，小臂相对于上臂转动时，传感器轴套上的转动轴随小臂转动，这样传感器获得小臂的转角，将转角传递给工作机械臂的相关控制系统，通过控制系统的调控实现工业机械臂的模拟控制。本发明既能使小臂相对于上臂在转角范围内自由转动，又能对模拟机械臂施加预紧力，使机械臂保持特定姿态。
优选的，传感器4为电位器或旋转编码器，电位器的转角范围为0～300°，旋转编码器可连续旋转0～360°，限位结构为位于上臂2与小臂1的接触面边缘的限位凸台12，小臂1相对于上臂2的转角可限定在转角范围内的任意角度。限位凸台限定了转角范围，防止超出传感器的转角范围对传感器本身造成伤害，也防止人手的误操作导致工作机械臂做出不可预测的动作。
进一步的，盖板3的圆环状凸台7的末端表面设置有3个等距的第一圆柱突起13，上臂2的上表面设置有与第一圆柱突起13相适应的3个第一卡槽14。正确安装时，第一圆柱突起嵌入上臂的第一卡槽内，这样盖板与上臂不会产生相对滑动。
进一步的，传感器4的基部9与上臂2接触的表面上设置有第二圆柱突起15，上臂2上设置有与第二圆柱突起15相适应的第二卡槽(未示出)。这样传感器的主体和上臂不会相对转动。
为了提高本发明的可行性，传感器轴套11为n型，传感器轴套11的中部设置有用于所述传感器的转动轴10末端从中伸出的透孔，所述透孔的侧面设置有螺孔，所述螺孔内设置有顶丝16。保证传感器轴套、传感器转动轴转动一致。
为了提高本发明的稳定性，传感器轴套11的两端设置有连接孔，采用螺钉固定于所述小臂1上。保证电传感器轴套与小臂相对固定。
本发明中，传感器轴套11与盖板3之间保持有一定间隙。防止传感器轴套与盖板摩擦，导致寿命降低。
作为本发明的一种改进，上臂2和小臂1的铰接孔处均设置有用于放置所述圆环形摩擦片8的凹槽17。摩擦片的接触面都有凹槽，防止摩擦片脱落。
另外，传感器4依靠卡套18固定在上臂2的底面，卡套18为U型，卡套18的两侧有连接孔，通过螺丝将传感器4固定在上臂2上。这样传感器的转动轴转动时，保证传感器主体固定不动。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，包括小臂、上臂、盖板、测量旋转角度的传感器和螺杆，其中：
所述上臂和小臂一端铰接，且两者均具有铰接孔，所述上臂的铰接孔内带有内螺纹，所述上臂和小臂铰接处设置有限位结构；
所述盖板包括中空的盖板帽和设置在所述盖板帽上的圆环状凸台，所述圆环状凸台穿过所述小臂的铰接孔与所述上臂的上表面接触；
所述盖板和小臂之间、所述上臂和小臂之间均设置有圆环形摩擦片；
所述螺杆为中空螺杆，所述中空螺杆穿过所述盖板和小臂的铰接孔，连接至所述上臂的铰接孔，将所述盖板和小臂铰接在所述上臂上；
所述传感器包括基部和位于所述基部上的转动轴，所述转动轴自所述上臂的铰接孔穿入，从所述中空螺杆中伸出，所述传感器上端配有传感器轴套，所述传感器的转动轴固定在所述传感器轴套上，所述传感器轴套固定在所述小臂上，所述传感器的基部固定在所述上臂上；
所述传感器的基部与所述上臂接触的表面上设置有第二圆柱突起，所述上臂上设置有与所述第二圆柱突起相适应的第二卡槽。
2.根据权利要求1所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述传感器为电位器或旋转编码器，所述限位结构为位于所述上臂与小臂的接触面边缘的限位凸台。
3.根据权利要求2所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述盖板的圆环状凸台的末端表面设置有若干等距的第一圆柱突起，所述上臂的上表面设置有与所述第一圆柱突起相适应的第一卡槽。
4.根据权利要求3所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述传感器轴套的中部设置有用于所述传感器的转动轴末端从中伸出的透孔，所述透孔的侧面设置有螺孔，所述螺孔内设置有顶丝。
5.根据权利要求4所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述传感器轴套的两端设置有连接孔，采用螺钉固定于所述小臂上。
6.根据权利要求5所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述传感器轴套和盖板之间保持有一定间隙。
7.根据权利要求6所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述上臂和小臂的铰接孔处均设置有用于放置所述圆环形摩擦片的凹槽。
8.根据权利要求7所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述传感器依靠卡套固定在上臂的底面，所述卡套的两侧有连接孔，通过螺丝将所述传感器固定在所述上臂上。
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