CN106863271A - 一种基于光信号控制的机器人手臂 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人手臂技术领域，尤其涉及一种基于光信号控制的机器人手臂，它包括机器人手、环形套筒、第一外壳、第二外壳、第三外壳、第四外壳、第五外壳、连接板、连接板、万向节、凹镜固定杆、第一透镜、第二透镜、第三透镜、凹透镜、第一变比机构、第二变比机构，其中机器人手臂是通过光信号的传导来控制的，光信号通过第一变比机构、第三透镜、第二透镜、第二变比机构、第一透镜、万向节、凹透镜传送到机器人手，从而控制机器人手臂，通过变比机构实现了光信号的转向，并且手臂遭到撞击后能通过选择性主动损坏来削弱撞击力，以保证光信号的顺利传播。

Description

一种基于光信号控制的机器人手臂

所属技术领域

本发明属于机器人手臂技术领域，尤其涉及一种基于光信号控制的机器人手臂。

背景技术

目前机器手臂是机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机器装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影，气压驱动式机器手臂、电气驱动式机器手臂是常见的机器手臂，但其通过电或者液压来传递信号，其内部排线非常复杂，其复杂度必然会增加手臂的故障率。而且手臂受到外力撞击后，其管路、电路极易被破坏，所以设计一种内部结构简单、抗破坏能力的手臂是非常必要的。

本发明设计一种基于光信号控制的机器人手臂解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于光信号控制的机器人手臂，它是采用以下技术方案来实现的。

一种基于光信号控制的机器人手臂，其特征在于：它包括机器人手、环形套筒、第一外壳、第二外壳、第三外壳、第四外壳、第五外壳、连接板、连接板、万向节、凹镜固定杆、第一透镜、第二透镜、第三透镜、凹透镜、第一变比机构、第二变比机构，其中第五外壳一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽；第四外壳侧面安装有连接板，连接板上安装有连接圆板，连接圆板与连接圆槽嵌套配合；第三外壳一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽；一个第四外壳与一个第五外壳组成一对且位于一个平面内，另一个第四外壳与另一个第五外壳组成另一对且两对对称分布，两个第三外壳对称安装在两个第四外壳与两个第五外壳组成的两个平行平面两侧；第一外壳上安装有连接板，连接板上安装有连接圆板，两个第三外壳分别通过各自的连接圆槽与两个第一外壳各自的连接圆板配合而安装有两个第一外壳；两个第二外壳对称安装在两个第一外壳两侧；环形套筒一端通过万向节安装在两个第一外壳之间，机械人手安装在环形套筒另一端；凹透镜安装在第二固定杆上，第二固定杆安装在第一固定杆中间，第一固顶杆两端分别安装在两个第二外壳上，且凹透镜位于环形套筒内；第一变比机构安装在两个第五外壳之间，且第一变比机构位于连接圆槽处；第二变比机构安装在两个第一外壳之间，且第二变比机构位于连接圆槽处；第一透镜两端分别安装在两个对称的第一外壳内侧壁上；第二透镜两端分别安装在两个对称的第三外壳的内侧壁上；第三镜的两端分别安装在两个对称的第四外壳内侧壁上；上述第一透镜与第一外壳之间成锐角，且垂直于第二外壳；第二透镜与第四外壳之间成锐角，且垂直于第三外壳；第三透镜与第三外壳之间成锐角，且垂直于第四外壳。

上述万向节包括内环、外环、内环转轴、内环电机、外环转轴、外环电机，其中内环外缘面上两侧对称地安装有两个内环转轴，内环电机安装在外环內缘面上，内环通过内环转轴安装在外环内侧，且两个内环转轴中的一个安装在内环电机上，另一个安装在外环内侧；外环外缘面上两侧对称地安装有两个外环转轴，外环电机安装在第一外壳內缘面上，外环通过外环转轴安装在第一外壳内侧，且两个外环转轴中的一个安装在外环电机上，另一个安装在第一外壳内侧。

上述第二变比机构包括第二轴套、第二反射镜、第二内齿、第二中间齿、第二小齿、第二中间齿转轴、第二摆动后杆、第二摆动前杆、驱动电机、第二中心轴、第二反射镜转轴、第三轴套，其中驱动电机安装在两个第三外壳中其中一个第三外壳圆形一端的内侧面上，且驱动电机的轴线与第三外壳圆形一端的轴线共线；第二中心轴的一端安装在驱动电机上，另一端通过第三轴套安装有第二内齿，且第二内齿、第三轴套、第二中心轴与驱动电机的轴线共线；第二小齿通过轴承安装在第二中心轴上，且位于第二内齿齿壁和驱动电机之间；第二中间齿转轴安装在具有驱动电机的第三外壳的内侧面上，第二中间齿通过轴承安装在第二中间齿转轴上，且第二中间齿、第二小齿分别与第二内齿齿壁之间留有一定空隙；第二小齿外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；第二小齿具有齿的一侧分别与第二中间齿和第二内齿相互啮合；第二小齿的光滑圆柱面上安装有第二摆动后杆；第二摆动后杆的另一端安装有第二摆动前杆，且第二摆动前杆的另一端安装在和驱动电机同侧的第一外壳的内侧面上；第二反射镜通过轴承安装在第二反射镜转轴上；第二反射镜转轴一端安装在第二内齿侧面，另一端通过第二轴套安装在驱动电机对面的第三外壳内侧面上，且第二内齿、第二反射镜转轴、第二轴套与第二中心轴轴线共线；当第二摆动前杆与第四外壳平行时，第二反射镜的镜面与第四外壳平行；第二中间齿的直径是第二内齿的二分之一。

上述第一变比机构包括第一轴套、第一反射镜、第一内齿、第一中间齿、第一小齿、第一中间齿转轴、第一摆动后杆、第一摆动前杆、驱动电机、第一中心轴、第一反射镜转轴、第三轴套，其中第一中心轴的一端安装在两个第五外壳中其中一个第五外壳圆形一端的内侧面上，另一端通过第三轴套安装有第一内齿，且第一内齿、第三轴套、第二中心轴与第五外壳的连接圆槽的轴线共线；第一小齿通过轴承安装在第一中心轴上，且位于第一内齿齿壁和第五外壳之间；第一中间齿转轴安装在与第一中心轴同侧的五外壳的内侧面上，第一中间齿通过轴承安装在第一中间齿转轴上，且第一中间齿、第一小齿分别与第一内齿齿壁之间留有一定空隙；第一小齿外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；第一小齿具有齿的一侧分别与第一中间齿和第一内齿相互啮合；第一小齿的光滑圆柱面上安装有第一摆动后杆；第一摆动后杆的另一端安装有第一摆动前杆，且第一摆动前杆的另一端安装在与第一中心轴同侧的第五外壳内侧面上；第一反射镜通过轴承安装在第一反射镜转轴上；第一反射镜转轴一端安装在第一内齿侧面另一端通过第一轴套安装在第一中心轴对面的第五外壳的内侧面上，且第一内齿、第一反射镜转轴、第一轴套与第一中心轴轴线共线；当第一摆动前杆与第三外壳平行时，第一反射镜的镜面与第三外壳平行，第一中间齿的直径是第一内齿的二分之一。

上述驱动电机、内环电机、外环电机均通过光电传感器接收的光信号控制。

作为本技术的进一步改进，上述第三外壳的屈服强度为第五外壳屈服强度的三分之二。

作为本技术的进一步改进，上述光信号从机器人躯干内传入机器人手臂，且光信号传入机器人手臂的方向与第三外壳平行。

作为本技术的进一步改进，上述光信号分为两路，当第一反射镜与第三外壳、第二反射镜与第四外壳平行时，第一反射镜的两侧分别具有一路光信号、第二反射镜的两侧分别具有一路光信号。

相对于传统的机器人手臂技术，本发明中机器人手臂是通过光信号的传导来控制的，光信号通过第一变比机构、第三透镜、第二透镜、第二变比机构、第一透镜、万向节，凹透镜传送到机器人手，从而控制机器人手臂。

本发明中为了能够让机器人手全方位运动时能够接收到光信号，需要将光信号散射到机器人手能够运动到的各个方位上，凹透镜具有散射的功能，所以本发明使用了凹透镜，同时为了防止凹透镜与运动的万向节内环干涉，将凹透镜设计安装在环形套筒内侧，且通过凹透镜固定杆固定于环形套筒内侧，为了防止凹透镜固定杆对光信号传送的影响，所以本发明中凹透镜固定杆越细越好，且凹透镜固定杆与凹透镜的连接部位位于凹透镜中心。

本发明中机器人手、环形套筒是通过万向节安装在两个对称的第二外壳內缘面上，其中在万向节中，外环的內缘面上安装有一个内环电机，在外环的内侧安装有两个内环转轴，其中一个安装在内环电机上，另一个安装在外环的内侧，且两个内环转轴安装位置对称；外环电机安装在第二外壳的內缘面上，两个外环转轴分别安装在与之相对应的两个对称的第二外壳内侧，且其中一个安装在外环电机上；内环通过两个内环转轴绕内环转轴的轴线进行转动，外环可以通过两个外环转轴绕外环转轴的轴线进行转动，且内环转轴的轴线和外环转轴的轴线垂直，所以万向节中的内环和外环通过内环转轴和外环转轴的配合可以使外向节进行多方位的转动；因为机器人手和环形套筒是通过万向节安装在两个对称的第二外壳內缘面上的，所以机器人手和环形套筒也具备了多方位转动的功能；当万向节中的内环电机和外环电机接收到光信号时，将控制内环转轴和外环转轴带动内环和外环进行转动，从而控制机器人手和环形套筒的全方位转动。

本发明中第二反射镜安装在第二反射镜转轴上；第一反射镜安装在第一反射镜转轴上；光信号需要依次通过第一反射镜、第二反射镜、凹透镜将光信号传送到机器人手，而由于凹透镜、第二反射镜、第一反射镜在接收光信号时方位不在同一光线内，所以需要改变光信号在它们之间的传播方位。因为光的折射性，所以本发明利用光在空气和透镜中传播速度不同而改变光的传播方位。在第一变比机构、第二变比机构和凹透镜之间安装有三块透镜；第一透镜倾斜地位于第一固定杆和第二变比机构之间，且第一透镜倾向与第二变比机构；第二透镜倾斜地位于第二变比机构和第一变比机构之间，且第二透镜靠近第二变比机构，倾向于第一变比机构；第三透镜倾斜的位于第二透镜和第一变比机构之间，且倾向于第二透镜；当经过第一反射镜的光信号经过第三透镜、第二透镜时。光信号方向会经过两次横向偏移后进入第二反射镜反射范围，经过第二反射镜传送过来的光信号经过第一透镜时，光信号方向再一次横向偏移，并经过凹透镜中心，通过凹透镜散射。通过三个透镜对光信号传送方向的横向偏移，可以使光信号依次通过第一反射镜、第二反射镜和凹透镜，从而将光信号传送到机器人手。

本发明中因为光信号在第一外壳和第二外壳发生转动时，光信号本身的传送方向不会发生改变，但光信号需要到达凹透镜并传送到机器人手，所以光信号方向需要随着第一外壳和第二外壳的转动而转动一定的角度。发明中设计了第二反射镜对光信号进行反射转向。为了保证光信号的转向角度与第一外壳和第二外壳的转动角度相同，所以设计第二反射镜转动的角度为第一外壳和第二外壳转动角度的一半，因为本发明中驱动电机依次通过第二中心轴、第二小齿、第二中间齿、第二内齿、第二反射镜转轴来驱动第二反射镜；第二小齿通过第二摆动前杆和第二摆动后杆来驱动第一外壳和第二外壳，所以本发明中设计的第二内齿和第二小齿的半径比为二比一；通过第二小齿，第二中间齿合第二内齿之间的传动比的调节可以避免光信号在第一外壳和第二外壳发生转动时对光信号传送的影响，具有较强的实用效果。

本发明中为了防止手臂受到撞击后变形而引起光信号传播中断，设计了第三外壳在受到外力撞击时会碎裂，且第四外壳和第五外壳之间具有旋转副可以相互转动。而光信号本身的传送方向不会发生改变；但光信号需要到达第二变比机构并传送到凹透镜；所以光信号方向需要随着第四外壳与第五外壳的相互转动而转动一定的角度。发明中设计了第一反射镜对光信号进行反射转向。为了保证光信号的转向角度与第四外壳和第五外壳之间相互转动的角度相同，所以设计第一反射镜转动的角度为第四外壳和第五外壳之间相互转动的角度的一半，因为本发明中第五外壳依次通过第一中心轴、第一小齿、第一中间齿、第一内齿、第一反射镜转轴来驱动第一反射镜；第一小齿通过第一摆动前杆和第一摆动后杆来驱动第四外壳，所以本发明中设计的第一内齿和第一小齿的半径比为二比一；通过第一小齿，第一中间齿合第一内齿之间的传动比的调节可以避免光信号在第四外壳发生转动时对光信号传送的影响，具有较强的实用效果。

本发明中因为第一反射镜和第二反射镜有一定的厚度；当第一反射镜和第二反射镜不进行转动时，光信号会沿着平行于反射镜镜片方向传播过去；当第一反射镜和第二反射镜发生转动时，且转动一定角度后，光信号可能正好被反射镜侧框挡住，造成信号中断。所以设计的光信号为两路，且分别位于反射镜两侧。一路光信号正好被反射镜侧框挡住时，另一路光信号会斜射到第一反射镜或者第二反射镜上，由于反射镜的反射作用，斜射到反射镜片上的光信号就会被反射出去，从而将光信号被传送出去；当第一反射镜和第二反射镜发生转动时，且转动一个比较大的角度后，光信号会全部斜射到第一反射镜或第二反射镜上，由于反射镜的反射作用，斜射到反射镜上的光就会被反射出去，从而将光传送出去；因为手臂旋转方向不确定导致反射镜转动的方向不确定，所以本发明中第一反射镜和第二反射镜均使用双面镜。

本发明设计的机器人手臂利用光波来传递信号，通过变比机构实现了光信号的转向，并且手臂遭到撞击后能通过选择性主动损坏来削弱撞击力，以保证光信号的顺利传播。

附图说明

图1是整体部件外观示意图。

图2是整体部件结构分布示意图。

图3是机器手、环形套筒安装示意图。

图4是万向节结构示意图。

图5是凹透镜、凹镜固定杆安装示意图。

图6是凹透镜、凹镜固定杆剖视图。

图7是第二变比机构安装示意图。

图8是第二变比机构结构示意图。

图9是第二变比机构剖视图。

图10是第二内齿结构示意图。

图11是第一变比机构安装示意图。

图12是第一变比机构结构示意图。

图13是第一变比机构剖视图。

图14是第一反射镜结构示意图。

图15是连接圆槽结构剖视图。

图16是连接圆槽结构示意图。

图17是连接板结构示意图。

图18是连接圆板结构示意图。

图19是光信号传播原理示意图。

图20是反射镜运行原理示意图。

图中标号名称：1、机器人手，2、环形套筒，3、第一外壳，5、连接板，6、第二外壳，7、万向节，8、凹镜固定杆，9、第一透镜，10、第二变比机构，11、第二透镜，12、第三透镜，13、第一变比机构，14、外环电机，15、内环，16、外环，17、内环转轴，18、内环电机，19、外环转轴，20、凹透镜，21、第二轴套，22、第二反射镜，23、第二内齿，24、第二中间齿，25、第二小齿，26、第一摆动前杆，27、驱动电机，28、第二中间齿转轴，29、第二反射镜转轴，30、第二中心轴，31、第一中间齿，32、第一摆动后杆，33、第一中间齿转轴，34、第一中心轴，35、第一小齿，36、第一轴套，37、第一反射镜，38、第一内齿，39、第一反射镜转轴，40、第三轴套，41、第三外壳，42、第四外壳，43、第五外壳，44、第二摆动后杆，45、第二摆动前杆，47、连接圆板，48、连接圆槽。具体实施方式

如图1、2所示，它包括机器人手1、环形套筒2、第一外壳3、第二外壳6、第三外壳41、第四外壳42、第五外壳43、连接板5、连接板5、万向节7、凹镜固定杆8、第一透镜9、第二透镜11、第三透镜12、凹透镜20、第一变比机构13、第二变比机构10，如图16、17所示，第五外壳43一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽48；如图15、17所示，第四外壳42侧面安装有连接板5，如图16、17所示，连接板5上安装有连接圆板47，连接圆板47与连接圆槽48嵌套配合；第三外壳41一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽48；一个第四外壳42与一个第五外壳43组成一对且位于一个平面内，另一个第四外壳42与另一个第五外壳43组成另一对且两对对称分布，如图1所示，两个第三外壳41对称安装在两个第四外壳42与两个第五外壳43组成的两个平行平面两侧；第一外壳3上安装有连接板5，连接板5上安装有连接圆板47，如图15所示，两个第三外壳41分别通过各自的连接圆槽48与两个第一外壳3各自的连接圆板47配合而安装有两个第一外壳3；两个第二外壳6对称安装在两个第一外壳3两侧；如图2、6所示，环形套筒2一端通过万向节7安装在两个第一外壳3之间，机械人手安装在环形套筒2另一端；如图5、6所示，凹透镜20安装在第二固定杆上，第二固定杆安装在第一固定杆中间，第一固顶杆两端分别安装在两个第二外壳6上，且凹透镜20位于环形套筒2内；如图2所示，第一变比机构13安装在两个第五外壳43之间，且第一变比机构13位于连接圆槽48处；如图2所示，第二变比机构10安装在两个第一外壳3之间，且第二变比机构10位于连接圆槽48处；如图2所示，第一透镜9两端分别安装在两个对称的第一外壳3内侧壁上；第二透镜11两端分别安装在两个对称的第三外壳41的内侧壁上；第三镜的两端分别安装在两个对称的第四外壳42内侧壁上；上述第一透镜9与第一外壳3之间成锐角，且垂直于第二外壳6；第二透镜11与第四外壳42之间成锐角，且垂直于第三外壳41；第三透镜12与第三外壳41之间成锐角，且垂直于第四外壳42。

如图4所示，上述万向节7包括内环15、外环16、内环转轴17、内环电机18、外环转轴19、外环电机14，其中内环15外缘面上两侧对称地安装有两个内环转轴17，内环电机18安装在外环16內缘面上，内环15通过内环转轴17安装在外环16内侧，且两个内环转轴17中的一个安装在内环电机18上，另一个安装在外环16内侧；外环16外缘面上两侧对称地安装有两个外环转轴19，外环电机14安装在第一外壳3內缘面上，如图3所示，外环16通过外环转轴19安装在第一外壳3内侧，且两个外环转轴19中的一个安装在外环电机14上，另一个安装在第一外壳3内侧。

如图7、8、9所示，上述第二变比机构10包括第二轴套21、第二反射镜22、第二内齿23、第二中间齿24、第二小齿25、第二中间齿转轴28、第二摆动后杆44、第二摆动前杆45、驱动电机27、第二中心轴30、第二反射镜转轴29、第三轴套40，其中如图8所示，驱动电机27安装在两个第三外壳41中其中一个第三外壳41圆形一端的内侧面上，且驱动电机27的轴线与第三外壳41圆形一端的轴线共线；如图9、10所示，第二中心轴30的一端安装在驱动电机27上，另一端通过第三轴套40安装有第二内齿23，且第二内齿23、第三轴套40、第二中心轴30与驱动电机27的轴线共线；如图7、8所示，第二小齿25通过轴承安装在第二中心轴30上，且位于第二内齿23齿壁和驱动电机27之间；第二中间齿转轴28安装在具有驱动电机27的第三外壳41的内侧面上，第二中间齿24通过轴承安装在第二中间齿转轴28上，且如图9所示，第二中间齿24、第二小齿25分别与第二内齿23齿壁之间留有一定空隙；如图7所示，第二小齿25外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；第二小齿25具有齿的一侧分别与第二中间齿24和第二内齿23相互啮合；如图8所示，第二小齿25的光滑圆柱面上安装有第二摆动后杆44；第二摆动后杆44的另一端安装有第二摆动前杆45，且第二摆动前杆45的另一端安装在和驱动电机27同侧的第一外壳3的内侧面上；如图14所示，第二反射镜22通过轴承安装在第二反射镜转轴29上；如图7、8所示，第二反射镜转轴29一端安装在第二内齿23侧面，另一端通过第二轴套21安装在驱动电机27对面的第三外壳41内侧面上，且第二内齿23、第二反射镜转轴29、第二轴套21与第二中心轴30轴线共线；当第二摆动前杆45与第四外壳42平行时，第二反射镜22的镜面与第四外壳42平行；第二中间齿24的直径是第二内齿23的二分之一。

如图11、12、13所示，上述第一变比机构13包括第一轴套36、第一反射镜37、第一内齿38、第一中间齿31、第一小齿35、第一中间齿转轴33、第一摆动后杆32、第一摆动前杆26、驱动电机27、第一中心轴34、第一反射镜转轴39、第三轴套40，其中如图11所示，第一中心轴34的一端安装在两个第五外壳43中其中一个第五外壳43圆形一端的内侧面上，另一端通过第三轴套40安装有第一内齿38，且第一内齿38、第三轴套40、第二中心轴30与第五外壳43的连接圆槽48的轴线共线；如图12所示，第一小齿35通过轴承安装在第一中心轴34上，且位于第一内齿38齿壁和第五外壳43之间；如图11、12所示，第一中间齿转轴33安装在与第一中心轴34同侧的五外壳的内侧面上，第一中间齿31通过轴承安装在第一中间齿转轴33上，且第一中间齿31、第一小齿35分别与第一内齿38齿壁之间留有一定空隙；如图11所示，第一小齿35外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；如图11所示，第一小齿35具有齿的一侧分别与第一中间齿31和第一内齿38相互啮合；如图12所示，第一小齿35的光滑圆柱面上安装有第一摆动后杆32；第一摆动后杆32的另一端安装有第一摆动前杆26，且第一摆动前杆26的另一端安装在与第一中心轴34同侧的第五外壳43内侧面上；如图14所示，第一反射镜37通过轴承安装在第一反射镜转轴39上；如图11、13所示，第一反射镜转轴39一端安装在第一内齿38侧面另一端通过第一轴套36安装在第一中心轴34对面的第五外壳43的内侧面上，且第一内齿38、第一反射镜转轴39、第一轴套36与第一中心轴34轴线共线；当第一摆动前杆26与第三外壳41平行时，第一反射镜37的镜面与第三外壳41平行，第一中间齿31的直径是第一内齿38的二分之一。

如图19所示，上述驱动电机27、内环电机18、外环电机14均通过光电传感器接收的光信号控制。

上述第三外壳41的屈服强度为第五外壳43屈服强度的三分之二。

上述光信号从机器人躯干内传入机器人手1臂，且光信号传入机器人手1臂的方向与第三外壳41平行。

上述光信号分为两路，当第一反射镜37与第三外壳41、第二反射镜22与第四外壳42平行时，第一反射镜37的两侧分别具有一路光信号、第二反射镜22的两侧分别具有一路光信号。

综上所述：

本发明中机器人手1臂是通过光信号的传导来控制的，光信号通过第一变比机构13、第三透镜12、第二透镜11、第二变比机构10、第一透镜9、万向节7，凹透镜20传送到机器人手1，从而控制机器人手1臂。

本发明中为了能够让机器人手1全方位运动时能够接收到光信号，需要将光信号散射到机器人手1能够运动到的各个方位上，凹透镜20具有散射的功能，所以本发明使用了凹透镜20，同时为了防止凹透镜20与运动的万向节7内环15干涉，将凹透镜20设计安装在环形套筒2内侧，且通过凹透镜20固定杆固定于环形套筒2内侧，为了防止凹透镜20固定杆对光信号传送的影响，所以本发明中凹透镜20固定杆越细越好，且凹透镜20固定杆与凹透镜20的连接部位位于凹透镜20中心。

本发明中机器人手1、环形套筒2是通过万向节7安装在两个对称的第二外壳6內缘面上，其中在万向节7中，外环16的內缘面上安装有一个内环电机18，在外环16的内侧安装有两个内环转轴17，其中一个安装在内环电机18上，另一个安装在外环16的内侧，且两个内环转轴17安装位置对称；外环电机14安装在第二外壳6的內缘面上，两个外环转轴19分别安装在与之相对应的两个对称的第二外壳6内侧，且其中一个安装在外环电机14上；内环15通过两个内环转轴17绕内环转轴17的轴线进行转动，外环16可以通过两个外环转轴19绕外环转轴19的轴线进行转动，且内环转轴17的轴线和外环转轴19的轴线垂直，所以万向节7中的内环15和外环16通过内环转轴17和外环转轴19的配合可以使外向节进行多方位的转动；因为机器人手1和环形套筒2是通过万向节7安装在两个对称的第二外壳6內缘面上的，所以机器人手1和环形套筒2也具备了多方位转动的功能；当万向节7中的内环电机18和外环电机14接收到光信号时，将控制内环转轴17和外环转轴19带动内环15和外环16进行转动，从而控制机器人手1和环形套筒2的全方位转动。

本发明中第二反射镜22安装在第二反射镜转轴29上；第一反射镜37安装在第一反射镜转轴39上；光信号需要依次通过第一反射镜37、第二反射镜22、凹透镜20将光信号传送到机器人手1，而由于凹透镜20、第二反射镜22、第一反射镜37在接收光信号时方位不在同一光线内，所以需要改变光信号在它们之间的传播方位。因为光的折射性，所以本发明利用光在空气和透镜中传播速度不同而改变光的传播方位。在第一变比机构13、第二变比机构10和凹透镜20之间安装有三块透镜；第一透镜9倾斜地位于第一固定杆和第二变比机构10之间，且第一透镜9倾向与第二变比机构10；第二透镜11倾斜地位于第二变比机构10和第一变比机构13之间，且第二透镜11靠近第二变比机构10，倾向于第一变比机构13；第三透镜12倾斜的位于第二透镜11和第一变比机构13之间，且倾向于第二透镜11；当经过第一反射镜37的光信号经过第三透镜12、第二透镜11时。光信号方向会经过两次横向偏移后进入第二反射镜22反射范围，经过第二反射镜22传送过来的光信号经过第一透镜9时，光信号方向再一次横向偏移，并经过凹透镜20中心，通过凹透镜20散射。通过三个透镜对光信号传送方向的横向偏移，可以使光信号依次通过第一反射镜37、第二反射镜22和凹透镜20，从而将光信号传送到机器人手1。

本发明中因为光信号在第一外壳3和第二外壳6发生转动时，光信号本身的传送方向不会发生改变，但光信号需要到达凹透镜20并传送到机器人手1，所以光信号方向需要随着第一外壳3和第二外壳6的转动而转动一定的角度。发明中设计了第二反射镜22对光信号进行反射转向。为了保证光信号的转向角度与第一外壳3和第二外壳6的转动角度相同，所以设计第二反射镜22转动的角度为第一外壳3和第二外壳6转动角度的一半，因为本发明中驱动电机27依次通过第二中心轴30、第二小齿25、第二中间齿24、第二内齿23、第二反射镜转轴29来驱动第二反射镜22；第二小齿25通过第二摆动前杆45和第二摆动后杆44来驱动第一外壳3和第二外壳6，所以本发明中设计的第二内齿23和第二小齿25的半径比为二比一；通过第二小齿25，第二中间齿24合第二内齿23之间的传动比的调节可以避免光信号在第一外壳3和第二外壳6发生转动时对光信号传送的影响，具有较强的实用效果。

如图1所示，本发明中为了防止手臂受到撞击后变形而引起光信号传播中断，设计了第三外壳在受到外力撞击时会碎裂，且第四外壳和第五外壳之间具有旋转副可以相互转动。而光信号本身的传送方向不会发生改变；但光信号需要到达第二变比机构并传送到凹透镜；所以光信号方向需要随着第四外壳与第五外壳的相互转动而转动一定的角度。发明中设计了第一反射镜对光信号进行反射转向。为了保证光信号的转向角度与第四外壳和第五外壳之间相互转动的角度相同，所以设计第一反射镜转动的角度为第四外壳和第五外壳之间相互转动的角度的一半，因为本发明中第五外壳依次通过第一中心轴、第一小齿、第一中间齿、第一内齿、第一反射镜转轴来驱动第一反射镜；第一小齿通过第一摆动前杆和第一摆动后杆来驱动第四外壳，所以本发明中设计的第一内齿和第一小齿的半径比为二比一；通过第一小齿，第一中间齿合第一内齿之间的传动比的调节可以避免光信号在第四外壳发生转动时对光信号传送的影响，具有较强的实用效果。

如图20所示，本发明中因为第一反射镜和第二反射镜有一定的厚度；如图20中的a所示，当第一反射镜和第二反射镜不进行转动时，光信号会沿着平行于反射镜镜片方向传播过去；如图20中的b所示，当第一反射镜和第二反射镜发生转动时，且转动一定角度后，光信号可能正好被反射镜侧框挡住，造成信号中断。所以设计的光信号为两路，且分别位于反射镜两侧。一路光信号正好被反射镜侧框挡住时，另一路光信号会斜射到第一反射镜或者第二反射镜上，由于反射镜的反射作用，斜射到反射镜片上的光信号就会被反射出去，从而将光信号被传送出去；如图20中的c所示，当第一反射镜和第二反射镜发生转动时，且转动一个比较大的角度后，光信号会全部斜射到第一反射镜或第二反射镜上，由于反射镜的反射作用，斜射到反射镜上的光就会被反射出去，从而将光传送出去；因为手臂旋转方向不确定导致反射镜转动的方向不确定，所以本发明中第一反射镜和第二反射镜均使用双面镜。

本发明设计的机器人手臂利用光波来传递信号，通过变比机构实现了光信号的转向，并且手臂遭到撞击后能通过选择性主动损坏来削弱撞击力，以保证光信号的顺利传播。

Claims (4)

1.一种基于光信号控制的机器人手臂，其特征在于：它包括机器人手、环形套筒、第一外壳、第二外壳、第三外壳、第四外壳、第五外壳、连接板、连接板、万向节、凹镜固定杆、第一透镜、第二透镜、第三透镜、凹透镜、第一变比机构、第二变比机构，其中第五外壳一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽；第四外壳侧面安装有连接板，连接板上安装有连接圆板，连接圆板与连接圆槽嵌套配合；第三外壳一端为圆形，且圆形一端开有连接圆槽；一个第四外壳与一个第五外壳组成一对且位于一个平面内，另一个第四外壳与另一个第五外壳组成另一对且两对对称分布，两个第三外壳对称安装在两个第四外壳与两个第五外壳组成的两个平行平面两侧；第一外壳上安装有连接板，连接板上安装有连接圆板，两个第三外壳分别通过各自的连接圆槽与两个第一外壳各自的连接圆板配合而安装有两个第一外壳；两个第二外壳对称安装在两个第一外壳两侧；环形套筒一端通过万向节安装在两个第一外壳之间，机械人手安装在环形套筒另一端；凹透镜安装在第二固定杆上，第二固定杆安装在第一固定杆中间，第一固顶杆两端分别安装在两个第二外壳上，且凹透镜位于环形套筒内；第一变比机构安装在两个第五外壳之间，且第一变比机构位于连接圆槽处；第二变比机构安装在两个第一外壳之间，且第二变比机构位于连接圆槽处；第一透镜两端分别安装在两个对称的第一外壳内侧壁上；第二透镜两端分别安装在两个对称的第三外壳的内侧壁上；第三镜的两端分别安装在两个对称的第四外壳内侧壁上；上述第一透镜与第一外壳之间成锐角，且垂直于第二外壳；第二透镜与第四外壳之间成锐角，且垂直于第三外壳；第三透镜与第三外壳之间成锐角，且垂直于第四外壳；

上述万向节包括内环、外环、内环转轴、内环电机、外环转轴、外环电机，其中内环外缘面上两侧对称地安装有两个内环转轴，内环电机安装在外环內缘面上，内环通过内环转轴安装在外环内侧，且两个内环转轴中的一个安装在内环电机上，另一个安装在外环内侧；外环外缘面上两侧对称地安装有两个外环转轴，外环电机安装在第一外壳內缘面上，外环通过外环转轴安装在第一外壳内侧，且两个外环转轴中的一个安装在外环电机上，另一个安装在第一外壳内侧；

上述第二变比机构包括第二轴套、第二反射镜、第二内齿、第二中间齿、第二小齿、第二中间齿转轴、第二摆动后杆、第二摆动前杆、驱动电机、第二中心轴、第二反射镜转轴、第三轴套，其中驱动电机安装在两个第三外壳中其中一个第三外壳圆形一端的内侧面上，且驱动电机的轴线与第三外壳圆形一端的轴线共线；第二中心轴的一端安装在驱动电机上，另一端通过第三轴套安装有第二内齿，且第二内齿、第三轴套、第二中心轴与驱动电机的轴线共线；第二小齿通过轴承安装在第二中心轴上，且位于第二内齿齿壁和驱动电机之间；第二中间齿转轴安装在具有驱动电机的第三外壳的内侧面上，第二中间齿通过轴承安装在第二中间齿转轴上，且第二中间齿、第二小齿分别与第二内齿齿壁之间留有一定空隙；第二小齿外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；第二小齿具有齿的一侧分别与第二中间齿和第二内齿相互啮合；第二小齿的光滑圆柱面上安装有第二摆动后杆；第二摆动后杆的另一端安装有第二摆动前杆，且第二摆动前杆的另一端安装在和驱动电机同侧的第一外壳的内侧面上；第二反射镜通过轴承安装在第二反射镜转轴上；第二反射镜转轴一端安装在第二内齿侧面，另一端通过第二轴套安装在驱动电机对面的第三外壳内侧面上，且第二内齿、第二反射镜转轴、第二轴套与第二中心轴轴线共线；当第二摆动前杆与第四外壳平行时，第二反射镜的镜面与第四外壳平行；第二中间齿的直径是第二内齿的二分之一；

上述第一变比机构包括第一轴套、第一反射镜、第一内齿、第一中间齿、第一小齿、第一中间齿转轴、第一摆动后杆、第一摆动前杆、驱动电机、第一中心轴、第一反射镜转轴、第三轴套，其中第一中心轴的一端安装在两个第五外壳中其中一个第五外壳圆形一端的内侧面上，另一端通过第三轴套安装有第一内齿，且第一内齿、第三轴套、第二中心轴与第五外壳的连接圆槽的轴线共线；第一小齿通过轴承安装在第一中心轴上，且位于第一内齿齿壁和第五外壳之间；第一中间齿转轴安装在与第一中心轴同侧的五外壳的内侧面上，第一中间齿通过轴承安装在第一中间齿转轴上，且第一中间齿、第一小齿分别与第一内齿齿壁之间留有一定空隙；第一小齿外缘面上一侧具有齿，另一侧为光滑圆柱面；第一小齿具有齿的一侧分别与第一中间齿和第一内齿相互啮合；第一小齿的光滑圆柱面上安装有第一摆动后杆；第一摆动后杆的另一端安装有第一摆动前杆，且第一摆动前杆的另一端安装在与第一中心轴同侧的第五外壳内侧面上；第一反射镜通过轴承安装在第一反射镜转轴上；第一反射镜转轴一端安装在第一内齿侧面另一端通过第一轴套安装在第一中心轴对面的第五外壳的内侧面上，且第一内齿、第一反射镜转轴、第一轴套与第一中心轴轴线共线；当第一摆动前杆与第三外壳平行时，第一反射镜的镜面与第三外壳平行，第一中间齿的直径是第一内齿的二分之一；

上述驱动电机、内环电机、外环电机均通过光电传感器接收的光信号控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于光信号控制的机器人手臂，其特征在于：上述第三外壳的屈服强度为第五外壳屈服强度的三分之二。

3.根据权利要求1所述的一种基于光信号控制的机器人手臂，其特征在于：上述光信号从机器人躯干内传入机器人手臂，且光信号传入机器人手臂的方向与第三外壳平行。

4.根据权利要求3所述的一种基于光信号控制的机器人手臂，其特征在于：上述光信号分为两路，当第一反射镜与第三外壳、第二反射镜与第四外壳平行时，第一反射镜的两侧分别具有一路光信号、第二反射镜的两侧分别具有一路光信号。