CN107953349B - 智能终端触屏游戏机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能终端触屏游戏机械手，在结构上基于仿生原理，采用双指操作模式，由此能够增加屏幕的点击范围和辅助手的灵活性，且易实现、成本低、使用方便。该机械手包括：外壳和位于外壳内部的两组机械指，两组机械指独立开来分别控制，每组机械指均包括两个舵机、一个旋转台、传动机构和一个末端执行杆件；传动机构采用四连杆机构，包括两个电机摇臂和两根钢丝连杆。两个舵机分别用于带动末端执行杆件实现左右(偏航角)和上下(俯仰角)两个方向的运动，从而模仿人手完成手机、平板等智能终端上的触屏游戏。

Description

智能终端触屏游戏机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手，具体涉及一种用于智能终端触屏游戏的机械手，属于机械设计领域。

背景技术

随着手机游戏的迅速发展，人们对于游戏外挂辅助设备的需求也越来越高。由于大部分游戏都有大量繁琐而无聊的点击动作，玩家在游戏后期对此类动作要消耗大量的耐心与精力。物理外挂辅助手作为一种解决方案，可以将玩家从这些繁琐而无聊的工作中解脱出来。

针对手机、平板等智能设备上的游戏，已经有了许多物理外挂的尝试，但是由于现在游戏更新频繁，添加了新玩法，使得已有的四点触屏操作的物理外挂不再适用，而需要一种能适应多种游戏玩法的物理外挂装置。

经过对现有技术的检索，发现申请号为201610018564.7，名称为“自动完成游戏节奏大师的机器人”的发明公开了一种能够完成游戏节奏大师的机器人系统，该机器人系统包括两个具有垂直和水平方向运动的双自由度机械手，一个摄像头支架和一部工业级摄像头，至少四个步进电机和驱动器以及图像处理，上位机电脑在获取图像内容后发送指令至下位机驱动机械手完成对屏幕的点击和松开。但是该发明有明显的局限性，即采用了专用的工业级摄像头，制作成本较高，另外其机械结构较为复杂，同时使用了步进电机和电磁铁，且只能左右竖直运动，不符合人手操作触摸屏游戏设备的习惯。且该发明仅仅局限在节奏大师这一款游戏上，在应用上不便于拓展，无法完成其他类型游戏乃至程序要求的触摸屏操作。因此，一种应用更为普遍，并且结构美观，制作成本适中的机械手设备愈发值得关注和研究。

发明内容

有鉴于此：本发明提供了一种智能终端触屏游戏的机械手，基于仿生原理，高度模仿人手的操作模式，采用双指操作模式，可在屏幕上的指定区域内的进行模拟触摸操作。

所述的智能终端触屏游戏机械手采用双指操作模式，包括位于底板上的两组分别独立控制的机械指，两组所述机械指在所述底板上左右对称布置；

每组机械指均包括两个舵机和一个末端执行杆件，其中一个舵机用于带动所述末端执行杆件在平行于智能终端屏幕的平面内运动，另一个舵机用于带动所述末端执行杆件在垂直于智能终端屏幕方向上的运动；所述末端执行杆件的端部作为机械指末端用于实现触屏操作。

令所述机械指中用于带动所述末端执行杆件在平行于智能终端屏幕的平面内运动的舵机为舵机A，另一个舵机为舵机B；所述舵机A通过传动机构带动所述末端执行杆件，所述传动机构为由两个电机摇臂和两根钢丝连杆形成的四连杆机构；具体为：

所述舵机A固定在底板上，其输出轴竖直向上与电机摇臂A的中部相连；在所述底板上舵机A相邻的位置设置有旋转台，所述舵机B卧式固定在旋转台上，所述末端执行杆件的一端与所述舵机B的输出轴相连，另一端作为机械指末端用于实现触屏；电机摇臂B固定在舵机B的顶部端面上，所述电机摇臂B与电机摇臂A平行设置，两根钢丝连杆分别连接两个电机摇臂的两端，由此形成一个平行四边形的四连杆机构；所述旋转台通过轴承安装在所述底板上。

有益效果：

(1)本发明中机械手高度模仿实际人手的操作，采用两指机械结构，每组机械指通过两个舵机控制的两个运动副，实现末端执行机构的左右定位和上下定位，从而可在屏幕上的指定区域内的进行模拟触摸操作，达到点击屏幕、完成智能终端上的触屏游戏的目的。

(2)本发明的物理辅助方式增强了游戏辅助的可靠性。其采用的两指机械结构，增加了屏幕的点击范围和辅助手的灵活性，且易实现、成本低、使用方便。

附图说明

图1为本发明的机械手的整体结构示意图；

图2为本发明工作状态示意图；

图3为本发明的旋转台结构示意图。

其中：1-钢丝连杆、2-旋转台、3-舵机A、4-执行杆件、5-外壳、6-平板电脑、7-舵机B、8-电机摇臂A、9-钢丝连杆A、10-钢丝连杆B、11-舵机安装板、12-轴承固定板、13-子母铆钉、14-轴承、15-轴承内圈固定片

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种可以模仿人手完成手机、平板等智能终端触屏游戏的机械手，由于人手在操作手机时多采用单指或双指操作的形式，因此本实施所提供的机械手在结构上基于仿生原理，高度模仿人手的操作模式，采用双指操作模式，由此能够增加屏幕的点击范围和辅助手的灵活性，且易实现、成本低、使用方便。

如图1和2所示，该机械手包括：外壳5和位于外壳5内部的两组机械指，两组机械指独立开来分别控制，每组机械指均包括两个舵机、一个旋转台、传动机构和一个末端执行杆件；传动机构采用四连杆机构，包括两个电机摇臂和两根钢丝连杆。两个舵机分别用于带动末端执行杆件4实现左右(偏航角)和上下(俯仰角)两个方向的运动。

以其中一组机械指为例：舵机A3直立固定在外壳5的底板上，即舵机A3的输出轴竖直向上与电机摇臂A8的中部相连，用于带动电机摇臂A8在平行与外壳5内底面的平面绕舵机A3输出轴的轴向转动。在外壳5的底板上舵机A3相邻的位置设置有旋转台2，舵机B7卧式安装在旋转台2上，即舵机B7的输出轴水平设置，末端执行杆件4的一端与舵机B7的输出轴相连，另一端作为机械指末端用于实现触屏；通过舵机B7能够带动末端执行杆件4在垂直于屏幕的方向上移动，以实现对屏幕的点击。执行杆件4为伸缩机构，可以实现全屏幕的有效点击。电机摇臂B1通过热熔胶固定在舵机B7的顶部端面上，舵机B7通过热熔胶固定在旋转台2上。两根钢丝连杆(钢丝连杆A9和钢丝连杆B10)分别连接两个电机摇臂的两端，其中两个电机摇臂型号一致，两根钢丝连杆等长，由此电机摇臂和钢丝连杆，形成一个平行四边形的四连杆机构，可以实现舵机A3到末端执行杆件4的传动，从而实现舵机A3对末端执行杆件4的有效控制，即当舵机A3带动电机摇臂B1沿其输出轴的轴向转动时，电机摇臂B1通过四连杆机构带动末端执行杆件4在平行于屏幕的平面内转动；由此舵机A3通过传动机构带动末端执行杆件4实现左右(偏航角)的运动，从而实现对末端执行杆件4在平行于屏幕的平面内动作的控制；舵机B7带动末端执行杆件4实现上下(俯仰角)的运动，从而实现对末端执行杆件4在垂直于屏幕方向上动作的控制。

当舵机A3工作时，通过传动机构带动旋转台2以及位于旋转2上的舵机B7在平行于屏幕的平面内转动，从而进一步实现末端执行杆件4左右(偏航角)的运动，旋转台2的内部结构如图3所示：旋转台2包括用于支撑舵机B7的舵机安装板11以及粘接在外壳5的底板上与舵机安装板11通过子母铆钉13固接的轴承固定板12，旋转台2的转动轴采用成本较低、尺寸固定的子母铆钉13。子母铆钉13通过轴承14竖直安装在外壳5的底板上，轴承14位于外壳5的底板和轴承固定板12上的圆孔内，实现轴承14的外圈固定。由于子母铆钉13长度固定，可在底板之下加垫片，实现轴向固定。在舵机安装板11与轴承固定板12之间设置有带凸台的轴承内圈固定片15，通过轴承内圈固定片15、轴承固定板12实现轴承14的轴向定位。

所述机械指末端采用硬质木条和硅胶笔头连接，即执行杆件是硬质木条，其末端为硅胶笔头。现在大多数智能终端采用的是电容式触摸屏，因此在机械指接触屏幕时，必须产生一个微电流才能够实现触屏。基于此机械指末端选用电容笔的硅胶笔头，这种材料可以导电，而且质地较软、弹性较好，不容易损坏屏幕。用导线将硅胶笔头连接到下位机电源输出位置，如电源正极或电源负极处。硅胶笔头是否能成功触屏，与其和屏幕的接触面积有关，当接触面积过小时，无法实现正常的触屏。因此，在点击时需要将执行杆件4在到达屏幕位置后继续往下压，使硅胶笔头产生一个较大的形变，从而实现可靠的触屏。

外壳5为一端开口的壳体结构，考虑到整体结构的重量，外壳5采用木质结构，保证了结构的实用轻巧。外壳均由木板经激光切割而制作，采用插接方式组装。两组机械指位于外壳5内部，对称布置在外壳5底板的左右两侧，本实施例中两组机械指的距离按iPad mini屏幕的宽度设计，大致位于屏幕宽度四分之一、四分之三的位置，两个末端执行杆件从外壳的开口处伸出，位于平板电脑6屏幕的上方。加上外壳5后，该机械手的整体结构如图2所示。

该机械手的动力单元采用小型舵机，传动方式使用四连杆机构，高度地模拟了真实环境中人们使用智能终端时的点击方式，同时扩大了可点击屏幕的范围，具有更强的适应性。

由于该机械指重量很轻，运动时只需要给屏幕一个适当的力即可，对舵机负载的要求不高，因此选择了市场上较小的舵机负载参数。转速方面，操作目标速度为10次/秒以上，因此所用舵机转速为0.11秒/60度。

传动机构采用连杆机构，连杆中通过低副连接，运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度，加工成本比较低；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，有较好的稳定性。由于四连杆存在死点位置，因此在设计中必须进行考虑。在实际使用中，屏幕的范围以及选用的180度舵机都限制了四连杆的位置，使四连杆机构不会达到死点位置，具体为：由于两个摇臂的水平高度相同，同时摇臂具有一定的宽度，因此，在舵机转动接近其极限位置的时候两个摇臂会接触，从而限制舵机在程序错误的情况下转动到死点位置。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.智能终端触屏游戏机械手，其特征在于：采用双指操作模式，包括位于底板上的两组分别独立控制的机械指，两组所述机械指在所述底板上左右对称布置；

每组机械指均包括两个舵机和一个末端执行杆件，其中一个舵机用于带动所述末端执行杆件在平行于智能终端屏幕的平面内运动，另一个舵机用于带动所述末端执行杆件在垂直于智能终端屏幕方向上的运动；所述末端执行杆件的端部作为机械指末端用于实现触屏操作；

令所述机械指中用于带动所述末端执行杆件在平行于智能终端屏幕的平面内运动的舵机为舵机A，另一个舵机为舵机B；所述舵机A通过传动机构带动所述末端执行杆件，所述传动机构为由两个电机摇臂和两根钢丝连杆形成的四连杆机构；具体为：

所述舵机A固定在底板上，其输出轴竖直向上与电机摇臂A的中部相连；在所述底板上舵机A相邻的位置设置有旋转台，所述舵机B卧式固定在旋转台上，所述末端执行杆件的一端与所述舵机B的输出轴相连，另一端作为机械指末端用于实现触屏；电机摇臂B固定在舵机B的顶部端面上，所述电机摇臂B与电机摇臂A平行设置，两根钢丝连杆分别连接两个电机摇臂的两端，由此形成一个平行四边形的四连杆机构；所述旋转台通过轴承安装在所述底板上。

2.如权利要求1所述的智能终端触屏游戏机械手，其特征在于，所述机械指末端采用电容式硅胶笔头。

3.如权利要求1所述的智能终端触屏游戏机械手，其特征在于，所述旋转台包括用于支撑舵机B的舵机安装板以及粘接在底板上与舵机安装板通过子母铆钉固接的轴承固定板，所述子母铆钉通过轴承竖直安装在底板上，所述轴承位于底板和轴承固定板上的圆孔内，实现轴承的外圈固定；在所述舵机安装板与轴承固定板之间设置有带凸台的轴承内圈固定片。

4.如权利要求1所述的智能终端触屏游戏机械手，其特征在于，在所述底板上设置有用于调节两组机械指间距的滑槽。

5.如权利要求1所述的智能终端触屏游戏机械手，其特征在于，所述末端执行杆件为可伸缩结构。

6.如权利要求1所述的智能终端触屏游戏机械手，其特征在于，还包括外壳(5)，所述外壳一侧开口，两组机械指位于外壳内部，且对称布置在外壳的左右两侧，两个末端执行杆件从外壳的开口处伸出，位于智能终端屏幕的上方。