CN108582044B - 一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械臂技术领域，提供了一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂，机械臂依次包括底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节，每个关节均设置相应电机，带动前手爪、后手爪动作；同时在机械臂不同位置设置多个摄像头模块。本发明可实现机械臂8自由度运动，全方位无死角；机械臂减重设计，制造成本低，绿色环保；机械臂与双手爪融合，能够实现功能复合的操作；防护性强，防尘、防水、防震、防腐蚀；根据实际环境更换不同的手爪，使得机器人单次行进可以进行多种作业，提高工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂。
背景技术
目前机器人平台的专用机械臂重量大、结构复杂，且多为6自由度单手爪的形式，机器人每次只能安装一个手爪附件，更换时拆装费时，由于单一手爪的限制，每次行进只能进行单一的工作，环境复杂的场合需要返回基地更换手爪或者扩展手爪再进行作业，极大地增加了工作量，降低了工作效率。扩展手爪种类较少，不能完全满足各种环境下的作业。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂，重量轻，双手爪融合，实现功能复合操作，具有更广泛的视角。
本发明的技术方案如下：
一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂，包括底座、底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节；
底座旋转关节设置在底座上，前手爪与所述前手爪夹持关节连接，后手爪与所述后手爪夹持关节连接；
所述机械臂由电机驱动，电机经过行星减速机减速后，将扭矩依次传输给所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节，进而带动所述前手爪、后手爪动作。
进一步的，所述底座上分别设置行车左前宽视角摄像头模块、行车右前普通视角摄像头模块、行车后视角摄像头模块；所述前手爪上方设置主手爪变焦前视角摄像头模块；所述前手爪下方设置主手爪下前视角摄像头模块；所述后手爪上方设置扩展手爪上正视角摄像头模块，所述后手爪下方设置扩展手爪上前视角摄像头模块。
进一步的，所述主手爪前视摄像头模块为红外线变焦摄像头，夜间最大观测距离达30米。
进一步的，所述行车左前摄像头模块、行车右前摄像头模块根据实际环境开启近光、远光、普通视角和宽视角模式。
进一步的，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节的运动均由控制器单独控制。
进一步的，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节的运动根据实际需要编程控制，达到一键展开、一键复位。
进一步的，所述后手爪根据实际需要替换为扩展手爪。
进一步的，机械臂手爪采用松不脱螺钉紧固。
进一步的，所述扩展手爪为开门夹手；当需要在一个关门的屋子里夹取物品时，所述机械臂行进到门口，所述机械臂启用后手爪功能模式，用所述开门夹手将门打开后，所述机械臂进入屋子到达物品附近，开启前手爪功能模式，将物品夹取后，任务完成，返回基地。
进一步的，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节、行车左前宽视角摄像头模块、行车右前普通视角摄像头模块、行车后视角摄像头模块、主手爪变焦前视角摄像头模块、主手爪下前视角摄像头模块、置扩展手爪上正视角摄像头模块、扩展手爪上前视角摄像头模块均采用密封设计，在外壳零件的结合面采用O型密封圈的方式进行密封，使得所述机械臂具有良好的防尘、防水功能。
进一步的，所述前手爪进行夹取或向外撑抓取动作，根据抓取不同的物体更换不同的橡胶垫；所述后手爪根据现场环境更换扩展手爪，进行开门、切割、剪切或增加观测高度的动作。
与现有技术相比，本发明进行了如下改进：
1.目前的机械臂重量大、结构复杂；本发明采用了全新的结构设计，重量轻，便于调整。
2.目前的机械臂均为单手爪，单次行进只能进行单一的工作，环境复杂的场合需要返回基地更换手爪或者扩展手爪再进行作业，极大地增加了工作量，降低了工作效率；本发明采用了前、后双手爪的结构，保证了正常抓取作业的同时，还能够兼顾实际环境需要的其他辅助功能，解决目前机械臂功能单一且工作效率低等问题。
3.本发明采用了全防水、防尘设计，已达到我国军标要求，解决目前机械臂无法防水、防尘，或者防水、防尘等级不足的问题。
4.目前的机械臂多为6自由度设计，作业的时候，无法保证灵活的完成抓取等任务；本发明为8自由度设计，使得机械臂的双手爪在多方位进行灵活的运动和使用，可以有效达到目前6自由度单手爪机械臂所无法达到的运动状态。
5.目前的机械臂手爪采用螺钉紧固的方式，更换手爪时费时、费力，进而降低工作效率；本发明机械臂后双手爪及附件均采用松不脱螺钉连接，达到快装、快拆的目的。进而提高工作效率。
6.目前的机械臂多采用四路图像系统，行进和作业的时候观测视角有一定的局限性；本发明采用七路图像系统设计，提供更丰富的观测视角，保证行进和作业的安全性和稳定性。
本发明的有益效果为：
1.机械臂减重设计，在同等抓举重量的情况下，只有不到传统设备1/4的重量。
2.机械臂与双手爪融合，能够实现功能复合的操作。
3.后手爪安装延伸关节后，观察高度高达2.6米，具有更广泛的视角。
4.机械臂实现8自由度运动，实现全方位无死角运动。
5.制造成本低，耗电量少，绿色环保。
6. 防护性强，防尘、防水、防震、防腐蚀，各项性能指标均达到我国军标要求。
7.前、后双手爪设计：根据实际环境更换不同的手爪，使得机器人单次行进可以进行多种作业，提高工作效率。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂的结构示意图。
其中：1.底座；2.底座旋转关节；3.大臂俯仰关节； 4.小臂俯仰关节；5.手腕俯仰关节；6.前手爪旋转关节；7.前手爪夹持关节；8.后手爪旋转关节；9.后手爪夹持关节；10.左前宽视角摄像头模块；11.右前普通视角摄像头模块；12.后视角摄像头模块；13.主手爪变焦前视角摄像头模块；14.主手爪下前视角摄像头模块；15.扩展手爪上正视角摄像头模块；16.扩展手爪上前视角摄像头模块。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
如图1所示，本发明实施例一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂，依次包括底座1、底座旋转关节2、大臂俯仰关节3、小臂俯仰关节4、手腕俯仰关节5、前手爪旋转关节6、前手爪夹持关节7、后手爪旋转关节8、后手爪夹持关节9；相邻关节之间通过臂管连接或者直接连接；前手爪与所述前手爪夹持关节7连接，后手爪与所述后手爪夹持关节9连接；所述机械臂由电机驱动，每一关节均设置有相应电机，所述电机经过行星减速机减速后，通过蜗轮、蜗杆将扭矩传递到相应关节，带动相应关节独立动作；每个关节之间相互没有关联，可以单独动作。
优选的，所述前手爪进行夹取或向外撑抓取动作，根据抓取不同的物体更换不同的橡胶垫；所述后手爪根据现场环境更换扩展手爪，进行开门、切割、剪切或增加观测高度的动作；扩展手爪可根据实际需要扩充，包括但不限于剪刀、刀具、短钩、长钩、圆形五爪叉子、圆形散爪耙钩、延伸关节、开门夹手、钳子抓取夹手。
优选的，设置七路图像采集模块，分别安装在机械臂的不同位置；所述底座1上分别设置行车左前宽视角摄像头模块10、行车右前普通视角摄像头模块11、行车后视角摄像头模块12；所述前手爪上方设置主手爪变焦前视角摄像头模块13；所述前手爪下方设置主手爪下前视角摄像头模块14；所述后手爪上方设置扩展手爪上正视角摄像头模块15，所述后手爪下方设置扩展手爪上前视角摄像头模块16。
优选的，所述主手爪前视摄像头模块14为红外线变焦摄像头，夜间最大观测距离达30米。所述行车左前摄像头模块、行车右前摄像头模块根据实际环境开启近光、远光、普通视角和宽视角模式。
优选的，所述底座旋转关节2、大臂俯仰关节3、小臂俯仰关节4、手腕俯仰关节5、前手爪旋转关节6、前手爪夹持关节7、后手爪旋转关节8、后手爪夹持关节9的运动均由控制器单独控制。即控制器可单独控制每个关节的动作。也可以对机械臂的惯常动作进行分解，编程控制，一键展开、一键复位；即所述底座旋转关节2、大臂俯仰关节3、小臂俯仰关节4、手腕俯仰关节5、前手爪旋转关节6、前手爪夹持关节7、后手爪旋转关节8、后手爪夹持关节9的运动根据实际需要编程控制，实现一键展开、一键复位等智能操作。
所述后手爪根据实际需要可替换为其他的扩展手爪。例如：扩展手爪可以为开门夹手；当需要在一个关门的屋子里夹取物品时，所述机械臂行进到门口，所述机械臂启用后手爪功能模式，用所述开门夹手将门打开后，所述机械臂进入屋子到达物品附近，开启前手爪功能模式，将物品夹取后，任务完成，返回基地。
优选的，各个关节（底座旋转关节2、大臂俯仰关节3、小臂俯仰关节4、手腕俯仰关节5、前手爪旋转关节6、前手爪夹持关节7、后手爪旋转关节8、后手爪夹持关节9）、各个摄像头（行车左前宽视角摄像头模块10、行车右前普通视角摄像头模块11、行车后视角摄像头模块12、主手爪变焦前视角摄像头模块13、主手爪下前视角摄像头模块14、置扩展手爪上正视角摄像头模块15、扩展手爪上前视角摄像头模块16）均采用密封设计，在外壳零件的结合面采用O型密封圈的方式进行密封，使得所述机械臂具有良好的防尘、防水功能。
本发明中，所有关节的驱动均为电机驱动，使用行星减速机进行减速后，将扭矩传输到关节。前、后手爪旋转关节，电机经过行星减速机减速后，输出给蜗杆，蜗杆带动蜗轮转动，并通过蜗轮轴将扭矩传递给手爪主体，手爪主体发生位移，手爪关节开始转动。
在机械臂的设计中，本发明可大量使用通用模块和通用安装接口，使得各种附件的模块都可以方便快捷地加载到该机械臂上。
采用防尘、防水设计，所有的相对运动部分及摄像头部分全部采用密封设计，在外壳零件的所有结合面也全部采用O型密封圈的方式进行密封，使得机械臂具有良好的防尘、防水功能，达到我国军标要求。
多关节设计和新型结构布局，可以实现现有机械臂无法抓取的角度并且可以到达绝大部分的位置进行作业，同时新型结构布局解决了现有机械臂观测位置过低、观测视角过少等问题。
采用双手爪设计，前手爪主要进行夹取或者向外撑抓取工作，并且可以根据抓取不同的物体更换不同的橡胶垫；后手爪可以根据现场的环境更换不同的手爪附件进行开门、增加观测高度、切割、剪切等工作，使得机器人在一次行进中可以完成多个工作，进而减少时间，提高工作效率。
8自由度设计，增加前后手爪单独旋转的自由度，根据实际作业情况调整手爪夹取等工作的角度，进而完成多位置的夹取工作，解决了手爪只能水平夹取的问题。
采用七路图像系统设计，使得机器人在行进和作业的时候有更多的观察视角，保证机器人在行进和作业过程的安全性、准确性，进而提高工作效率。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (7)
1.一种基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，依次包括底座、底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节；相邻关节之间通过臂管连接或者直接连接；所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节中每一关节均设置有相应电机，所述电机经过行星减速机减速后，通过蜗轮、蜗杆将扭矩传递到相应关节，带动相应关节独立动作；前手爪与所述前手爪夹持关节连接，后手爪与所述后手爪夹持关节连接，
所述底座上分别设置行车左前宽视角摄像头模块、行车右前普通视角摄像头模块、行车后视角摄像头模块；所述前手爪上方设置主手爪变焦前视角摄像头模块；所述前手爪下方设置主手爪下前视角摄像头模块；所述后手爪上方设置扩展手爪上正视角摄像头模块，所述后手爪下方设置扩展手爪上前视角摄像头模块，
其中，所述主手爪下前视角摄像头模块为红外线变焦摄像头，夜间最大观测距离达30米，所述行车左前宽视角摄像头模块、行车右前普通视角摄像头模块根据实际环境开启近光、远光、普通视角和宽视角模式。
2.如权利要求1所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节的运动均由控制器单独控制。
3.如权利要求1所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节的运动根据实际需要编程控制，达到一键展开、一键复位。
4.如权利要求1所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述后手爪根据实际需要替换为扩展手爪。
5.如权利要求4所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述扩展手爪为开门夹手；当需要在一个关门的屋子里夹取物品时，所述机械臂行进到门口，所述机械臂启用后手爪功能模式，用所述开门夹手将门打开后，所述机械臂进入屋子到达物品附近，开启前手爪功能模式，将物品夹取后，任务完成，返回基地。
6.如权利要求1-5任一项所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述底座旋转关节、大臂俯仰关节、小臂俯仰关节、手腕俯仰关节、前手爪旋转关节、前手爪夹持关节、后手爪旋转关节、后手爪夹持关节、行车左前宽视角摄像头模块、行车右前普通视角摄像头模块、行车后视角摄像头模块、主手爪变焦前视角摄像头模块、主手爪下前视角摄像头模块、扩展手爪上正视角摄像头模块、扩展手爪上前视角摄像头模块均采用密封设计，在外壳零件的结合面采用O型密封圈的方式进行密封，使得所述机械臂具有良好的防尘、防水功能。
7.如权利要求1-4任一项所述的基于双手爪的8自由度一体化机械臂，其特征在于，所述前手爪进行夹取或向外撑抓取动作，根据抓取不同的物体更换不同的橡胶垫；所述后手爪根据现场环境更换扩展手爪，进行开门、切割、剪切或增加观测高度的动作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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