CN109001901A - 一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基工业于机械臂的多角度显微镜头支架装置，包括：机械臂主体装置，电机驱动器，STM32控制板，电源模块，伺服电机，光电编码器，滚柱丝杠，环形夹持装置，CAN总线，模块化操作手柄，所述显微镜头支架装置固定在机械臂主体装置上，实现空间内的自由伸展，所述电机驱动器，STM32控制板和操作手柄之间通过CAN总线相连接，所述伺服电机与滚柱丝杠相连接，实现电动控制镜头夹持平台的左右和上下移动，所述伺服电机，光电编码器，STM32控制板和操作手柄共同组成反馈系统，所述环形夹持装置通过螺旋紧固器固定不同尺寸的显微镜头，所述旋转把手可实现手动旋转镜头支架装置。本发明镜头支架装置操作简单，适应复杂工业环境中对被测物的多角度检测。

Description

一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置

技术领域

本发明涉及一种通用型显微镜头支架，特别涉及一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置

背景技术

目前，市场上大多数的显微镜头支架装置不适应于复杂的工业环境下，传统的显微镜头支架装置均需要将被测物放置于载物台上，而对于一些较大的被测物无法放置在载物台上则难以实施检测，使得检测过程不够灵活，无法适应在复杂工业环境下灵活的对尺寸较大物体的观测与检测。一般的镜头支架是通过手动调节粗准焦螺旋和细准焦螺旋进行调焦，难以获得比较精确位置，且在垂直方向上需要多次重复性操作，增加时间成本。对斜度较大的被测物，传统的镜头支架由于Z轴无法转动，从而无法对物体的侧面进行准确的观测与检测。随着对检测要求越来越高，并且能够适应于复杂工业环境下对大件物体多角度的观测与检测。专利公开号为“CN105954864A”的中国专利公开了一种医疗机构用显微镜纵置镜头调节支架，该支架装卸简单方便，体积更小，便于携带，但不适应在工业环境下对大尺寸物体的观测，专利公开号“CN105824112A”的中国专利公开了一种调节支架及移动式显微镜，该专利解决显微镜所采用的普通支架不具有辅助镜头进行微调焦的功能而导致显微镜不能够快速精准地进行检测的技术问题，但不具有多角度的观测，测量范围小不适合在工业环境中对大尺寸零件的检测(例如：大型齿轮，圆柱钢管等)以及轻松调整视野的优点，且随着自动化与信息化的高速发展，人们对镜头支架装置的灵活性、自动化以及适应复杂工业环境的要求逐渐提高，因此市场上的镜头支架装置已经无法满足人们对灵活、便捷、适应性高的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的镜头支架装置的不足，提供一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，四个旋转关节的机械臂装置可实现支架平台在空间内的自由伸展，与显微镜头配合后，非常适合在复杂工业环境中对大型被测零件表面形貌的观测和检测，环形夹持装置可以固定不同类型、大小的镜头，通用性很高，在通过环形夹持装置和螺旋紧固装置固定镜头后，即可实现对被测物的多角度观测，本发明装置没有无需载物台，可手动显微镜头的支架背板以灵活移动支架平台至合适的检测位置。整个发明装置，不仅可以通过手动调整粗细准焦螺旋实现调焦，而且可以通过操作手柄进行模块化控制轻松调整观测视野以及精确控制Z轴移动步距。整套镜头支架装置能够充分迎合市场需求，适应于复杂工业环境，与镜头结合后，能够最大程度的发挥镜头作用。

为达到上述目的，本发明的构思是：

一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于，由机械臂主体装置，电机驱动器，STM32控制板，电源模块，伺服电机，光电编码器，滚柱丝杠，环形夹持装置，CAN总线，模块化操作手柄，粗准焦螺旋，细准焦螺旋组成，所述操作手柄，STM32，电机驱动器，伺服电机，CAN总线构成主控系统，所述伺服电机，光电编码器，STM32组成反馈系统，所述滚柱丝杠，伺服电机，粗细准焦螺旋构成机械传动装置，所述机械臂主体装置由四个机械传动的关节组成但不涉及电机驱动，实现支架装置的在空间内的灵活伸展，所述操作手柄包括液晶显示器，小型键盘，控制Z轴上下移动的旋钮和控制Z轴左右旋转的旋钮，所述电源模块为各个系统提供电能。

其中一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，所述STM32与电源模块放置于机械臂底座内，电机驱动器放置在支撑背板内，所述机械臂包括四个自由度均由旋转关节构成，不涉及液压驱动，通过手动支架的支撑背板即可在空间内灵活移动镜头支架装置，所述STM32与操作手柄通过CAN总线相连，所述STM32与电机驱动器相连接控制伺服电机并由光电编码器反馈电机数据，实现闭环控制，所述操作手柄包括液晶显示器，小型键盘可以实现精确控制支架平台在Z轴方向上的运动，所述模块化控制包括控制Z轴上下移动的旋钮和控制Z轴左右旋转的旋钮组成，所述传动装置包括滚珠丝杠，齿轮组，伺服电机，光电编码器，所述粗准焦螺旋，细准焦螺旋和旋转把手通过传动装置与支架平台相连接，实现手动控制支架平台的运动，所述显微镜头支架装置固定在工业机械臂上极大增加了显微检测的范围，有利于显微镜头支架装置适应复杂的工业环境实现多角度的检测。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，包括主控系统，驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，供能系统，操作手柄，其特征在于：主控系统与驱动系统，机械传动系统，负反馈系统，操作手柄相连接，驱动系统与机械传动系统相连接，供能系统为各个系统提供电能，驱动系统放置于支撑背板内，主控系统与供能系统放置于机械臂基座内，通过CAN总线与操作手柄相连接；本装置通过环形夹持装置固定显微镜头后，通过四自由度机械臂将镜头支架放置在被测物的上方，再由操作手柄进一步调整支架平台位置，实现在复杂工业环境下对大型被测物零件的灵活检测。

所述的主控系统包括STM32控制板，操作手柄，CAN总线，STM32控制板通过CAN总线与操作手柄相连接，整个主控系统将驱动系统，机械传动系统，负反馈系统连接起来，实现对各个系统的控制。

所述的驱动系统包括电机驱动器，STM32控制板，伺服电机，STM32控制板与电机驱动器连接，电机驱动器与伺服电机相连接，整个驱动系统主要实现了对支架平台的自动化控制。

所述的机械传动系统包括，滚柱丝杠，齿轮组，伺服电机，滚柱丝杠与伺服电机连接，齿轮组与机械臂的旋转关节和支架的旋转把手相连接，实现机械臂在空间内的伸展和镜头支架在X方向上的旋转。

所述的负反馈系统包括STM32控制板，电机驱动器，伺服电机，光电编码器，操作手柄，操作手柄通过CAN总线与STM32控制板连接，STM32控制板与电机驱动器连接，电机驱动器与伺服电机连接，光电编码器放置于伺服电机上，光电编码器将采集到的伺服电机转速反馈给STM32，实现对支架平台精确控制。

所述的操作手柄包括液晶显示器，小型键盘，控制Z轴上下移动的旋钮和控制Y轴左右移动的旋钮，操作手柄通过CAN总线与STM32控制板相连接，实现对支架平台的控制。

所述供能系统包括电源模块，电源模块为各个系统提供电能。

本发明与现有技术相比较，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1)传统的镜头支架装置需要将被测物放置于载物台上，然后在进行观测，由此非常不利于对大尺寸物体的检测，且支架装置不够灵活，难以对大尺寸被测物(如钢板、铜管等)实现多角度的检测，本发明镜头支架装置无需载物台，通过与机械臂相固定可手动调整支架装置的检测位置，灵活性高，鲁棒性强。

2)本发明的镜头支架装置能够灵活控制Z轴上下移动和左右旋转，即使在被测物不动的情况下，也可手动或电动控制显微镜头支架装置的移动和旋转，有利于实现针对大倾角被测物体的快速检测；

3)本发明的镜头支架装置可通过操作手柄实现对支架平台的模块化控制，并通过反馈系统，可精确控制Z轴移动步距，实现快速调焦；

附图说明

图1是基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置整体结构示意图

图2是本发明支架装置的结构正视图

图3是本发明支架装置的结构原理示意图

具体实施方式

以下将结合附图1-3描述本发明的一种实施例

一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，包括环形夹持装置(2)，四自由度机械臂(9)，主控系统(I)，驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，供能系统(V)，操作手柄(16)，其特征在于：主控系统(I)与驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，操作手柄(16)相连接，驱动系统(II)与机械传动系统(III)相连接，供能系统(V)为各个系统提供电能；所述驱动系统放(II)置于一个支撑背板(4)内，主控系统(I)与供能系统(V)放置于一个机械臂基座(28)内；将镜头放置在环形夹持装置(2)中，再由螺旋紧固器(1)固定；驱动系统(II)放置于支撑背板(4)内，主控系统(I)与供能系统(V)放置于机械臂基座(28)内，通过CAN总线(10,13)与操作手柄(16)相连接；

所述的主控系统(I)包括STM32控制板(12)，操作手柄(16)，CAN总线(10,13)，STM32控制板(12)通过CAN总线(13)与操作手柄相(16)连接，整个主控系统(I)将驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)连接起来，实现对各个系统的控制。所述的驱动系统(II)包括电机驱动器(6)，STM32控制板(12)，伺服电机(21)，STM32控制板(12)与电机驱动器(6)连接，电机驱动器(6)与伺服电机(21)相连接，整个驱动系统(II)主要实现了对支架平台的自动化控制。所述的机械传动系统(III)包括，滚柱丝杠(7,8)，齿轮组(29,30,31,32,27)，伺服电机(21)，滚柱丝杠(7,8)与伺服电机(21)连接，实现移动平台(3)在ZY方向上的移动，所述齿轮组(29,30,31,32,27)与机械臂的四个旋转关节(23,24,25,26)和支架的旋转把手(5)相连接，旋转关节1(23)与齿轮组1(29)相连接，旋转关节2(24)与齿轮组2(30)相连接，旋转关节3(25)与齿轮组3(31)相连接，旋转关节4(26)与齿轮组4(32)相连接，支架的旋转把手与齿轮组(27)相连接，所述的旋转关节实现机械臂在空间内的伸展，所述的旋转把手实现镜头支架平台(3)在X方向上的旋转，通过手动支架的支撑背板(4)即可在空间内灵活移动镜头支架装置，所述滚柱丝杠(7,8)与粗准焦螺旋(20)和细准焦螺旋(19)相连接。所述的负反馈系统(IV)包括STM32控制板(12)，电机驱动器(6)，伺服电机(21)，光电编码器(22)，操作手柄(16)，操作手柄(16)通过CAN总线(13)与STM32控制板(12)连接，STM32控制板(12)与电机驱动器(6)连接，电机驱动器(6)与伺服电机(21)连接，光电编码器(22)放置于伺服电机(21)上，光电编码器(22)将采集到的伺服电机转速反馈给STM32(12)，实现对支架平台精确控制。所述的操作手柄(16)包括液晶显示器(17)，小型键盘(18)，控制Z轴上下移动的旋钮(14)和控制Y轴左右移动的旋钮(15)，操作手柄通(16)过CAN总线(13)与STM32控制板(12)相连接，实现对支架平台的控制。所述粗准焦螺旋(20)，细准焦螺旋(19)和旋转把手(5)通过滚珠丝杠(7,8)和齿轮组(27)与支架平台(3)相连接，实现手动控制支架平台(3)的运动。所述供能系统包括电源模块(11)，电源模块为各个系统提供电能。

本发明一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，具体步骤是通过环形夹持装置与螺旋紧固器固定镜头，电源模块为各个系统提供电能，通过CAN总线将电机驱动器与操作手柄相连接，然后通过操作手柄上的各个旋钮即可控制支架平台在Z方向和Y方向上的移动，通过小型键盘输入具体移动步距可精确控制支架平台的上下和左右移动，并可记录位置数据，通过旋转把手可灵活转动支架平台以检测具有大倾角斜面被测物，四自由度的机械臂使得支架装置在空间内灵活伸展有效的扩大了检测范围，本发明实现在复杂工业环境中对大尺寸被测物体的多角度观检测，可以精确的控制移动步距、记录位置数据，与显微镜头配合后，可灵活调整观测视野和检测被测物。整套镜头支架装置能够充分迎合市场的需求，适应于复杂的工业环境，在与镜头结合后，能够最大程度的发挥观测与检测功能。

Claims (7)

1.一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，包括环形夹持装置(2)，四自由度机械臂(9)，主控系统(I)，驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，供能系统(V)，操作手柄(16)，其特征在于：主控系统(I)与驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)，操作手柄(16)相连接，驱动系统(II)与机械传动系统(III)相连接，供能系统(V)为各个系统提供电能；所述驱动系统放(II)置于一个支撑背板(4)内，主控系统(I)与供能系统(V)放置于一个机械臂基座(28)内；将镜头放置在环形夹持装置(2)中，再由螺旋紧固器(1)固定；所述四自由度机械臂(9)由四个旋转关节组成，旋转关节1(23)与齿轮组1(29)相连接，旋转关节2(24)与齿轮组2(30)相连接，旋转关节3(25)与齿轮组3(31)相连接，旋转关节4(26)与齿轮组4(32)相连接，整个镜头支架装置(33)通过支撑背板(4)与机械臂(9)末端相连接，通过四自由度机械臂(9)将镜头支架放置(33)在被测物的上方，由操作手柄(16)进一步调整支架平台位置，实现在复杂工业环境下对大型被测物零件的灵活检测。

2.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述的主控系统(I)包括STM32控制板(12)，操作手柄(16)，CAN总线(13)，STM32控制板(9)通过CAN总线(13)与操作手柄(16)相连接，整个主控系统(I)将驱动系统(II)，机械传动系统(III)，负反馈系统(IV)连接起来，实现对各个系统的控制。

3.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述的驱动系统(II)包括电机驱动器(6)，STM32控制板(12)，伺服电机(21)，STM32控制板(12)与电机驱动器(6)连接，电机驱动器(6)与伺服电机(21)相连接，整个驱动系统主要实现了对支架平台的自动化控制。

4.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述的机械传动系统(III)包括，滚柱丝杠(7,8)，齿轮组(29,30,31,32,27)，伺服电机(21)，滚柱丝杠(7,8)与伺服电机(21)连接，实现移动平台(3)在ZY方向上的移动，所述齿轮组(29,30,31,32,27)与机械臂的四个旋转关节(23,24,25,26)和支架的旋转把手(5)相连接，旋转关节1(23)与齿轮组1(29)相连接，旋转关节2(24)与齿轮组2(30)相连接，旋转关节3(25)与齿轮组3(31)相连接，旋转关节4(26)与齿轮组4(32)相连接，支架的旋转把手与齿轮组(27)相连接，所述的旋转关节实现机械臂在空间内的伸展，所述的旋转把手实现镜头支架平台(3)在X方向上的旋转，利用本装置能够实现多角度观测。

5.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述的负反馈系统(IV)包括STM32控制板(12)，电机驱动器(6)，伺服电机(21)，光电编码器(22)，操作手柄(16)，操作手柄(16)通过CAN总线(13)与STM32控制板(12)连接，STM32控制板(12)与电机驱动器(6)连接，电机驱动器(6)与伺服电机(21)连接，光电编码器(22)放置于伺服电机(21)上，光电编码器(22)将采集到的伺服电机(21)转速反馈给STM32(12)，实现对支架平台(3)精确控制。

6.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述的操作手柄(16)包括液晶显示器(17)，小型键盘(18)，控制Z轴上下移动的旋钮(14)和控制Y轴左右移动的旋钮(15)，操作手柄(16)通过CAN总线(13)与STM32控制板(12)相连接，实现对支架平台(3)的控制。

7.根据权利要求1所述一种基于工业机械臂的多角度显微镜头支架装置，其特征在于：所述供能系统(V)包括电源模块(11)，电源模块(11)为各个系统提供电能。