CN109531562A - 一种多关节机械臂及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂技术领域，且公开了一种多关节机械臂及其控制方法，包括中间关节，中间关节右侧的侧壁开设有U型槽，U型槽相对一侧的槽壁之间固定连接有同一根固定杆，固定杆的杆壁活动套设有后关节，后关节的外壁固定连接有第一安装板，中间关节的外壁固定连接有第二安装板，第二安装板与第一安装板之间转动连接有同一个液压杆，中间关节左侧的侧壁开设有安装槽，安装槽的槽底固定连接有驱动电机，驱动电机的输出轴固定连接有前关节，前关节左侧的侧壁固定连接有固定夹板。该多关节机械臂及其控制方法，提高了机械臂的自由度，较好的提高了机械臂的灵活度，能够进行多级缓冲，较好的避免了机械臂受到撞击时受损的问题。

Description

一种多关节机械臂及其控制方法

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，具体为一种多关节机械臂及其控制方法。

背景技术

机械臂是机械臂能模仿人手和臂的某些动作功能，是一种用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械臂是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，机械臂能够替代部分人工，机械臂能够承受较大的工作量，相对应人工，机械臂可以进行较为危险和高度重复的工作，机械手臂是近代自动化控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践结合的产物，并成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。随着社会的发展，机械手臂变得越来越重要，在工业领域和生活领域机械手臂已经可以取代人进行工作，从而出现了无人仓库、无人超市和无人工厂，自动化的机械手臂在方方面改变了人们的工作和生活，使人们的生活与工作更加智能化，是未来机械生产的发展方向。

现有的机械臂大都自由度较少，不能够进行多方位的操作，降低了机械臂的工作运动范围，减小了机械臂的灵活度，且现有的机械臂的抓手在使用过程中与硬物碰撞，容易大致抓手受损，影响机械臂的正常工作。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多关节机械臂及其控制方法，具备能够提高机械臂灵活度和提高机械臂的防撞能力等优点，解决了现有技术中机械臂的灵活度较低和防撞能力较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述能够提高机械臂灵活度和提高机械臂的防撞能力的目的，本发明提供如下技术方案：

一种多关节机械臂及其控制方法，包括中间关节，所述中间关节右侧的侧壁开设有U型槽，所述U型槽相对一侧的槽壁之间固定连接有同一根固定杆，所述固定杆的杆壁活动套设有后关节，所述后关节的外壁固定连接有第一安装板，所述中间关节的外壁固定连接有第二安装板，所述第二安装板与第一安装板之间转动连接有同一个液压杆，所述中间关节左侧的侧壁开设有安装槽，所述安装槽的槽底固定连接有驱动电机，所述驱动电机的输出轴固定连接有前关节，所述前关节左侧的侧壁固定连接有固定夹板，所述前关节左侧的侧壁滑动连接有移动夹板，移动夹板靠近固定夹板一侧的侧壁开设有通孔，且通孔内固定连接有螺纹筒，所述固定夹板靠近移动夹板一侧的侧壁通过轴承转动连接有螺纹杆，所述螺纹杆与螺纹筒螺纹连接，所述前关节左侧的侧壁固定连接有变速电机，所述变速电机的输出轴与螺纹杆固定连接。

优选的，所述固定夹板远离移动夹板一侧的侧壁通过多个缓冲装置固定连接有缓冲板，所述缓冲装置包括开设在固定夹板的侧壁的滑动槽，所述滑动槽内滑动连接有滑动杆，所述滑动杆位于滑动槽内的一端通过铰链铰接有两个缓冲杆，两个所述缓冲杆之间固定连接有同一根拉伸弹簧，所述滑动槽内滑动连接有滑动板，所述滑动板远离滑动槽槽底一侧的侧壁开设有移动槽，所述缓冲杆与移动槽滑动连接。

优选的，所述滑动板相背一侧的侧壁均固定连接有卡位滑块，所述滑动槽的槽壁开设有与卡位滑块相匹配的卡位滑槽。

优选的，一种多关节机械臂的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、设备实时采集手部运动数据，提取所述手部运动数据的特征参数；

S2、根据所述特征参数识别手部运动是否属于平移操作；

S3、若是，则发送代表机械臂平移的数据信号至所述机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制液压杆工作实现机械臂的平移动作；若否，再继续识别手臂运动是否属于转动操作；若是，则发送代表机械臂转动的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制驱动电机工作实现机械臂的转动动作；若否，再继续识别所述手部运动是否属于抓取操作；若是，则发送代表机械臂抓取的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制变速电机工作实现机械臂的抓取动作。

优选的，所述移动夹板靠近前关节一侧的侧壁固定连接有滑块，所述前关节的侧壁开设有与滑块相匹配的滑槽。

优选的，所述滑动槽相对一侧的槽壁均固定连接有限位滑块，所述滑动杆的杆壁开设有与限位滑块相匹配的限位滑槽。

优选的，所述滑动板与滑动槽的槽底之间固定连接有同一根缓冲弹簧。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种多关节机械臂及其控制方法，具备以下有益效果：

1、该多关节机械臂及其控制方法，通过设置的中间关节、U型槽、固定杆、后关节、第一安装板、第二安装板、液压杆、安装槽、驱动电机、前关节、固定夹板、移动夹板、螺纹筒、螺纹杆和变速电机，使用时，控制液压杆工作，液压杆带动中间关节移动，使中间关节进行平移移动，从而使整个机械臂能够进行平移运动；控制驱动电机转动，驱动电机带动前关节转动，前关节带动固定夹板和移动夹板转动，从而使机械臂能够进行转动，进一步提高了机械臂的自由度；控制变速电机转动，变速电机带动螺纹杆转动，通过螺纹筒与螺纹杆之间的螺纹配合，使螺纹筒向固定夹板的方向移动，螺纹筒带动移动夹板向固定夹板的方向移动，完成机械臂的抓取动作，本装置提高了机械臂的自由度，较好的提高了机械臂的灵活度。

2、该多关节机械臂及其控制方法，通过设置的缓冲板、滑动槽、滑动杆、缓冲杆、拉伸弹簧、滑动板、移动槽和缓冲弹簧，使用时，缓冲板受到撞击，缓冲板带动滑动杆移动，滑动杆挤压两个缓冲杆，使两个缓冲杆相背移动，两个缓冲杆拉动拉伸弹簧进行一级缓存，缓冲杆挤压滑动板，滑动板挤压缓冲弹簧进行二级缓冲，本装置能够进行多级缓冲，较好的避免了机械臂受到撞击时受损的问题。

附图说明

图1为本发明提出的一种多关节机械臂的结构示意图；

图2为图1中A部分的局部结构放大图；

图3为图1中B部分的局部结构放大图；

图4为图3中C部分的局部结构放大图。

图中：1中间关节、2U型槽、3固定杆、4后关节、5第一安装板、6第二安装板、7液压杆、8安装槽、9驱动电机、10前关节、11固定夹板、12移动夹板、13螺纹筒、14螺纹杆、15变速电机、16缓冲板、17滑动槽、18滑动杆、19缓冲杆、20拉伸弹簧、21滑动板、22移动槽、23缓冲弹簧。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，一种多关节机械臂及其控制方法，包括中间关节1，中间关节1右侧的侧壁开设有U型槽2，U型槽2相对一侧的槽壁之间固定连接有同一根固定杆3，固定杆3的杆壁活动套设有后关节4，后关节4的外壁固定连接有第一安装板5，中间关节1的外壁固定连接有第二安装板6，第二安装板6与第一安装板5之间转动连接有同一个液压杆7，中间关节1左侧的侧壁开设有安装槽8，安装槽8的槽底固定连接有驱动电机9，驱动电机9的输出轴固定连接有前关节10，前关节10左侧的侧壁固定连接有固定夹板11，前关节10左侧的侧壁滑动连接有移动夹板12，移动夹板12靠近固定夹板11一侧的侧壁开设有通孔，且通孔内固定连接有螺纹筒13，固定夹板11靠近移动夹板12一侧的侧壁通过轴承转动连接有螺纹杆14，螺纹杆14与螺纹筒13螺纹连接，前关节10左侧的侧壁固定连接有变速电机15，变速电机15的输出轴与螺纹杆14固定连接，驱动电机9和变速电机15均通过控制开关与外设电源电性连接，此电连接为本领域技术人员所熟知的技术手段，此处不进行过多赘述，使用时，控制液压杆7工作，液压杆7带动中间关节1移动，使中间关节1进行平移移动，从而使整个机械臂能够进行平移运动；控制驱动电机9转动，驱动电机9带动前关节10转动，前关节10带动固定夹板11和移动夹板12转动，从而使机械臂能够进行转动，进一步提高了机械臂的自由度；控制变速电机15转动，变速电机15带动螺纹杆14转动，通过螺纹筒13与螺纹杆14之间的螺纹配合，使螺纹筒13向固定夹板11的方向移动，螺纹筒13带动移动夹板12向固定夹板11的方向移动，完成机械臂的抓取动作，本装置提高了机械臂的自由度，较好的提高了机械臂的灵活度。

固定夹板11远离移动夹板12一侧的侧壁通过多个缓冲装置固定连接有缓冲板16，缓冲装置包括开设在固定夹板11的侧壁的滑动槽17，滑动槽17内滑动连接有滑动杆18，滑动杆18位于滑动槽17内的一端通过铰链铰接有两个缓冲杆19，两个缓冲杆19之间固定连接有同一根拉伸弹簧20，滑动槽17内滑动连接有滑动板21，滑动板21远离滑动槽17槽底一侧的侧壁开设有移动槽22，缓冲杆19与移动槽22滑动连接，使用时，缓冲板16受到撞击，缓冲板16带动滑动杆18移动，滑动杆18挤压两个缓冲杆19，使两个缓冲杆19相背移动，两个缓冲杆19拉动拉伸弹簧20进行一级缓存，缓冲杆19挤压滑动板21，滑动板21挤压缓冲弹簧23进行二级缓冲，本装置能够进行多级缓冲，较好的避免了机械臂受到撞击时受损的问题。

滑动板21相背一侧的侧壁均固定连接有卡位滑块，滑动槽17的槽壁开设有与卡位滑块相匹配的卡位滑槽，通过卡位滑块与卡位滑槽相互配合，对滑动板21进行限位，防止滑动板21倾斜，提高了装置的稳定性。

一种多关节机械臂的控制方法，控制方法包括以下步骤：

S1、设备实时采集手部运动数据，提取手部运动数据的特征参数；

S2、根据特征参数识别手部运动是否属于平移操作；

S3、若是，则发送代表机械臂平移的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制液压杆7工作实现机械臂的平移动作；若否，再继续识别手臂运动是否属于转动操作；若是，则发送代表机械臂转动的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制驱动电机9工作实现机械臂的转动动作；若否，再继续识别手部运动是否属于抓取操作；若是，则发送代表机械臂抓取的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制变速电机15工作实现机械臂的抓取动作。

移动夹板12靠近前关节10一侧的侧壁固定连接有滑块，前关节10的侧壁开设有与滑块相匹配的滑槽，通过滑块与滑槽相互配合，对移动夹板12进行限位固定，防止移动夹板12脱离前关节10，同时防止移动夹板12移动的过程中倾斜，还能够防止移动夹板12跟随螺纹筒13转动。

滑动槽17相对一侧的槽壁均固定连接有限位滑块，滑动杆18的杆壁开设有与限位滑块相匹配的限位滑槽，通过限位滑块与限位滑槽相互配合，对滑动杆18进行限位，防止滑动杆18在移动的过程中倾斜，且能够防止滑动杆18脱离滑动槽17，提高了装置的稳定性。

滑动板21与滑动槽17的槽底之间固定连接有同一根缓冲弹簧23，缓冲弹簧23能够发生弹性变形，物体受外力作用时，就会产生变形，如果将外力去除后，物体能够完全恢复它原来的形状和尺寸，这种变形称为弹性变形，弹簧弹性变形具有较好的缓冲性能。

综上所述，多关节机械臂及其控制方法，使用时，控制液压杆7工作，液压杆7带动中间关节1移动，使中间关节1进行平移移动，从而使整个机械臂能够进行平移运动；控制驱动电机9转动，驱动电机9带动前关节10转动，前关节10带动固定夹板11和移动夹板12转动，从而使机械臂能够进行转动，进一步提高了机械臂的自由度；控制变速电机15转动，变速电机15带动螺纹杆14转动，通过螺纹筒13与螺纹杆14之间的螺纹配合，使螺纹筒13向固定夹板11的方向移动，螺纹筒13带动移动夹板12向固定夹板11的方向移动，完成机械臂的抓取动作，本装置提高了机械臂的自由度，较好的提高了机械臂的灵活度，使用时，缓冲板16受到撞击，缓冲板16带动滑动杆18移动，滑动杆18挤压两个缓冲杆19，使两个缓冲杆19相背移动，两个缓冲杆19拉动拉伸弹簧20进行一级缓存，缓冲杆19挤压滑动板21，滑动板21挤压缓冲弹簧23进行二级缓冲，本装置能够进行多级缓冲，较好的避免了机械臂受到撞击时受损的问题。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种多关节机械臂及其控制方法，包括中间关节(1)，其特征在于，所述中间关节(1)右侧的侧壁开设有U型槽(2)，所述U型槽(2)相对一侧的槽壁之间固定连接有同一根固定杆(3)，所述固定杆(3)的杆壁活动套设有后关节(4)，所述后关节(4)的外壁固定连接有第一安装板(5)，所述中间关节(1)的外壁固定连接有第二安装板(6)，所述第二安装板(6)与第一安装板(5)之间转动连接有同一个液压杆(7)，所述中间关节(1)左侧的侧壁开设有安装槽(8)，所述安装槽(8)的槽底固定连接有驱动电机(9)，所述驱动电机(9)的输出轴固定连接有前关节(10)，所述前关节(10)左侧的侧壁固定连接有固定夹板(11)，所述前关节(10)左侧的侧壁滑动连接有移动夹板(12)，移动夹板(12)靠近固定夹板(11)一侧的侧壁开设有通孔，且通孔内固定连接有螺纹筒(13)，所述固定夹板(11)靠近移动夹板(12)一侧的侧壁通过轴承转动连接有螺纹杆(14)，所述螺纹杆(14)与螺纹筒(13)螺纹连接，所述前关节(10)左侧的侧壁固定连接有变速电机(15)，所述变速电机(15)的输出轴与螺纹杆(14)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种多关节机械臂及其控制方法，其特征在于：所述固定夹板(11)远离移动夹板(12)一侧的侧壁通过多个缓冲装置固定连接有缓冲板(16)，所述缓冲装置包括开设在固定夹板(11)的侧壁的滑动槽(17)，所述滑动槽(17)内滑动连接有滑动杆(18)，所述滑动杆(18)位于滑动槽(17)内的一端通过铰链铰接有两个缓冲杆(19)，两个所述缓冲杆(19)之间固定连接有同一根拉伸弹簧(20)，所述滑动槽(17)内滑动连接有滑动板(21)，所述滑动板(21)远离滑动槽(17)槽底一侧的侧壁开设有移动槽(22)，所述缓冲杆(19)与移动槽(22)滑动连接。

3.根据权利要求2所述的一种多关节机械臂及其控制方法，其特征在于：所述滑动板(21)相背一侧的侧壁均固定连接有卡位滑块，所述滑动槽(17)的槽壁开设有与卡位滑块相匹配的卡位滑槽。

4.根据权利要求1所述的一种多关节机械臂的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：

S1、设备实时采集手部运动数据，提取所述手部运动数据的特征参数；

S2、根据所述特征参数识别手部运动是否属于平移操作；

S3、若是，则发送代表机械臂平移的数据信号至所述机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制液压杆(7)工作实现机械臂的平移动作；若否，再继续识别手臂运动是否属于转动操作；若是，则发送代表机械臂转动的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制驱动电机(9)工作实现机械臂的转动动作；若否，再继续识别所述手部运动是否属于抓取操作；若是，则发送代表机械臂抓取的数据信号至机械臂主控系统，通过主控系统发出控制信号控制变速电机(15)工作实现机械臂的抓取动作。

5.根据权利要求1所述的一种多关节机械臂及其控制方法，其特征在于：所述移动夹板(12)靠近前关节(10)一侧的侧壁固定连接有滑块，所述前关节(10)的侧壁开设有与滑块相匹配的滑槽。

6.根据权利要求2所述的一种多关节机械臂及其控制方法，其特征在于：所述滑动槽(17)相对一侧的槽壁均固定连接有限位滑块，所述滑动杆(18)的杆壁开设有与限位滑块相匹配的限位滑槽。

7.根据权利要求2所述的一种多关节机械臂及其控制方法，其特征在于：所述滑动板(21)与滑动槽(17)的槽底之间固定连接有同一根缓冲弹簧(23)。