CN114932532A - 一种可切换工具的移动式机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可切换工具的移动式机械臂，包括固定安装于平台上的工作模组、工具切换模组和中控模组；所述平台位于可自由移动的底盘上；所述工作模组设置于平台前半侧，工具切换模组位于平台后半侧；所述工作模组包括自上而下设置的接口圆柱、第一接线口和机械臂；工具切换模组包括固定于支架上的钩子、爪夹和铲子工作模组；中控模组设置于工作模组和工具切换模组之间，外部设有防尘盖；本发明通过设计多种工具切换模组，并通过远程遥控机械臂实现工具自动切换，大大增加了适用场景，扩大了工作范围，提高了灵活性；多角度弯折的机械臂可以有效提供切换配合的准确度；机械臂与工具切换模组分立于平台两侧，可以保证平台前后平衡，方便操控。
Description
技术领域
本发明涉及工程机械臂设计技术领域，主要涉及一种可切换工具的移动式机械臂。
背景技术
机械臂是一种集机械、自动控制为一体的机械系统。在一些特殊的工作环境下，机械臂能代替人类完成高难度、高危险性、高反复的工作，极大程度地提高工作效率。现有的机械臂装夹工具并进行工作的过程中具有一定的局限性，可操作性不高，甚至无法切换工具或者需要人工切换，步骤繁琐。另外机械臂的工作范围有限，灵活性不高。此外目前市场上使用的大多数机械臂所携带的工具种类单一，只能从事一些特定的工作内容，应用起来缺乏广泛性。
发明内容
发明目的：针对上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种可切换工具的移动式机械臂，通过可旋转式机械臂和多功能工具切换模组的设计，实现了多种工具的可控式切换，省去了繁琐的安装过程，有效提升工作效率。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种可切换工具的移动式机械臂，包括固定安装于平台上的工作模组、工具切换模组和中控模组；所述平台位于可自由移动的底盘上；所述工作模组设置于平台前半侧，工具切换模组位于平台后半侧
所述工作模组包括自上而下设置的接口圆柱、第一接线口和机械臂；所述机械臂包括设置于平台上的基座，基座上方设置有连杆机构；连杆机构末端通过第一舵机控制接口圆柱实现绕机械臂轴线方向旋转和自身旋转；所述基座下方设有控制机械臂旋转的第五舵机；
所述工具切换模组包括三个沿圆弧边设置的支架，该平面圆弧圆心位于机械臂轴线上，两侧支架沿中间支架对称设置；每个支架上均固定安装有不同工具模块；下侧支架上设置有与接口圆柱配合的接口圆孔，接口圆孔末端与铲子固定连接；中间支架上设置有相同接口圆孔，末端与爪夹固定连接；上侧支架上设置有相同接口圆孔，末端通过紧固螺栓与钩子固定连接；
所述接口圆柱外圈设置有两个凸起滑块，接口圆孔端部设置有与凸起滑块配合的U型槽，内部加工有前段竖直后段带螺旋的内滑槽，凸起滑块伸入接口圆孔内部竖直段末端，通过旋转固定于内滑槽中；
所述中控模组设置于工作模组和工具切换模组之间，包括固定于平台上端的控制芯片和用于芯片和底盘供电的电源模组，中控模组外部设有防尘盖。
进一步地，所述机械臂包括三段式连杆结构，下段连杆底端设置有控制连杆旋转角度的第四舵机；下段连杆与中段连杆连接处设有控制中段连杆旋转角度的第三舵机；中段连杆与上段连杆之间设有第二舵机；上段连杆末端通过第一舵机与接口圆柱固定连接；所述第一接口下方设有第一接线口；所述第一舵机至第五舵机均与中控模组电连接。
进一步地，所述爪夹上设有控制开合的第六舵机，接口线由中间上架上接口圆孔上方的第二接线口伸出；当接口圆柱与接口圆孔配合时，第一接线口与第二接线口也配合固定；中控模块通过第一接线口与第二接线口与第六舵机实现电连接，进而控制第六舵机。
进一步地，所述支架包括“L”形底座，底座两侧分别设有固定支架，底座上端承载接口圆孔；所述接口圆孔外侧设有两个固定块，通过过盈配合固定于两侧固定支架上；所述“L”形底座侧面还设有用于提升支撑强度的加强筋。
进一步地，所述铲子固定安装于下侧支架上，不可切换；所述爪夹和钩子均为可切换工具，通过螺栓连接固定于接口圆孔末端。
进一步地，所述底盘采用橡胶履带式底盘，并搭载有若干驱动电机；由中控模组控制底盘上驱动电机工作，实现移动。
进一步地，通过红外遥控手柄对中控模组中控制芯片进行远程控制可远程遥控机械臂在工作半径内工作，并且控制底盘运动。
有益效果：
(1)本发明通过设计多种工具切换模组，并通过远程遥控机械臂实现工具自动切换，大大增加了适用场景，扩大了工作范围，提高了灵活性。
(2)本发明通过设计多角度弯折的机械臂，可以实现精细化的机械臂工作状态调整，确保接口圆柱可以与接口圆孔精准配合，进而实现工具切换与正常使用，有效提高了切换的准确度。
(3)本发明工具切换模组安装于平台的后部，机械臂安装在平台前部，电源及控制芯片安装在平台中部并有防尘盖覆盖。保证工具切换与作业的方便。同时工具切换模组为整体平台移动提供了配重。
(4)、本发明底盘选用履带式底盘，具有全地形越障能力。通过红外手柄进行控制，能够实现底盘原地转向、前进、后退，机械臂在其工作半径内进行移动，抓取等动作。
附图说明
图1是本发明提供的可切换工具的移动式机械臂结构示意图；
图2是本发明提供的可切换工具的移动式机械臂俯视图；
图3是本发明提供的工具接口配合示意图。
附图标记说明：
1-底盘；2-机械臂；3-平台；4-支架；5-接口圆柱；6-接口圆孔；7-第一接线口；8-第二接线口；9-铲子；10-防尘盖；11-爪夹；12-钩子；13-中控模组；14-工具切换模组；15-工作模组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提供的可切换工具的移动式机械臂结构如图1-2所示，包括固定安装于平台3上的工作模组15、工具切换模组14和中控模组13；所述平台3位于可自由移动的底盘1上；所述工作模组15设置于平台3前半侧，工具切换模组14位于平台3后半侧；
所述工作模组包括自上而下设置的接口圆柱5、第一接线口7和机械臂2；所述机械臂2包括设置于平台3上的基座，所述基座下方设有控制机械臂2旋转的第五舵机；基座上方设置有三连杆机构；下段连杆底端设置有控制连杆旋转角度的第四舵机。下段连杆与中段连杆连接处设有控制中段连杆旋转角度的第三舵机。中段连杆与上段连杆之间设有第二舵机。上段连杆末端通过第一舵机与接口圆柱5固定连接。第一接口5下方设有第一接线口7。第一舵机至第五舵机均与中控模组13电连接。
所述工具切换模组14包括三个沿圆弧边设置的支架4，该平面圆弧圆心位于机械臂2轴线上，两侧支架沿中间支架对称设置；支架4包括“L”形底座，底座两侧分别设有固定支架，底座上端承载接口圆孔6；所述接口圆孔6外侧设有两个固定块，通过过盈配合固定于两侧固定支架上；所述“L”形底座侧面还设有用于提升支撑强度的加强筋。每个支架上均固定安装有不同工具模块。
下侧支架上设置有与接口圆柱5配合的接口圆孔6，接口圆孔6末端与铲子固定连接；铲子为固定工具部件，不可改变切换。
中间支架上设置有相同接口圆孔6，末端与爪夹固定连接，爪夹为可切换工具，通过螺栓连接固定于接口圆孔6末端；爪夹上设有控制开合的第六舵机，接口线由中间上架上接口圆孔上方的第二接线口8伸出；当接口圆柱5与接口圆孔6配合时，第一接线口7与第二接线口8也配合固定。本实施例中第一接线口7和第二接线口8配合时，两侧的电源线和数据线均采用一般杜邦线，通过自带的锁紧结构可以完成牢靠的电连接。中控模块通过第一接线口7与第二接线口8与第六舵机实现电连接，进而控制第六舵机。
上侧支架上设置有相同接口圆孔6，末端通过紧固螺栓与钩子固定连接；钩子同样为可切换工具，通过螺栓连接固定于接口圆孔6末端。
本发明通过机械臂2的旋转和弯折，使接口圆柱5与接口圆孔6配合固定，完成工具切换，配合过程具体如图3所示。所述接口圆柱5外圈设置有两个凸起滑块，接口圆孔6端部设置有与凸起滑块配合的U型槽，内部加工有前段竖直后段带螺旋的内滑槽，凸起滑块伸入接口圆孔6内部竖直段末端，通过旋转固定于内滑槽中。
所述中控模组13设置于工作模组15和工具切换模组14之间，包括固定于平台3上端的控制芯片和用于芯片和底盘供电的电源模组，中控模组13外部设有防尘盖10。所述工具切换模组安装在平台的后部，机械臂安装在平台前部，电源及控制芯片安装在平台中部并有防尘盖覆盖，这样可以保证工具切换与作业的方便，同时工具切换模组为整体平台移动提供了配重。
底盘1采用橡胶履带式底盘，并搭载有若干驱动电机；由中控模组13控制底盘上的驱动电机工作，实现移动。通过红外遥控手柄对中控模组13中控制芯片进行远程控制可远程遥控机械臂在工作半径内工作，并且控制底盘运动。
下面具体描述本发明提供的可切换工具的移动式机械臂的切换工作原理：
使用时，由中控模组控制机械臂上第五舵机旋转机械臂至工作角度，然后控制第二至第四舵机，使机械臂弯折至合适角度，此时接口圆柱与需要使用的工具模组的接口圆孔位于同一平面内。通过控制舵机使接口圆柱平移靠近接口圆孔，同时旋转接口圆柱，使其外部滑块与接口圆孔对应后，插入内滑槽，抵达竖直插槽末端后第一舵机带动圆柱旋转90度，接口圆柱上的滑块会随着舵机转动滑入滑槽完成工具的切换固定。
切换时，控制第一舵机向反方向旋转90度，随后退出内滑槽，由机械臂带动接口圆柱旋转到待换工具模组处，重复上述操作即可完成切换。
当需要使用爪夹时，第一接线口与第二接线口平面贴紧，两侧杜邦线锁紧连接，，完成第六舵机与中控模组的电连接，方便后续控制第六舵机使爪夹开合，完成作业要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，包括固定安装于平台(3)上的工作模组(15)、工具切换模组(14)和中控模组(13)；所述平台(3)位于可自由移动的底盘(1)上；所述工作模组(15)设置于平台(3)前半侧，工具切换模组(14)位于平台(3)后半侧；
所述工作模组包括自上而下设置的接口圆柱(5)、第一接线口(7)和机械臂(2)；所述机械臂(2)包括设置于平台(3)上的基座，基座上方设置有连杆机构；连杆机构末端通过第一舵机控制接口圆柱(5)实现绕机械臂(2)轴线方向旋转和自身旋转；所述基座下方设有控制机械臂(2)旋转的第五舵机；
所述工具切换模组(14)包括三个沿圆弧边设置的支架(4)，该平面圆弧圆心位于机械臂(2)轴线上，两侧支架沿中间支架对称设置；每个支架上均固定安装有不同工具模块；下侧支架上设置有与接口圆柱(5)配合的接口圆孔(6)，接口圆孔(6)末端与铲子固定连接；中间支架上设置有相同工具接口圆孔(6)，末端与爪夹固定连接；上侧支架上设置有相同接口圆孔(6)，末端通过紧固螺栓与钩子固定连接；
所述接口圆柱(5)外圈设置有两个凸起滑块，接口圆孔(6)端部设置有与凸起滑块配合的U型槽，内部加工有前段竖直后段带螺旋的内滑槽，凸起滑块伸入接口圆孔(6)内部竖直段末端，通过旋转固定于内滑槽中；
所述中控模组(13)设置于工作模组(15)和工具切换模组(14)之间，包括固定于平台(3)上端的控制芯片和用于芯片和底盘供电的电源模组，中控模组(13)外部设有防尘盖(10)。
2.根据权利要求1所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，所述机械臂(2)包括三段式连杆结构，下段连杆底端设置有控制连杆旋转角度的第四舵机；下段连杆与中段连杆连接处设有控制中段连杆旋转角度的第三舵机；中段连杆与上段连杆之间设有第二舵机；上段连杆末端通过第一舵机与接口圆柱(5)固定连接；所述第一接口(5)下方设有第一接线口(7)；所述第一舵机至第五舵机均与中控模组(13)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，所述爪夹上设有控制开合的第六舵机，接口线由中间上架上接口圆孔上方的第二接线口(8)伸出；当接口圆柱(5)与接口圆孔(6)配合时，第一接线口(7)与第二接线口(8)也配合固定；中控模块通过第一接线口(7)与第二接线口(8)与第六舵机实现电连接，进而控制第六舵机。
4.根据权利要求1所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，所述支架(4)包括“L”形底座，底座两侧分别设有固定支架，底座上端承载接口圆孔(6)；所述接口圆孔(6)外侧设有两个固定块，通过过盈配合固定于两侧固定支架上；所述“L”形底座侧面还设有用于提升支撑强度的加强筋。
5.根据权利要求1所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，所述铲子固定安装于下侧支架上，不可切换；所述爪夹和钩子均为可切换工具，通过螺栓连接固定于接口圆孔(6)末端。
6.根据权利要求1所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，所述底盘(1)采用橡胶履带式底盘，并搭载有若干驱动电机；由中控模组(13)控制底盘(1)上驱动电机工作，实现移动。
7.根据权利要求1所述的一种可切换工具的移动式机械臂，其特征在于，通过红外遥控手柄对中控模组(13)中控制芯片进行远程控制可远程遥控机械臂在工作半径内工作，并且控制底盘运动。
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