CN205085963U - 基于LeapMotion的体感并联机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于LeapMotion的体感并联机械手，三个连接支架与三个步进电机支架相间首尾连接，组成一个六边形框架底座，步进电机支架上固定安装有微型触动开关，同步带滑轮架上安装有带动滑轮组支架上下滑动的同步带，螺纹杆组件上端连接滑轮组支架，下端连接机械手固定件，机械手固定件下端固定有夹持物体的机械手，机械手正下方设置有存放物体的底盘，通过三个滑轮组支架的上下滑动来控制机械手对存放于底盘上物体的取放。通过体感技术结合LeapMotion控制器控制机械手的动作，替代传统程序控制方法，便于实现自动化控制。

Description

基于LeapMotion的体感并联机械手

技术领域

本实用新型涉及一种基于LeapMotion的体感并联机械手，尤其涉及把现今流行的体感技术与多自由度的并联机器人结合在一起，控制机械手的动作，已不仅仅是预先写好的程序而是达到使用者手势控制机械手运动的目的。

背景技术

机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。但过去几十年研究的机械手大多都是串联机械手，串联机械手自由度少、作业空间大。因此将机械手的研究方向转移到并联机械手方向是必要的。

目前，市面上也已经出现了一些并联机械手，但是，一方面它们大多数都是仿串联机械手稍作改变；另一方面，它们大多任由技术人员提前写好程序让机械手按固定程序动作。因此，基于上述的分析以及技术特点，将并联机械手进一步的智能化是必要的。故本装置的开发将基于LeapMotion的体感与并联机械手融洽结合，使并联机械手不仅具有娱乐观赏性而且在一定程度上促进机械手朝着智能化方向发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题提供一种体感的并联机械手，此并联机械手不仅可以在程序员的操控下动作，而且可以切换成在使用者的手势下根据使用者的需求运动；同时还要保证机械手的作业范围不能过大。

为了实现上述的技术特征，本实用新型所采用的技术方案为：一种基于LeapMotion的体感并联机械手，它包括并联机械手底部连接支架，三个连接支架与三个步进电机支架相间首尾连接，组成一个六边形框架底座，步进电机支架上固定安装有微型触动开关，微型触动开关用于控制安装在步进电机支架上的滑轮组支架的急停，限制滑轮组的上极限位置，同步带滑轮架上安装有带动滑轮组支架上下滑动的同步带，螺纹杆组件上端连接滑轮组支架，下端连接机械手固定件，机械手固定件下端固定有夹持物体的机械手，机械手正下方设置有存放物体的底盘，通过三个滑轮组支架的上下滑动来控制机械手对存放于底盘上物体的取放。

所述步进电机支架包括底部支架，底部支架两端连接有滑轮组支架的导轨，底部支架中间部位固定安装有步进电机固定架，步进电机通过一号螺钉与步进电机固定架固定相连，滑轮组支架的下极限位挡板通过L型支架与导轨固定连接，步进电机支架顶端固定安装有U型支架，滑轮轴通过深沟球轴承安装在U型支架上，滑轮轴上固定安装有同步带滑轮并通过定位套筒定位，同步带滑轮通过步进电机驱动，与同步带一起带动滑轮组支架沿其导轨上下滑动。

所述夹持机构机械手包括与机械手固定件通过二号螺钉和螺母固定相连的L型连接件，舵机支架固定安装在机械手固定件的底部，夹持器移动导轨通过三号螺钉固定安装在舵机支架的底部，舵机的输出轴与曲柄中心相连，曲柄的两端对称铰接有连杆，连杆上铰接有上滑块，上滑块上固定有下滑块，下滑块上安装有夹持器，夹持器与夹持器移动导轨构成滑动配合，通过舵机带动两个夹持器沿夹持器移动导轨左右移动实现夹持动作。

所述螺纹杆组件包括螺纹杆，螺纹杆两端安装有内孔杆端轴承，内孔杆端轴承内安装三自由度球阀，螺纹杆组件通过螺钉安装在L型连接件上。

所述滑轮组支架包括左侧板和右侧板，L型触控挡板固定安装在右侧板上，尼龙滑轮与深沟球轴承采用过盈配合并通过转动轴安装在左侧板和右侧板之间，左侧板上固定安装有L型固定板，L型固定板与方形卡片相配合固定同步带的两个自由端，右侧板上固定安装有螺杆连接件，螺纹杆组件的一端与螺杆连接件相连。

所述尼龙滑轮共有四组，对称安装在左侧板和右侧板之间，并与导轨形成滑动配合。

所述L型固定板上加工有卡槽，卡槽与同步带的两自由端相配合，并通过方形卡片进行固定。

所述微型触动开关通过信号线与同步电机相连，并与L型触控挡板相配合实现同步电机的启停。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型采用上述设计，将LeapMotion体感与并联机械手相结合，精巧的结构设计加上并联机构本身的特点不仅满足了机械手复杂的机械动作与空间作业，而且保证了对空间位置的高效利用。机械手结合体感这一设计让机械手并不只是传统的机械手，体感赋予了机械手更多的人性，集实用与观赏于一身。同时还保证了整个动作过程的安全可靠性，提高了工作效率，降低了运行成本，节省了大量空间。此装置可在科研活动、产品展示中大范围使用。

上述所述步进电机支架包括底部支架，底部支架两端连接有滑轮组支架的导轨，底部支架中间部位固定安装有步进电机固定架，步进电机通过一号螺钉与步进电机固定架固定相连，滑轮组支架的下极限位挡板通过L型支架与导轨固定连接，步进电机支架顶端固定安装有U型支架，滑轮轴通过深沟球轴承安装在U型支架上，滑轮轴上固定安装有同步带滑轮并通过定位套筒定位，同步带滑轮通过步进电机驱动，与同步带一起带动滑轮组支架沿其导轨上下滑动。每个滑轮组支架都通过两个螺纹杆组件与机械手固定件相连，通过三个滑轮组支架的上下协调运动来精确控制机械手的位置，进而实现其空间动作。

上述夹持机构机械手包括与机械手固定件通过二号螺钉和螺母固定相连的L型连接件，舵机支架固定安装在机械手固定件的底部，夹持器移动导轨通过三号螺钉固定安装在舵机支架的底部，舵机的输出轴与曲柄中心相连，曲柄的两端对称铰接有连杆，连杆上铰接有上滑块，上滑块上固定有下滑块，下滑块上安装有夹持器，夹持器与夹持器移动导轨构成滑动配合，通过舵机带动两个夹持器沿夹持器移动导轨左右移动实现夹持动作。舵机的输出端与曲柄连接，曲柄、连杆和滑块、组成曲柄滑块机构，夹持器固定在滑块上，两个曲柄滑块机构共用一个曲柄，两个夹持器对称分布在夹持器移动导轨两端，通过舵机的转动带动曲柄转动，通过机构动力传递带动夹持器的左右移动，从而实现对物体的夹取。

上述螺纹杆组件包括一个螺纹杆，螺纹杆两端安装有内孔杆端轴承，轴承内安装三自由度球阀，螺纹杆组件通过螺钉安装在L型连接件上。通过螺纹杆能够对机械手固定件进行加持和移动，从而便于实现空间动作。

上述滑轮组支架包括L型触控挡板，尼龙滑轮与深沟球轴承由过盈配合相连，同轴安装在转动轴上。四个尼龙滑轮成矩形分布在两个支架之间，其中上面两个尼龙滑轮之间的最小距离比滑轮导轨宽度略大，故两者之间为间隙配合，下面的两个尼龙滑轮起到增强滑动可靠性作用。两个螺杆连接件对称安装在右支架两侧，用于连接螺纹杆组件。通过在L型固定板上加工有1mm宽的卡槽，通过卡槽与同步带的两自由端相配合，并通过方形卡片进行固定。

上述三个DeltaRobot连接支架与三个步进电机支架相间首尾连接，从而组成一个六边形，步进电机支架上固定安装有微型触动开关，微型触动开关用于控制安装在步进电机支架上的滑轮组支架的急停，即限制滑轮组的上极限位置，同步带滑轮架上安装有带动滑轮组支架上下滑动的同步带，螺纹杆组件上端连接滑轮组支架下端连接机械手固定件，机械手固定件下端固定有夹持机构机械手，机械手正下方为存放物体的底盘，通过三个滑轮组支架的上下滑动来控制机械手定位于物体的正上方，通过舵机的转动来夹取物体。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的第一个视角的整体结构示意图。

图2为本实用新型的步进电机支架结构示意图及局部结构示意图。

图3为本实用新型的机械手与机械手固定件结构示意图。

图4为本实用新型的螺纹组杆件结构示意图及局部结构示意图。

图5为本实用新型的滑轮组支架结构原理图。

图中：连接支架1、步进电机支架2、机械手3、螺纹杆组件4、滑轮组支架5、同步带滑轮架6、微型触动开关7、同步带8、机械手固定件9、底盘10。

U型支架201、深沟球轴承202、滑轮轴203、同步带滑轮204、定位套筒205、底部支架206、步进电机固定架207、步进电机208、一号螺钉209、L型支架210、下极限位挡板211。

L型连接件301、二号螺钉302、螺母303、连杆304、上滑块305、下滑块306、夹持器307、夹持器移动导轨308、三号螺钉309、舵机支架310、曲柄311、舵机312。

螺钉401、内孔杆端轴承402、三自由度球阀403、螺纹杆404。

L型触控挡板501、尼龙滑轮502、深沟球轴承503、螺杆连接件504、左侧板505、方形卡片506、L型固定板507、转动轴508、右侧板509。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1-5，一种基于LeapMotion的体感并联机械手，它包括并联机械手底部连接支架1，三个连接支架1与三个步进电机支架2相间首尾连接，组成一个六边形框架底座，步进电机支架2上固定安装有微型触动开关7，微型触动开关7用于控制安装在步进电机支架2上的滑轮组支架5的急停，限制滑轮组的上极限位置，同步带滑轮架6上安装有带动滑轮组支架5上下滑动的同步带8，螺纹杆组件4上端连接滑轮组支架5，下端连接机械手固定件9，机械手固定件9下端固定有夹持物体的机械手3，机械手3正下方设置有存放物体的底盘10，通过三个滑轮组支架5的上下滑动来控制机械手3对存放于底盘10上物体的取放。

如图2，所述步进电机支架2包括底部支架206，底部支架206两端连接有滑轮组支架5的导轨，底部支架206中间部位固定安装有步进电机固定架207，步进电机208通过一号螺钉209与步进电机固定架207固定相连，滑轮组支架5的下极限位挡板211通过L型支架210与导轨固定连接，步进电机支架2顶端固定安装有U型支架201，滑轮轴203通过深沟球轴承202安装在U型支架201上，滑轮轴203上固定安装有同步带滑轮204并通过定位套筒205定位，同步带滑轮204通过步进电机208驱动，与同步带8一起带动滑轮组支架5沿其导轨上下滑动。

进一步的，所述的同步带滑轮204为齿形带轮，所述的同步带8也为齿形带，通过齿形带提高了控制精度。

如图3，所述夹持机构机械手3包括与机械手固定件9通过二号螺钉302和螺母303固定相连的L型连接件301，舵机支架310固定安装在机械手固定件9的底部，夹持器移动导轨308通过三号螺钉309固定安装在舵机支架310的底部，舵机312的输出轴与曲柄311中心相连，曲柄311的两端对称铰接有连杆304，连杆304上铰接有上滑块305，上滑块305上固定有下滑块306，下滑块306上安装有夹持器307，夹持器307与夹持器移动导轨308构成滑动配合，通过舵机312带动两个夹持器307沿夹持器移动导轨308左右移动实现夹持动作。

进一步的，通过曲柄311、连杆304、夹持器307和舵机312构成的曲柄滑块机构，能够通过舵机312的转动驱动夹持器307实现物体的夹持动作。

如图4，所述螺纹杆组件4包括螺纹杆404，螺纹杆404两端安装有内孔杆端轴承402，内孔杆端轴承402内安装三自由度球阀403，螺纹杆组件4通过螺钉401安装在L型连接件301上。通过内孔杆端轴承402和三自由度球阀403之间的配合能够方便的实现机械手固定件9的空间动作，从而实现其不同功能。

如图5，所述滑轮组支架5包括左侧板505和右侧板509，L型触控挡板501固定安装在右侧板509上，尼龙滑轮502与深沟球轴承503采用过盈配合并通过转动轴508安装在左侧板505和右侧板509之间，左侧板505上固定安装有L型固定板507，L型固定板507与方形卡片506相配合固定同步带8的两个自由端，右侧板509上固定安装有螺杆连接件504，螺纹杆组件4的一端与螺杆连接件504相连。

进一步的，所述尼龙滑轮502共有四组，对称安装在左侧板505和右侧板509之间，并与导轨形成滑动配合。通过四组对称布置能够提高滑轮组支架5在滑轨上的移动稳定性。

进一步的，所述L型固定板507上加工有卡槽，卡槽与同步带8的两自由端相配合，并通过方形卡片506进行固定。

进一步的，所述微型触动开关7通过信号线与同步电机208相连，并与L型触控挡板501相配合实现同步电机208的启停。

本实用新型的具体工作过程为：

初始化：先将三个滑轮组复位，即按下复位键，滑轮组将向上移动当触控挡板碰到微型触动开关时，滑轮组停止运动。

调试：启动LeapMotion体感控制器，使用者将手悬空与LeapMotion正上方，通过手的简单三维运动来调试机械手的动作，检查机械手的运动是否与使用者手运动一致。

运作：调试完毕之后，使用者即可尽情享受体感DeltaRobot带来的奇妙体验。

Claims (8)

1.一种基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：它包括并联机械手底部连接支架（1），三个连接支架（1）与三个步进电机支架（2）相间首尾连接，组成一个六边形框架底座，步进电机支架（2）上固定安装有微型触动开关（7），微型触动开关（7）用于控制安装在步进电机支架（2）上的滑轮组支架（5）的急停，限制滑轮组的上极限位置，同步带滑轮架（6）上安装有带动滑轮组支架（5）上下滑动的同步带（8），螺纹杆组件（4）上端连接滑轮组支架（5），下端连接机械手固定件（9），机械手固定件（9）下端固定有夹持物体的机械手（3），机械手（3）正下方设置有存放物体的底盘（10），通过三个滑轮组支架（5）的上下滑动来控制机械手（3）对存放于底盘（10）上物体的取放。

2.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述步进电机支架（2）包括底部支架（206），底部支架（206）两端连接有滑轮组支架（5）的导轨，底部支架（206）中间部位固定安装有步进电机固定架（207），步进电机（208）通过一号螺钉（209）与步进电机固定架（207）固定相连，滑轮组支架（5）的下极限位挡板（211）通过L型支架（210）与导轨固定连接，步进电机支架（2）顶端固定安装有U型支架（201），滑轮轴（203）通过深沟球轴承（202）安装在U型支架（201）上，滑轮轴（203）上固定安装有同步带滑轮（204）并通过定位套筒（205）定位，同步带滑轮（204）通过步进电机（208）驱动，与同步带（8）一起带动滑轮组支架（5）沿其导轨上下滑动。

3.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述夹持机构机械手（3）包括与机械手固定件（9）通过二号螺钉（302）和螺母（303）固定相连的L型连接件（301），舵机支架（310）固定安装在机械手固定件（9）的底部，夹持器移动导轨（308）通过三号螺钉（309）固定安装在舵机支架（310）的底部，舵机（312）的输出轴与曲柄（311）中心相连，曲柄（311）的两端对称铰接有连杆（304），连杆（304）上铰接有上滑块（305），上滑块（305）上固定有下滑块（306），下滑块（306）上安装有夹持器（307），夹持器（307）与夹持器移动导轨（308）构成滑动配合，通过舵机（312）带动两个夹持器（307）沿夹持器移动导轨（308）左右移动实现夹持动作。

4.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述螺纹杆组件（4）包括螺纹杆（404），螺纹杆（404）两端安装有内孔杆端轴承（402），内孔杆端轴承（402）内安装三自由度球阀（403），螺纹杆组件（4）通过螺钉（401）安装在L型连接件（301）上。

5.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述滑轮组支架（5）包括左侧板（505）和右侧板（509），L型触控挡板（501）固定安装在右侧板（509）上，尼龙滑轮（502）与深沟球轴承（503）采用过盈配合并通过转动轴（508）安装在左侧板（505）和右侧板（509）之间，左侧板（505）上固定安装有L型固定板（507），L型固定板（507）与方形卡片（506）相配合固定同步带（8）的两个自由端，右侧板（509）上固定安装有螺杆连接件（504），螺纹杆组件（4）的一端与螺杆连接件（504）相连。

6.根据权利要求5所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述尼龙滑轮（502）共有四组，对称安装在左侧板（505）和右侧板（509）之间，并与导轨形成滑动配合。

7.根据权利要求5所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述L型固定板（507）上加工有卡槽，卡槽与同步带（8）的两自由端相配合，并通过方形卡片（506）进行固定。

8.根据权利要求1所述的基于LeapMotion的体感并联机械手，其特征在于：所述微型触动开关（7）通过信号线与同步电机（208）相连，并与L型触控挡板（501）相配合实现同步电机（208）的启停。