CN206551039U - 一种远程操作线牵引式机械手 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可远程操作线牵引式机械手，工作时，操作人员该变其手的动作，操作手套通过装在操作手套关节处的角度传感器采集到操作员手的运动姿态信息，蓝牙发送模块将采集到的人手运动姿态信息传送到机械手的电路板上的蓝牙接收模块上。机械手上的电路板上的蓝牙接收模块通过电路将人手的运动姿态信息传送给电路板上的微处理器。微处理器通过比较采集到的人手的运动姿态信息和采集到的机械手的运动姿态信息，发出信息控制数字舵机的转动。数字舵机通过转动，缩短牵引线的长度，从而控制机械手运动，当动作结束，需要机械手复位的时候，微处理器发出指令让舵机反向转动，牵引线变长，由于关节处的弹簧有恢复原来形状的弹力作用，关节复位。
Description
技术领域
本实用新型属于属于自动化领域，涉及一种远程操作线牵引式机械手。
背景技术
在当今社会中，在很多危险的环境中，人无法进行工作，但是可以通过现代技术进行远程遥控操作；并且由于人工智能技术现在也还不成熟，全自主的机械手在实验中的表现出无法应对大多突发情况的问题，暂时无法达到在工程中实用的要求。在这种背景下，远程遥控操作机械手的优势十分明显，它既可以让操作人员远离危险的情况，又可以应对工程中的各中突发情况。
在很多危急的时候，操作员经常面临巨大的压力，容易出现操作失误。在现有的遥控操作装置中，大多结构不太容易被大众熟悉，这样需要对操作手进行长期的训练。现有的机械手中，大多为二指或三指机构，基本只能完成特定的夹取、推倒等少数简单动作，所以应用面较窄；而且与人手差别比较大，操作人员需要大量的训练后，才能熟练操作，这样费时费力。
发明内容
本实用新型解决的技术问题是：为了解决现有技术的不足，设计一种远程操作线牵引式机械手，节约成本，操作简单，同时保证了人员的安全。
本实用新型的技术方案是：一种远程操作线牵引式机械手，包括控制手套和机械手体，所述机械手体包括手掌4、五根手指、弹簧5、牵引线7、引线槽8、若干数字舵机6 和电路板11；五根手指均与手掌4连接，大拇指包括第一指节1和第二指节2，其余四个手指从掌心上方到掌心依次包括连接有第一指节1、第二指节2和第三指节3；指节与指节之间通过铰链连接，且指节与指节之间设有弹簧，在最靠近手掌4的指节与手掌之间设有角度传感器；第一指节1和第二指节2之间、第二指节2和第三指节3之间、第三指节3和手掌4之间、手掌4上均设有安放牵引线的牵引槽；牵引线安放在牵引槽中，一端与第一指节1固连，另一端与外部数字舵机固连；在机械手体五根手指张开的初始状态下，牵引线处于原长；所述控制手套内设有角度传感器，手掌5后端设有控制电路和数字舵机6；控制手套内的角度传感器感知人手运动，通过电路板11上的蓝牙模块和微处理器接收处理人手运动信息，控制数字舵机6拉紧牵引线7，从而控制整个机械手的弯曲运动。
本实用新型的进一步技术方案是：所述第一指节1呈圆锥体，下方设有铰链。
本实用新型的进一步技术方案是：所述第二指节2和第三指节3整体为柱状体，柱状体一端设有凸起，凸起连同柱状体本身均开有牵引槽；第一指节1下方的铰链和第二指节2的凸起相连接，第二指节2下方的铰链和第三指节3的凸起相连接，第三指节3下方的铰链和手掌4上的凸起相连接。
本实用新型的进一步技术方案是：所述机械手体采用铝合金材料制成。
本实用新型的进一步技术方案是：所述数字舵机为Dynamixel AX-18A数字舵机。
本实用新型的进一步技术方案是：所述牵引线为钢丝鱼线。
本实用新型的进一步技术方案是：所述大拇指运动为三个自由度，其余四个手指运动为四个自由度。
本实用新型的进一步技术方案是：所述电路板11上的蓝牙模块接收操作手套采集到的人手的运动姿态信息并将信息传送到微处理器。
本实用新型的进一步技术方案是：所述电路板11上的微处理器控制数字舵机6的转动从而控制整个机械手的运动。
本实用新型的进一步技术方案是：所述牵引槽轴线相互重合。
发明效果
本实用新型的技术效果在于：1.用新型通过操作手套将人手的动作变成机械手的动作，操作方便简单。2.采用牵引线的方式来使机械手收放，减少了电机数目节约了成本，并且控制简单。
附图说明
图1是本实用新型机械手舒展状态的主视图；
图2是机械手手指弯曲状态的侧视图；
图3是机械手手手指弯曲时牵引线和牵引线槽的细节图；
附图标记说明：1-第一指节；2—第二指节；3—第三指节；4—手掌；5—弹簧；6—数字舵机；7—牵引线；8-牵引线槽；9-角度传感器；10-牵引圆柱；11-机械手电路板。
具体实施方式
参见图1—图3，一种可远程操作线牵引式机械手，该机械手包括控制手套和机械手体。
操作手套是在人手关节处装有角度传感器的一普通手套，可以通装在关节处的角度传感器来采集人手的运动姿态信息，运动姿态信息即为人手的关节的弯曲角度。采集完运动姿态信息后，通过装有技术十分成熟的蓝牙发射模块，将运动姿态信息发送给控制机械手的电路板。
如图1所示，机械手包括大拇指、食指、中指、无名指、小拇指；其中小拇指、无名指、中指、食指均包括三个指节，大拇指包括两个指节；以及仿生的平面为抛物面的手掌，并且有五个舵机以及一块电路板与手掌固连。指节和指节之间通过铰链连接，铰链两旁两个指节之间连接有弹簧，在指节端部设有圆台状凸起，弹簧两端固定在凸起上。
如图2图3所示，每个手指的关节之间都设有弹簧，并连接有牵引线，如图3所示，在每个指节的牵引槽的中部都设有一个牵引圆柱，手掌上每个手指对应的牵引槽中也设有一个圆柱；如图1所示在每根手指第三指节和手掌连接的关节处有角度传感器(大拇指为第二指节和手掌连接的关节处)，角度传感器用来采集机械手的运动姿态。如图1所示，电路板固连与手掌末端，电路板上主要集成有蓝牙接收模块和微处理器，其中蓝牙接收模块的作用是接收操作手套采集到的人手的运动姿态信息并将信息传送到微处理器处，微处理器的作用是对比接收到的人手的运动姿态信息和接收到的机械手的运动姿态信息并控制舵机的转动从而控制整个机械手的运动。
在该装置工作时，操作人员该变其手的动作，操作手套通过装在操作手套关节处的角度传感器采集到操作员手的运动姿态信息，即为人手关节处弯曲的角度，并通过技术已经十分成熟的蓝牙发送模块将采集到的人手运动姿态信息传送到机械手的电路板上的蓝牙接收模块上。机械手上的电路板上的蓝牙接收模块通过电路将人手的运动姿态信息传送给电路板上的微处理器。微处理器通过比较采集到的人手的运动姿态信息和采集到的机械手的运动姿态信息，发出信息控制数字舵机的转动。数字舵机通过转动，缩短了牵引线的长度，如图2图3所示，牵引线变短使机械手手指各关节弯曲，安装在关节处的弹簧发生变形。安装在机械手各手指连接第三指节和手掌关节处的角度传感器可以实时采集机械手的运动姿态信息，并且通过杜邦线把运动字条信息传送到微处理器处。当微处理器接收到的机械手的运动姿态信息和人手的姿态运动信息相同的时候，微处理器发出指令让舵机停止转动，此时机械手运动姿态和人手运动姿态相同。当动作结束，需要机械手复位的时候，微处理器发出指令让舵机反向转动，牵引线变长，由于关节处的弹簧有恢复原来形状的弹力作用，关节复位。
以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。
电路板采用当下技术成熟的stm32F103ZET6开发板，此电路板主要集成了stm32F103ZET6微处理器和蓝牙接收模块，此电路板通过杜邦线连接机械手上的角度传感器来采集手的运动姿态，通过现有的12C协议给数字舵机下达指令，从而控制舵机转动。
参见图1和图2。通过远程的舵机旋转拉紧牵引线，使得手指关节弯曲，弹簧发生形变，整个手掌收缩。手掌舒张时，通过放松牵引线，借助弹簧的弹力关节发生复位。
优选地，为了确保牵引线结实可靠，牵引线采用钢丝鱼线。
优选地，为了确保机械手强度刚度可靠且质量较轻方便驱动，采用铝合金材料制作。
本实用新型的工作原理是，操作人员该变其手的动作，操作手套通过装在操作手套关节处的角度传感器采集到操作员手的运动姿态信息，即为人手关节处弯曲的角度，并通过技术已经十分成熟的蓝牙发送模块将采集到的人手运动姿态信息传送到机械手的电路板上的蓝牙接收模块上。机械手上的电路板上的蓝牙接收模块通过电路将人手的运动姿态信息传送给电路板上的微处理器。微处理器通过比较采集到的人手的运动姿态信息和采集到的机械手的运动姿态信息，发出信息控制数字舵机的转动。数字舵机通过转动，缩短了牵引线的长度，如图2图3所示，牵引线变短使机械手手指各关节弯曲，安装在关节处的弹簧发生变形。安装在机械手各手指连接第三指节和手掌关节处的角度传感器可以实时采集机械手的运动姿态信息，并且通过杜邦线把运动字条信息传送到微处理器处。当微处理器接收到的机械手的运动姿态信息和人手的姿态运动信息相同的时候，微处理器发出指令让舵机停止转动，此时机械手运动姿态和人手运动姿态相同。当动作结束，需要机械手复位的时候，微处理器发出指令让舵机反向转动，牵引线变长，由于关节处的弹簧有恢复原来形状的弹力作用，关节复位。在操作人员人手运动姿态改变后，操作手套通过装在操作手套上的角度传感器采集到人手运动字条的运动姿态信息后通过蓝牙发送模块将信息传送到接收电脑端，接收电脑通过宽带传动信息到发送电脑端，由于使用宽带传送，所以接收电脑端和发送电脑端距离可以10000公里。发送电脑端通过蓝牙将接收的人手运动姿态信息发送给机械手上的蓝牙接收模块。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，包括控制手套和机械手体，所述机械手体包括手掌(4)、五根手指、弹簧(5)、牵引线(7)、引线槽(8)、若干数字舵机(6)和电路板(11)；五根手指均与手掌(4)连接，大拇指包括第一指节(1)和第二指节(2)，其余四个手指从掌心上方到掌心依次包括连接有第一指节(1)、第二指节(2)和第三指节(3)；指节与指节之间通过铰链连接，且指节与指节之间设有弹簧，在最靠近手掌(4)的指节与手掌之间设有角度传感器；第一指节(1)和第二指节(2)之间、第二指节(2)和第三指节(3)之间、第三指节(3)和手掌(4)之间、手掌(4)上均设有安放牵引线的牵引槽；牵引线安放在牵引槽中，一端与第一指节(1)固连，另一端与外部数字舵机固连；在机械手体五根手指张开的初始状态下，牵引线处于原长；所述控制手套内设有角度传感器，手掌(4)后端设有控制电路和数字舵机(6)；控制手套内的角度传感器感知人手运动，通过电路板(11)上的蓝牙模块和微处理器接收处理人手运动信息，控制数字舵机(6)拉紧牵引线(7)，从而控制整个机械手的弯曲运动。
2.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述第一指节(1)呈圆锥体，下方设有铰链。
3.如权利要求1或2所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述第二指节(2)和第三指节(3)整体为柱状体，柱状体一端设有凸起，凸起连同柱状体本身均开有牵引槽；第一指节(1)下方的铰链和第二指节(2)的凸起相连接，第二指节(2)下方的铰链和第三指节(3)的凸起相连接，第三指节(3)下方的铰链和手掌(4)上的凸起相连接。
4.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述机械手体采用铝合金材料制成。
5.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述数字舵机为Dynamixel AX-18A数字舵机。
6.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述牵引线为钢丝鱼线。
7.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述大拇指运动为三个自由度，其余四个手指运动为四个自由度。
8.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述电路板(11)上的蓝牙模块接收操作手套采集到的人手的运动姿态信息并将信息传送到微处理器。
9.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述电路板(11)上的微处理器控制数字舵机(6)的转动从而控制整个机械手的运动。
10.如权利要求1所述的一种远程操作线牵引式机械手，其特征在于，所述牵引槽轴线相互重合。
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