CN208557576U - 用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统，涉及机械臂领域。小臂和上臂一端铰接，上臂的两端均设置有圆形连接件，圆形连接件设置有第一凹槽，圆形连接件背向小臂的一面设置有若干凸块，若干凸块形成用于安装电位器的安装空间；盖板包括盖板帽和圆环状凸台，圆环状凸台穿过小臂的铰接孔嵌入并固定于第一凹槽内；盖板和小臂之间、上臂和小臂之间均设置有圆环形摩擦片；电位器包括电位器主体和电位器转轴，电位器主体的外轮廓与安装空间的内轮廓相对应，电位器转轴的一端穿过圆环、第一通孔、小臂从第二通孔内伸出，与联轴器紧固连接。本实用新型能够对模拟机械臂施加预紧力使机械臂保持特定姿态，且易于模拟控制、准确率高。

Description

用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，特别是指一种用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统。

背景技术

工业机械臂的控制方式通常有编程控制、遥控控制和模拟控制，其中，编程控制是将事先编好的程序代码上传到机械臂的控制板上，机械臂按照程序指令做相应动作，这种控制方式通常用在生产线上，每台机械臂做重复、固定的工作；遥控控制是使用遥控器、无线手柄等对机械臂进行控制，依据通信协议，事先定义各按键、摇杆的功能，通过WiFi、红外等通信方式控制。

模拟控制是根据真实的机械臂，按一定比例制作模拟机械臂，作业人员用手操作模拟机械臂。模拟机械臂的每个转动副安装一个传感器，传感器采集每个关节的转角传输至工作机械臂的控制板，控制板根据传感器值的变化量控制对应步进电机转动相应的角度。这种控制方式适合有一定精度要求的远程操作，例如输电线路巡线机器人的清障作业、排爆机器人的远程控制等。现有的模拟机械臂的关节通常采用简单的铰接，关节通常不能施加预紧力，这种结构导致以下问题：当模拟机械臂操纵工作机械臂到达某一位置后，若手松开模拟机械臂，模拟机械臂由于重力作用通常无法保持原来的姿态，造成工作机械臂无规则动作。

另外，在机械臂的控制过程中，由于电力线路较复杂，巡线过程会遇到不可预测的情况，比如杂物的种类、大小未知，在控制过程中通常不能远程实时控制，准确率较低。

实用新型内容

本实用新型提供一种能够对模拟机械臂施加预紧力使机械臂保持特定姿态，且易于控制、准确率高的用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下：

一种用于模拟机械臂的阻尼关节，包括小臂、上臂、盖板和用于测量旋转角度的电位器，其中：

所述小臂和上臂一端铰接，所述小臂的一端设置有铰接孔，所述上臂的两端均设置有圆形连接件，所述圆形连接件朝向所述小臂的一面设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一通孔，所述圆形连接件背向所述小臂的一面上设置有若干凸块，相邻凸块之间设置有用于电位器出线的间隙，若干凸块形成用于安装电位器的安装空间，所述上臂上与所述小臂铰接处设置有限位结构；

所述盖板包括中空的盖板帽和设置在所述盖板帽上的圆环状凸台，所述圆环状凸台的中部设置有第二通孔，所述圆环状凸台穿过所述小臂的铰接孔嵌入并固定于所述上臂的第一凹槽内；

所述盖板和小臂之间、所述上臂和小臂之间均设置有圆环形摩擦片；

所述电位器包括电位器主体和电位器转轴，所述电位器主体的外轮廓与安装空间的内轮廓相对应，所述电位器主体的中部设置有可转动的与所述电位器转轴相配合的圆环，所述电位器转轴的一端穿过所述圆环、上臂的第一通孔、小臂从所述盖板的第二通孔内伸出，与位于盖板上端的联轴器紧固连接，所述联轴器的一端固定于所述小臂上，所述电位器转轴的另一端设置有用于限制电位器转轴轴向位移的凸台。

进一步的，所述圆形连接件上的凸块数量为4个，所述电位器主体的截面为方形，所述电位器主体的四角上具有缺口。

进一步的，在所述电位器转轴的端部设置有电位器压盖，所述电位器压盖的直径与上臂的圆形连接件等大；

所述电位器压盖与圆形连接件的若干凸块之间采用螺纹连接。

进一步的，所述盖板的圆环状凸台通过螺栓固定于上臂的第一凹槽内。

进一步的，所述电位器转轴与联轴器之间通过紧定螺丝连接，所述小臂上设置有凹陷安装区，所述联轴器的一端固定于凹陷安装区内。

进一步的，所述上臂的限位结构为限位螺栓。

另一方面，本实用新型提供一种模拟控制系统，包括模拟机械臂和工作机械臂，所述模拟机械臂依据所述工作机械臂按一定比例制作而成，所述模拟机械臂包括多条依次铰接的第一活动臂，位于最后的第一活动臂的末端铰接有第一机械手，第一机械手与第一活动臂之间、以及相邻第一活动臂之间的活动关节均采用上述任一所述的用于模拟机械臂的阻尼关节；

所述工作机械臂用于设置在巡线机器人上，所述工作机械臂包括与第一活动臂数量相等的依次铰接的第二活动臂，位于最后的第二活动臂的末端铰接有第二机械手，第二机械手与第二活动臂之间、以及相邻第二活动臂之间的活动关节处均设置有驱动机构；

所述模拟机械臂的控制电路包括第一控制板，所述第一控制板的输入端连接所述电位器，所述第一控制板的输出端经转换板连接有第一通讯模块；

所述工作机械臂的控制电路包括第二控制板，所述第二控制板的输入端连接有与所述第一通讯模块进行通信的第二通讯模块，所述第二控制板的输出端分别连接所述驱动机构。

进一步的，所述第一控制板经与第一通讯模块、第二通讯模块与第二控制板均通过串口连接，所述第一通讯模块和第二通讯模块均为无线模块。

进一步的，所述模拟机械臂和工作机械臂均为左右两个；

所述模拟控制系统还包括模拟控制箱，所述模拟控制箱上设置有用于控制工作模式的按钮、用于控制行走轮和云台的摇杆以及电位器旋钮。

实用新型具有以下有益效果：

与现有技术相比，本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节和模拟控制系统，盖板的圆环状凸台穿过小臂与上臂连接，在上臂和小臂及盖板与小臂之间各添加了摩擦片，通过调节盖板与上臂的第一凹槽之间的连接力大小调整两臂之间的预紧力，既便于操作，又能保持特定的姿态；上臂上设置了限位结构，防止人手的误操作导致机械臂做出不可预测的动作；电位器主体的外轮廓与上臂的圆形连接件上的安装空间的内轮廓相对应，即电位器主体内置于上臂的安装空间内，缩小了关节的体积，还可以防尘防干扰；电位器转轴嵌设在与之配合的圆环内，圆环可相对于电位器主体转动，电位器转轴的一端穿过圆环、上臂的第一通孔、小臂从盖板的第二通孔内伸出，与联轴器紧固连接，另一端设置有用于限制电位器转轴轴向位移的凸台。

本实用新型工作时，模拟机械臂的小臂与上臂之间的旋转角度通过电位器的模拟信号传输至工作机械臂，从而实现模拟机械臂与工作机械臂的之间的实时控制，易于控制，准确率高，由于模拟机械臂中各关节处设置有上述的阻尼关节，模拟机械臂关节之间有一定预紧力，可以保持特定的姿态，方便操作。

附图说明

图1为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的立体图一；

图2为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的立体图二；

图3为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的爆炸图；

图4为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的前视图；

图5为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的俯视图；

图6为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的小臂的结构示意图；

图7为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的上臂的结构示意图；

图8为图7中上臂的圆形连接件的结构示意图；

图9为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的盖板的结构示意图；

图10为图7中上臂与盖板连接的结构示意图；

图11为本实用新型的电位器主体的其中一种结构的示意图；

图12为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的电位器转轴的结构示意图；

图13为本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节的电位器压盖的安装示意图；

图14为本实用新型的模拟控制系统的模拟机械臂的结构示意图；

图15为本实用新型的模拟控制系统的控制电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种用于模拟机械臂的阻尼关节，如图1-15所示，包括小臂1、上臂2、盖板3和用于测量旋转角度的电位器，其中：

小臂1和上臂2一端铰接，如图6所示，小臂1的一端设置有铰接孔1-1，上臂2的两端均设置有圆形连接件2-1，如图7和图8所示，圆形连接件2-1朝向小臂的一面设置有第一凹槽2-1-1，第一凹槽2-1-1内设置有第一通孔2-1-2，圆形连接件2-1背向小臂1的一面上设置有若干凸块2-1-3，相邻凸块2-1-3之间设置有用于电位器出线的间隙2-1-4，若干凸块2-1-3形成用于安装电位器的安装空间，上臂2上与小臂1铰接处设置有限位结构；

盖板3包括中空的盖板帽3-1和设置在盖板帽3-1上的圆环状凸台3-2，圆环状凸台3-2的中部设置有第二通孔3-3，圆环状凸台3-2穿过小臂1的铰接孔1-1嵌入并固定于上臂2的第一凹槽2-1-1内；

盖板3和小臂1之间、上臂2和小臂1之间均设置有圆环形摩擦片4，为方便安装圆环形摩擦片4，在上臂2和小臂之间以及小臂可以设置一凹形界面，安装时将圆环形摩擦片4安装于凹形界面内，可防止圆环形摩擦片4滑动和脱落；

电位器包括电位器主体5和电位器转轴6，电位器主体5的外轮廓与安装空间的内轮廓相对应，安装时，刚好将电位器主体5安装在上述安装空间内，既减轻了重量、缩小了关节的体积，也可以防尘防干扰；电位器主体5的中部设置有圆环(未示出)，圆环相对于电位器主体5可转动，且圆环的形状与电位器转轴6相配合可实现同步转动，电位器转轴6的一端穿过圆环、上臂2的第一通孔2-1-2、小臂1从盖板3的第二通孔3-3内伸出，与位于盖板3上端的联轴器7紧固连接，联轴器7的一端固定于小臂1上，保证联轴器7与小臂1同步转动，电位器转轴6的另一端设置有用于限制电位器转轴轴向位移的凸台8，凸台8的直径较电位器转轴6的直径稍大，电位器转轴6安装完成后，凸台8卡在电位器主体5的外表面，这样就限制了电位器转轴6在其轴线上的位移。

本实用新型在工作时，假设上臂2不动，小臂1相对上臂2转动，与上臂2一起固定不动的有：电位器主体5、电位器压盖9和盖板3，与小臂1一起转动的有：联轴器7和电位器转轴6。

与现有技术相比，本实用新型的用于模拟机械臂的阻尼关节、模拟控制系统和控制方法，盖板的圆环状凸台穿过小臂与上臂连接，在上臂和小臂及盖板与小臂之间各添加了摩擦片，通过调节盖板与上臂的第一凹槽之间的连接力大小调整两臂之间的预紧力，既便于操作，又能保持特定的姿态；上臂上设置了限位结构，防止人手的误操作导致机械臂做出不可预测的动作；电位器主体的外轮廓与上臂的圆形连接件上的安装空间的内轮廓相对应，即电位器主体内置于上臂的安装空间内，缩小了关节的体积，还可以防尘防干扰；电位器转轴嵌设在与之配合的圆环内，圆环可相对于电位器主体转动，电位器转轴的一端穿过圆环、上臂的第一通孔、小臂从盖板的第二通孔内伸出，与联轴器紧固连接，另一端设置有用于限制电位器转轴轴向位移的凸台。

本实用新型工作时，模拟机械臂的小臂与上臂之间的旋转角度通过电位器的模拟信号传输至工作机械臂，从而实现模拟机械臂与工作机械臂的之间的实时控制，易于控制，准确率高，由于模拟机械臂中各关节处设置有上述的阻尼关节，模拟机械臂关节之间有一定预紧力，可以保持特定的姿态，方便操作。

进一步的，圆形连接件2-1上凸块2-1-3的数量优选为4个，如图11所示为电位器主体5的一种结构形式，此处的电位器可以为贴片电阻器，电位器主体5的截面为方形，电位器主体5的四角上具有缺口。

进一步的，在电位器转轴6的端部设置有电位器压盖9，电位器压盖9的直径与上臂2的圆形连接件2-1的直径优选相等，在电位器转轴6安装好后，将电位器压盖9安装在上臂2的圆形连接件2-1上，防止电位器主体5和电位器转轴6脱出；

电位器压盖9与圆形连接件2-1的若干凸块2-1-3之间可以采用螺纹连接。

优选的，盖板3的圆环状凸台3-2通过螺栓固定于上臂2的第一凹槽2-1-1内，由于盖板3和小臂1之间、上臂2和小臂1之间均设置有圆环形摩擦片4，圆环形摩擦片4用来提供一定的阻尼，防止松手后模拟机械臂因重力的作用下落，以便维持一定的姿态，通过螺栓连接可以方便的调节上臂2与小臂1之间的预紧力，需要增大阻尼时，可将螺栓紧固一些即可。

优选的，电位器转轴6与联轴器7之间通过紧定螺丝10连接，如图6所示，小臂1上设置有凹陷安装区1-2，联轴器7的一端通过螺栓连接于凹陷安装区1-2内，凹陷安装区1-2用来限制联轴器7的移动。

由于，电位器压盖9与圆形连接件2-1的若干凸块2-1-3之间采用螺纹连接，电位器转轴6与联轴器7之间通过紧定螺丝10连接，这样在电位器主体5或电位器转轴6损坏需要更换时，只需将联轴器7上的紧定螺丝10松开，打开电位器压盖9，即可取出电位器主体6和电位器转轴6，不需要拆卸上臂2与小臂1等结构，方便安装和更换。

为了调节方便，上臂2的限位结构为限位螺栓11，用来限制小臂1的活动范围，并可以通过实际情况，通过改变限位螺栓11的位置来调整小臂的活动范围，限位结构可以保护工作机械臂免于过位造成的破坏。

另一方面，本实用新型提供一种模拟控制系统，包括模拟机械臂和工作机械臂(未示出)，模拟机械臂依据工作机械臂按一定比例制作而成，如图14所示，模拟机械臂包括多条依次铰接的第一活动臂，位于最后的第一活动臂的末端铰接有第一机械手12，第一机械手12与第一活动臂之间、以及相邻第一活动臂之间的活动关节均采用上述的用于模拟机械臂的阻尼关节，值得注意的是，此处的相邻的第一活动臂分别代表上述的用于模拟机械臂的阻尼关节中的上臂和小臂，其他结构一样，此处不再赘述；

工作机械臂用于设置在巡线机器人上，工作机械臂包括与第一活动臂数量相等的依次铰接的第二活动臂，位于最后的第二活动臂的末端铰接有第二机械手，第二机械手与第二活动臂之间、以及相邻第二活动臂之间的活动关节处均设置有驱动机构18；

如图15所示，模拟机械臂的控制电路包括第一控制板13，第一控制板13的输入端连接电位器，第一控制板13的输出端经转换板14连接有第一通讯模块15；

工作机械臂的控制电路包括第二控制板16，第二控制板16的输入端连接有与第一通讯模块15进行通信的第二通信模块17，第二控制板16的输出端分别连接工作机械臂活动关节处的驱动机构18。第一控制板13和第二控制板16均可以采用Arduino DUE控制板。

优选的，第一控制板经13与第一通讯模块15、第二通讯模块17与第二控制板16均通过串口连接，可以实时发送和接收数据；第一通讯模块15和第二通讯模块17优选均为无线模块，优选为2.4G高频无线模块，这种通讯方式传输距离较大，超过1km，工作空间大。

进一步的，模拟机械臂和工作机械臂均为左右两个；

模拟控制系统还包括模拟控制箱19，模拟控制箱19上设置有用于控制工作模式的按钮、用于控制行走轮和云台的摇杆以及电位器旋钮。

再一方面，上述的模拟控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：模拟机械臂的第一控制板13采集电位器的模拟量，第一通讯模块15将采集到的电位器的模拟量实时发送至工作机械臂的第二通讯模块17；此处电位器在工作时，可将相邻第一活动臂之间的转动角度，以模拟信号的形式传递至第一通讯模块，关于电位器的工作原理，可参照现有技术，此处不再说明；

步骤2：工作机械臂上的第二通讯模块17接收模拟量信号后，解析并发送给位于工作机械臂上各活动关节处经驱动板传20递至驱动机构18。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，包括小臂、上臂、盖板和用于测量旋转角度的电位器，其中：

所述小臂和上臂一端铰接，所述小臂的一端设置有铰接孔，所述上臂的两端均设置有圆形连接件，所述圆形连接件朝向所述小臂的一面设置有第一凹槽，所述第一凹槽内设置有第一通孔，所述圆形连接件背向所述小臂的一面上设置有若干凸块，相邻凸块之间设置有用于电位器出线的间隙，若干凸块形成用于安装电位器的安装空间，所述上臂上与所述小臂铰接处设置有限位结构；

所述盖板包括中空的盖板帽和设置在所述盖板帽上的圆环状凸台，所述圆环状凸台的中部设置有第二通孔，所述圆环状凸台穿过所述小臂的铰接孔嵌入并固定于所述上臂的第一凹槽内；

所述盖板和小臂之间、所述上臂和小臂之间均设置有圆环形摩擦片；

所述电位器包括电位器主体和电位器转轴，所述电位器主体的外轮廓与安装空间的内轮廓相对应，所述电位器主体的中部设置有可转动的与所述电位器转轴相配合的圆环，所述电位器转轴的一端穿过所述圆环、上臂的第一通孔、小臂从所述盖板的第二通孔内伸出，与位于盖板上端的联轴器紧固连接，所述联轴器的一端固定于所述小臂上，所述电位器转轴的另一端设置有用于限制电位器转轴轴向位移的凸台。

2.根据权利要求1所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述圆形连接件上的凸块数量为4个，所述电位器主体的截面为方形，所述电位器主体的四角上具有缺口。

3.根据权利要求1所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，在所述电位器转轴的端部设置有电位器压盖，所述电位器压盖的直径与上臂的圆形连接件等大；

所述电位器压盖与圆形连接件的若干凸块之间采用螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述盖板的圆环状凸台通过螺栓固定于上臂的第一凹槽内。

5.根据权利要求4所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述电位器转轴与联轴器之间通过紧定螺丝连接，所述小臂上设置有凹陷安装区，所述联轴器的一端固定于凹陷安装区内。

6.根据权利要求5所述的用于模拟机械臂的阻尼关节，其特征在于，所述上臂的限位结构为限位螺栓。

7.一种模拟控制系统，其特征在于，包括模拟机械臂和工作机械臂，所述模拟机械臂依据所述工作机械臂按一定比例制作而成，所述模拟机械臂包括多条依次铰接的第一活动臂，位于最后的第一活动臂的末端铰接有第一机械手，第一机械手与第一活动臂之间、以及相邻第一活动臂之间的活动关节均采用权利要求1-6任一所述的用于模拟机械臂的阻尼关节；

所述工作机械臂用于设置在巡线机器人上，所述工作机械臂包括与第一活动臂数量相等的依次铰接的第二活动臂，位于最后的第二活动臂的末端铰接有第二机械手，第二机械手与第二活动臂之间、以及相邻第二活动臂之间的活动关节处均设置有驱动机构；

所述模拟机械臂的控制电路包括第一控制板，所述第一控制板的输入端连接所述电位器，所述第一控制板的输出端经转换板连接有第一通讯模块；

所述工作机械臂的控制电路包括第二控制板，所述第二控制板的输入端连接有与所述第一通讯模块进行通信的第二通讯模块，所述第二控制板的输出端分别连接所述驱动机构。

8.根据权利要求7所述的模拟控制系统，其特征在于，所述第一控制板经与第一通讯模块、第二通讯模块与第二控制板均通过串口连接，所述第一通讯模块和第二通讯模块均为无线模块。

9.根据权利要求8所述的模拟控制系统，其特征在于，所述模拟机械臂和工作机械臂均为左右两个；

所述模拟控制系统还包括模拟控制箱，所述模拟控制箱上设置有用于控制工作模式的按钮、用于控制行走轮和云台的摇杆以及电位器旋钮。