CN209682173U - 一种可移动抓取机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种可移动抓取机械臂，包括底盘运动机构、机械臂与机械手。其中，机械臂连接机械手以及底盘运动机构；底盘运动机构与机械臂底部进行连接并通过底盘控制机械臂、机械手在平面上的运动。机械臂控制机械手进行垂直方向上的运动。机械手采用现有仿生机械手，进行抓取操作。可移动智能抓取机械臂可以被远程同步操控，其操作简单灵活，工作空间大，操作目标类型多。本实用新型使用范围广，适应更加复杂的工作环境，实现了更多的功能。

Description

一种可移动抓取机械臂

技术领域

本实用新型涉及一种智能机器人，具体是涉及一种可移动智能抓取机械臂。

背景技术

随着机器人技术的日益发展，机器人已经能够在许多的领域辅助人类的活动，而现在机器人需要完成的不仅是简单的重复性工作，而是更加智能化，在更多的方面代替人类的工作。机械臂可以进行许多细致且复杂的操作，机械手在模仿人手的精度上也越来越高，这两者运用范围也越来越广。而机械手的抓取操作也是机器人在生产生活实际运用中很重要的一个技能。而为了解决在不同位置不能由同一台机械臂操作的问题，可以使用一个独立的底盘进行机械臂位置的移动。同时为了防止危险发生，许多机械手都设计为可以与人手实时同步活动，从而在危险的工作上代替人手的精巧运动。

现有专用机械臂虽然结构简单、使用可靠，但具有动作少、操作对象单一、和工作范围小等缺点，仅适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械臂/机械手和自动换刀机械臂/机械手。随着机器视觉和自动化技术的发展，更加自动化、智能化的机械臂也是未来专业发展的大趋势。因此，如何把动作丰富、操作对象复杂、运动范围广统一在一个机械臂上，就成为了非常值得研究的方向。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种应用更加广泛的可移动抓取机械臂，其可以远程同步操控，操作灵活，抓取方便，工作空间大，使用范围广，适应更加复杂的工作环境，实现了更多的功能。

本实用新型可移动抓取机械臂，包括底盘运动机构、机械臂、机械手。

所述底盘运动机构周向具有全向轮；底盘运动机构上安装机械臂。

所述机械臂包括机械臂小臂、机械臂大臂、小臂驱动电机、大臂驱动电机、机械臂安装座和机械手安装座与驱动连杆。其中，机械臂安装座为两个，分别安装于底盘平台中部左右位置。小臂驱动电机、大臂驱动电机分别固定安装于两个机械臂安装座上。机械臂大臂由左右两侧的大臂板构成；机械臂小臂由左右两侧的小臂板构成。其中，左侧大臂板底端套于左侧小臂驱动电机输出轴上定位，右侧大臂板底端固定套接于右侧大臂驱动电机输出轴上；两侧大臂板间通过支撑柱相连；由此通过大臂驱动电机运动，控制机械臂大臂的旋转运动。两侧小臂板分别通过小臂连接转轴与两侧大臂板顶端铰接，两侧小臂板间通过支撑柱相连。同时两侧小臂板末端间通过螺杆固定；两侧小壁板前端分别与机械手安装座后部两侧设计的连接件下端铰接。

驱动连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、三角连接件与第二连杆连接件。其中，第二连杆与第一连杆左右设置；第一连杆底端与右侧机械臂安装座末端铰接；第二连杆底端与第二连杆连接件末端铰接；第二连杆连接件前端固定于左侧大臂板底端。令三角连接件三个角分别为角A、角B与角C，度数分别为30度、60度与120度；则第一连杆顶端与三角连接件的A角处铰接，第二连杆顶端套于两侧小臂板末端间的螺杆上；三角连接件的B角铰接于右侧小臂板连接轴上，C角与第三连杆末端铰接，第三连杆前端铰接于机械手安装座后部左侧的连接件上端。由此，通过小臂驱动电机可带动驱动连杆运动，将动力传递到小臂上，实现机械手安装座上的机械手在垂直于地面的平面上的运动。

所述机械手为仿生机械手，安装于机械手安装座上。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型可移动抓取机械臂，可以更加轻易的移动抓取物体位置，并且进行自主抓取操作，或者使机械臂较为实时和精确的模仿人手的活动。

2、本实用新型可移动抓取机械臂，可实现远程操作，使得作业人员不必在现场也可以处理各种事务。

3、本实用新型可移动抓取机械臂，使用三个全向轮作为底盘并安装在本机械臂下方进行运动的新方法，转向更加方便。

4、本实用新型可移动抓取机械臂，使用领域和控制方法较为广泛，并不针对某一种单一用途。适用于运输、灾后重建、危险环境工作、手语示教、人工智能基础教育等多个领域。

附图说明

图1为本实用新型可移动抓取机械臂整体结构示意图；

图2为本实用新型可移动抓取机械臂的底盘平台结构示意图；

图3为本实用新型可移动抓取机械臂的机械臂结构示意图；

图4为本实用新型可移动抓取机械臂的机械臂中平行四连杆构成方式示意图。

图中：

1-底盘运动机构 2-机械臂 3-机械手

101-底盘平台 102-直流驱动电机 103-全向轮

104-支架 201-机械臂小臂 202-机械臂大臂

203-小臂驱动电机 204-大臂驱动电机 205-机械臂安装座

206-机械手安装座 206a-连接件 207-第一连杆

208-第二连杆 209-第三连杆 210-三角连接件

211-第二连杆连接件 212-螺杆

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型可移动抓取机械臂，包括底盘运动机构1、机械臂2、机械手3与控制设备，如图1所示。

所述底盘运动机构1包括底盘平台101、直流驱动电机102与全向轮103。底盘平台101为具有上下两层的框架结构，下层为等边三角形结构，上层为由左右两侧支架104构成的矩形框架结构顶面。底盘平台101的三个夹角处设计有电机支架。直流驱动电机102为三个分别固定于三个电机支架上，直流驱动电机102可以是pwm直流驱动电机；三个直流驱动电机102轴线相交于下层中心。三个直流电机102输出轴上同轴固定安装全向轮103，全向轮103可采用麦克纳姆轮。由此通过控制三个直流驱动电机102运动，实现三个全向轮103转向及运动控制。

所述机械臂2安装于底盘平台101上层，机械臂2为包含驱动连杆机构的双自由度机械臂，包括机械臂小臂201、机械臂大臂202、小臂驱动电机203、大臂驱动电机204、机械臂安装座205和机械手安装座206与驱动连杆。其中，机械臂安装座204为两个，分别安装于底盘平台101上层左右两侧支架上。小臂驱动电机203、大臂驱动电机204分别固定安装于两个机械臂安装座204上，输出轴同轴相对设置。机械臂大臂202由左右两侧的镂空大臂板构成；机械臂小臂201由左右两侧的镂空小臂板构成。其中，左侧大臂板底端套于左侧小臂驱动电机203输出轴上定位，右侧大臂板底端固定套接于右侧大臂驱动电机204输出轴上；两侧大臂板间通过支撑柱相连，定位两侧大臂板；由此通过大臂驱动电机204运动，控制机械臂大臂202的旋转运动。两侧小臂板上，距离末端1/3小壁板长位置分别通过小臂连接转轴与两侧大臂板顶端铰接，两侧小臂板间通过支撑柱相连，定位两侧小臂板间距。同时两侧小臂板末端间通过螺杆212固定；两侧小壁板前端分别与机械手安装座206后部两侧设计的连接件206a铰接。

驱动连杆包括第一连杆207、第二连杆208、第三连杆209、三角连接件210与第二连杆连接件211。其中，第一连杆207与第二连杆208左右设置；第一连杆207底端与右侧机械臂安装座205末端铰接；第二连杆208底端与第二连杆连接件211末端铰接；第二连杆连接件210前端固定于左侧大臂板底端。令三角连接件210三个角分别为角A、角B与角C，度数分别为30度、60度与120度；则第一连杆207顶端与三角连接件210的A角处铰接，第二连杆208顶端套于两侧小臂板末端间的螺杆212上，且通过在螺杆212上安装螺母，实现第二连杆208顶端沿螺杆212轴向的位移。三角连接件210的B角铰接于右侧小臂板连接轴上，C角与第三连杆209末端铰接，第三连杆209前端铰接于机械手安装座206后部左侧的连接件206a上端。由此，通过小臂驱动电机203可带动驱动连杆运动，将动力传递到小臂上，实现机械手安装座205上的机械手2在垂直于地面的平面上的运动。本实用新型中小臂驱动电机203、大臂驱动电机204为蜗轮蜗杆减速电机，由于蜗轮蜗杆减速电机具有自锁的特性，利用这种特性，可使机械臂2能在任何位置保持静止；且上述小臂驱动电机203、大臂驱动电机204与机械臂小臂201、机械臂大臂202间构成了两个平行四杆机构，其中一个平行四杆机构，由机械臂安装座、第一连杆207，三角连接件210与大臂板构成，四个顶点分别为大臂板与机械臂安装座205铰接处、大臂板与小臂板铰接处、第一连杆207与机械臂安装座205铰接处、第一连杆207与三角连接件210铰接处；第二平行四杆机构，由机械手安装座206、第三连杆209，三角连接件210与小臂板构成，四个顶点分别机械手安装座206与第三连杆209铰接处、机械手安装座206与小臂板铰接处、第三连杆209与三角连接件210铰接处、大臂板与小臂板铰接处。从而利用平行四杆机构的特性可保证在机械手运动的过程中，机械手安装座206始终垂直于地面。

所述机械手3采用现有的仿生机械手，具有手腕与手掌结构，通过手腕结构末端的底座固定安装于机械手安装座206上。通过手腕机构中的手腕回转舵机和手腕俯仰角舵机，可控制仿生机械手旋转与俯仰运动。通过手掌结构中每根机械手指配备的手指驱动舵机控制每根机械手指的弯曲，实现该仿生机械手的抓取动作。

所述控制设备包括底盘电机驱动电路板、蓝牙通讯器、遥控手柄、模拟手套与远程终端。

其中，底盘电机驱动电路板固定在底盘平台101上，使用stm32f407zgt6作为电路板芯片。蓝牙通讯器采用HC-05蓝牙，由螺丝固定在支架104上；通过杜邦线或者排针将底盘电机驱动电路板芯片中的uart接口与驱动电机的HC-05蓝牙引脚进行连接，此蓝牙通讯器用来与遥控手柄、模拟手套或者电脑终端等操控设备进行通信，并接受指令。遥控手柄的控制板stm32f407zgt6通过蓝牙通讯器连接底盘电机驱动电路板。底盘电机驱动电路板通过can总线连接机械臂驱动电路板，机械臂驱动电路板使用stm32f407zgt6作为电路板芯片。由此，底盘电机驱动电路板通过蓝牙通讯器接收遥控手柄发送的控制命令，控制三个直流驱动电机102转动，并带动全向轮3转动，从而使底盘运动机构1向遥控手柄所指示的方向运动。同时，底盘电机驱动电路板解析遥控手柄发送的控制命令，将对应的数据通过can总线发给机械臂驱动电路板，控制机械臂驱动电机203运动，实现机械臂2的运动控制。

所述数据手套与前述仿生机械手配套使用，佩戴于人体手部；数据手套上的控制板stm32f407zgt6通过蓝牙通讯器连接控制仿生机械手，实现数据手套与仿生机械手之间的同步。数据手套利用曲柄滑块机构，在手指弯曲时拉动滑块移动，滑块的移动通过机械结构转化为曲柄的转动，以改变滑动变阻器的阻值，达到将手指的弯曲程度转换为滑动变阻器的阻值大小，从而改变电压大小，由数据手套控制板的ADC计算出对应的仿生机械手各个指节应弯曲的角度，再由蓝牙通讯器发送给仿生机械手控制板stm32f103rct6，由仿生机械手控制板控制仿生机械手的各个手指驱动舵机带动各个手指指节弯曲相应角度，以此进行同步抓取作业。手腕回转舵机和手腕俯仰角舵机的运动。人体腕部的运动是通过数据手套上的陀螺仪对xyz三轴角度以及角速度进行测量，并由数据手套控制板进行计算后得到手腕的旋转和俯仰的角度，并由蓝牙通讯器发送给仿生机械手控制板，由仿生机械手控制板控制手腕回转舵机和手腕俯仰角舵机的运动。

所述远程终端为电脑，通过网络或者蓝牙下达指令给底盘驱动控制板以及机械手上的驱动控制板，由底盘驱动控制板接受指令后进行处理，控制全向轮运动和机械臂工作。由机械手上的驱动板接收指令后进行处理，控制机械手工作。

Claims (5)

1.一种可移动抓取机械臂，其特征在于：包括底盘运动机构、机械臂与机械手；

所述底盘运动机构周向具有全向轮；底盘运动机构上安装机械臂；

所述机械臂包括机械臂小臂、机械臂大臂、小臂驱动电机、大臂驱动电机、机械臂安装座和机械手安装座与驱动连杆；其中，机械臂安装座为两个，分别安装于底盘平台中部左右两侧；小臂驱动电机、大臂驱动电机分别固定安装于两个机械臂安装座上，机械臂大臂由左右两侧的大臂板构成；机械臂小臂由左右两侧的小臂板构成；其中，左侧大臂板底端套于左侧小臂驱动电机输出轴上定位，右侧大臂板底端固定套接于右侧大臂驱动电机输出轴上；两侧大臂板间通过支撑柱相连；两侧小臂板分别通过小臂连接转轴与两侧大臂板顶端铰接，两侧小臂板间通过支撑柱相连；同时两侧小臂板末端间通过螺杆固定；两侧小壁板前端分别与机械手安装座后部两侧设计的连接件下端铰接；

驱动连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、三角连接件与第二连杆连接件；其中，第二连杆与第一连杆左右设置；第一连杆底端与右侧机械臂安装座末端铰接；第二连杆底端与第二连杆连接件末端铰接；第二连杆连接件前端固定于左侧大臂板底端；令三角连接件三个角分别为角A、角B与角C，度数分别为30度、60度与120度；则第一连杆顶端与三角连接件的A角处铰接，第二连杆顶端套于两侧小臂板末端间的螺杆上；三角连接件的B角铰接于右侧小臂板连接轴上，C角与第三连杆末端铰接，第三连杆前端铰接于机械手安装座后部左侧的连接件上端；

所述机械手为仿生机械手，安装于机械手安装座上。

2.如权利要求1所述一种可移动抓取机械臂，其特征在于：全向轮采用麦克纳姆轮。

3.如权利要求1所述一种可移动抓取机械臂，其特征在于：两个驱动电机为蜗轮蜗杆减速电机。

4.如权利要求1所述一种可移动抓取机械臂，其特征在于：螺杆上安装螺母，限制第二连杆顶端沿螺杆的位移。

5.如权利要求1所述一种可移动抓取机械臂，其特征在于：小臂驱动电机、大臂驱动电机与机械臂小臂、机械臂大臂间构成了两个平行四杆机构，其中一个平行四杆机构，由机械臂安装座、第一连杆，三角连接件与大臂板构成，四个顶点分别为大臂板与机械臂安装座铰接处、大臂板与小臂板铰接处、第一连杆与机械臂安装座铰接处、第一连杆与三角连接件铰接处；第二平行四杆机构，由机械手安装座、第三连杆，三角连接件与小臂板构成，个顶点分别机械手安装座与第三连杆铰接处、机械手安装座与小臂板铰接处、第三连杆与三角连接件铰接处、大臂板与小臂板铰接处。