CN218255190U - 一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，本实用新型属于仿生学机器人技术领域。本实用新型公开的机械手由手掌、手指和微控制器三部分组成。其中，手掌包括手掌主体、转动轴、弯曲板、微型直流电机和微型电动推杆；手指分为上关节、中关节和下关节三部分，上关节和中关节、中关节和下关节均通过关节转轴连接，且关节转轴处均安装有微型减速机，电位器位于下关节处。在实际操作中，工作人员从铸片检测显示屏上观察模头铸片的变化，当铸片不符合标准值时，检测仪给出指令，微控制器控制机械手拧动与其相对应的微调螺栓来调节模唇开度，使模唇开ロ间隙达到标准值，控制膜片厚度误差，以实现制品厚度及其均匀性。

Description

一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手

技术领域

本实用新型涉及仿生学机器人技术领域，更具体的说是涉及一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手。

背景技术

在聚酯光学膜实际研发工作中，研究人员发现，熔体以相同的速度离开开度均匀的模唇是保证铸片厚度均匀和表面平整的重要条件。在生产线上，生产不同规格的基膜需要不同的模唇开度；其次，由于基础压力的变化，使模体涨壳变形，面对这种情况，也需要随时对模唇的开度进行调整，避免划伤模道。

调整模唇开度的办法就是调节模头下端与模唇固定相连的螺栓，使模唇开口间隙达到标准值。现有模唇开度调节方法都是通过手动调节微调螺栓进退来调整模唇开度。操作人员从测厚仪显示屏上观察制品厚薄的变化，使用扳手拧动与其相对应的微调螺栓来调节模唇开度，使模唇开口间隙达到预设值，控制制品厚度误差，以实现制品厚度机器均匀性。但这种方法严重依赖开机师傅的操作及经验，模唇数据偏差较大，无法形成整个过程的模唇数据化，导致成品不稳定、成品率低等问题。

因此，针对现有模唇开度调节方法中手动调节模唇开度偏差较大，无法实现自动调节的问题，设计一种适用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，解决了现有模唇开度调节方法中手动调节模唇开度偏差较大，无法实现自动调节的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手包括手掌、手指和微控制器；所述手掌包括手掌主体、转动轴、弯曲板、微型直流电机和微型电动推杆；所述手掌主体包括上手掌和下手掌；所述微型直流电机与所述弯曲板连接，所述弯曲板两端安装有所述转动轴，所述弯曲板连接所述上手掌和所述下手掌；通过所述微型直流电机驱动所述转动轴带动所述弯曲板动作；所述微型电动推杆设置在所述弯曲板上，所述微型电动推杆与所述手指连接。

所述手指包括手指主体、关节转轴、微型减速机和电位器；所述手指主体分为上关节、中关节和下关节三部分，所述上关节和中关节、中关节和下关节通过所述关节转轴连接，且所述关节转轴处均安装有所述微型减速机，所述微型减速机带动所述关节转轴动作；所述电位器位于下关节处，并与所述微型减速机连接，所述电位器控制所述微型减速机动作。

所述微控制器与所述微型直流电机连接，所述微型减速机与所述微型直流电机连接。

其中，所述微型电动推杆包括：电动推杆外壳、金属齿轮、智能机锁、伸缩杆和限位开关；驱动电机。

所述电动推杆外壳、金属齿轮、智能机锁、伸缩杆、限位开关、伸缩杆驱动电机连接为一个整体，所述金属齿轮、伸缩杆驱动电机置于所述电推动杆外壳内，所述伸缩杆置于电动推杆外壳上，限位开关限位所述伸缩杆伸缩长度，所述智能机锁与所述微控制器连接，接收微控制器输出信号控制所述伸缩杆驱动电机动作，所述伸缩杆驱动电机输出轴连接所述金属齿轮，所述伸缩杆驱动电机带动金属齿轮的转动，所述伸缩杆上设置有齿条，所述金属齿轮与所述齿条啮合；进而控制所述伸缩杆的伸展。优选的，所述手指的上关节处附着有橡胶垫。

优选的，所述微控制器包括ADC模块、PID控制器和PWM发生器；所述ADC模块的输入端与所述电位器的输出端连接；所述ADC模块的输出端与所述PID控制器的输入端连接；所述PID控制器的输出端与所述PWM发生器的输入端连接；所述PWM发生器的输出端连接所述微型直流电机的驱动电路。

优选的，所述微型直流电机和所述伸缩杆驱动电机的驱动电路为全桥驱动电路，所述全桥驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4；所述三极管Q1和所述三极管 Q2的发射极均连接电源正极，所述三极管Q3和所述三极管Q4的发射极均连接电源负极；所述三极管Q1的基极与所述电阻R1连接，所述三极管Q2的基极与所述电阻R2连接，所述三极管Q3的基极与所述电阻R3连接，所述三极管Q4的基极与所述电阻R4连接；所述电阻R1和所述电阻R3的另一端均与所述PWM发生器的低电平输出端连接，所述电阻R2和所述电阻R4 的另一端均与所述微型直流电机的输入端连接，所述微型直流电机的另一个输入端与所述PWM发生器的高电平输出端连接；所述三极管Q1和所述三极管Q2的集电极相连作为一个输出端，且连接所述伸缩杆驱动电机的输入端，所述三极管Q3和所述三极管Q4的集电极相连作为一个输出端，且连接所述伸缩杆驱动电机的另一个输入端。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，在实际操作中，工作人员从铸片检测显示屏上观察模头铸片的变化，当铸片不符合标准值时，检测仪给出指令，微控制器控制机械手拧动与其相对应的微调螺栓来调节模唇开度，使模唇开ロ间隙达到标准值，控制膜片厚度误差，以实现制品厚度及其均匀性。本机械手为串联式单体，有3个自由度，位移特征P-R(P为移动副、R为转动副)。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型机械手的整体结构示意图。

图2为本实用新型机械手手指结构主视图。

图3为本实用新型机械手微型电动推杆的结构示意图。

图4为本实用新型微型直流电机与微控制器的连接图。

图5为本实用新型机械手控制系统框图。

附图中各数字所指代的部位名称如下：1-手掌、2-关节转轴、3-橡胶垫、 4-手指、5-转动轴、6-弯曲板、7-微型直流电机、10-微型减速电机、11-电位器、12-电动推杆外壳、13-金属齿轮、14-智能机锁、15-伸缩杆、16-限位开关、 A-手指指关节连接部分、B-微型电动推杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，包括手掌1、手指4和微控制器。

如图1所示，手掌1包括手掌主体、转动轴5、弯曲板6、微型直流电机 7和微型电动推杆；手掌主体包括上手掌和下手掌；微型直流电机7与弯曲板 6连接，弯曲板6两端安装有转动轴5，弯曲板6连接上手掌和下手掌；通过微型直流电机7驱动转动轴5带动弯曲板6动作；微型电动推杆设置在弯曲板6上，微型电动推杆与手指4连接。

如图2所示，手指4包括手指主体、关节转轴2、微型减速机10和电位器11；手指主体分为上关节、中关节和下关节三部分，A为上关节和中关节、中关节和下关节的连接部分，上关节和中关节、中关节和下关节通过关节转轴2连接，且关节转轴2处均安装有微型减速机10，微型减速机10带动关节转轴2动作；电位器11位于下关节处，并与微型减速机10连接，电位器11 控制微型减速机10动作。

机械手手指的材料是整个系统的支架，起到包含和支撑动力部件的作用，在制造手指时，手指4部分的零件折弯成燕尾槽状，零件完成后，将其一上一下的扣在一起，使燕尾镶嵌在燕尾槽中，完成了一个手指关节单元骨架的组装。然后把微型减速机10置于连接燕尾槽的关节转轴2上并通过涡轮齿条连接，关节转轴2作为微型减速机10的输出轴。

微控制器与微型直流电机7连接，微型减速机10与微型直流电机7连接。

本实用新型公开的机械手为串联式单体，有3个自由度，位移特征P-R (P为移动副、R为转动副)。

本实用新型机械手的动作幅度小，一般在半圆周之内，但动作精度要求高，且承载螺栓的扭矩大，承受力很大，因此，需要微型直流电机7来驱动弯曲板6进行手掌弯曲，同时微型电动推杆工作，带动手指4进行伸展，使手指上关节对准螺栓方位后停止，电位器11给出信号，微型减速机10开启，当微型直流电机7正转时，手掌和手指弯曲，微型减速机10带动涡轮齿条运转，手指上关节拧紧螺栓，当微型直流电机7反转时，手指上关节解除拧紧，开始拧卸螺栓。

本实用新型中微型电动推杆包括：电动推杆外壳12、金属齿轮13、智能机锁14、伸缩杆15和限位开关16驱动电机。电动推杆外壳12、金属齿轮13、智能机锁14、伸缩杆15、限位开关16、伸缩杆驱动电机连接为一个整体，金属齿轮13、伸缩杆驱动电机置于电推动杆外壳12内，伸缩杆15置于电动推杆外壳12上，限位开关16限位所述伸缩杆15伸缩长度，智能机锁14与微控制器连接，接收微控制器输出信号控制伸缩杆驱动电机动作，伸缩杆驱动电机输出轴连接金属齿轮，伸缩杆驱动电机带动金属齿轮13的转动，伸缩杆 15上设置有齿条，金属齿轮13与齿条啮合；进而控制伸缩杆15的伸展。

本实用新型中手指4的上关节处附着有橡胶垫3。在工作中，由于螺栓的扭矩大，承受力很大，为了保证手指有很高的强度，选取金属材料，在手指4 的上关节处镶嵌有橡胶垫3，并刻有防滑纹路。

如图4和图5所示，本实用新型中微控制器包括ADC模块、PID控制器和PWM发生器；ADC模块的输入端与电位器11的输出端连接；ADC模块的输出端与PID控制器的输入端连接；PID控制器的输出端与PWM发生器的输入端连接；PWM发生器的输出端连接微型直流电机7的驱动电路。微型直流电机7和伸缩杆驱动电机的驱动电路为全桥驱动电路。全桥驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4。三极管Q1和三极管Q2的发射极均连接电源正极，三极管Q3和三极管Q4的发射极均连接电源负极；三极管Q1的基极与电阻R1连接，三极管Q2的基极与电阻R2连接，三极管Q3的基极与电阻R3连接，三极管 Q4的基极与电阻R4连接；电阻R1和电阻R3的另一端均与PWM发生器的低电平输出端连接，电阻R2和电阻R4的另一端均与微型直流电机7的输入端连接，微型直流电机7的另一个输入端与PWM发生器的高电平输出端连接；三极管Q1和三极管Q2的集电极相连作为一个输出端，且连接伸缩杆驱动电机的输入端，三极管Q3和三极管Q4的集电极相连作为一个输出端，且连接伸缩杆驱动电机的另一个输入端。

机械手指的伸展和弯曲动作，是对应微型直流电机7的正转和反转，为了实现对电机的正转和反转的控制，需要采用全桥电路对电机控制，其原理是通过4个开关管控制电机两端的电压方向。利用三极管构成的全桥电路，当输入低电平时，Q1和Q4导通，微型直流电机7正转，经过涡轮齿条的转动，带动手指弯曲。当输入高电平时，Q2和Q3导通，微型直流电机7反转，控制手指伸展。

驱动微型直流电机7在驱动时需要很大的电流，而控制芯片输出的高低电平信号电压低，电流小，是无法驱动直流电机的。如图4所示，微型直流电机7专用的驱动芯片L9110，可获得比较好的驱动效果。电机调速使用PWM (脉冲脉宽调制)的调速方式，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制。单片机产生占空比调制PWM的信号，信号的周期T，其中高电平的时间为T0，高电平时驱动输出给电机的电压为Vs，低电平时驱动输出给电机的电压为V0，占空比a＝T0/T。

手指的角度带动同轴的电位器，电位器内部有滑动的触点，电位器11两端通过恒定的电流触点的电压随着电位器11的转动而改变。电位器11的输出进入单片机，要转变成数字量才能进行数字信号的处理，

单片机集成了12bitADC模块，采样速度可达700Kpbs，可快速完成对电位器11输出信号的采样。电位器11输出的电压信号传输到单片机的ADC模块的输入口，单片机的ADC采样速度很快，3us可以完成一次转换，而控制信号输出的时间比较长，每次控制过程的周期采样可以多长采集，取其平均值。在实际操作中，为了达到比较准确的控制效果，对PID进行了改进，PID 输出的是输出量增量，使用ADC采样，单片机作为控制系统中的离散系统，积分项就是对前面的所有次的误差进行累加，微分项对后项的差分，实现数字PID调节。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，其特征在于，包括手掌(1)、手指(4)和微控制器；

所述手掌(1)包括手掌主体、转动轴(5)、弯曲板(6)、微型直流电机(7)和微型电动推杆；所述手掌主体包括上手掌和下手掌；所述微型直流电机(7)与所述弯曲板(6)连接，所述弯曲板(6)两端安装有所述转动轴(5)，所述弯曲板(6)连接所述上手掌和所述下手掌；通过所述微型直流电机(7)驱动所述转动轴(5)带动所述弯曲板(6)动作；所述微型电动推杆设置在所述弯曲板(6)上，所述微型电动推杆与所述手指(4)连接；

所述手指(4)包括手指主体、关节转轴(2)、微型减速机(10)和电位器(11)；所述手指主体分为上关节、中关节和下关节三部分，所述上关节和中关节、中关节和下关节通过所述关节转轴(2)连接，且所述关节转轴(2)处均安装有所述微型减速机(10)，所述微型减速机(10)带动所述关节转轴(2)动作；所述电位器(11)位于下关节处，并与所述微型减速机(10)连接，所述电位器(11)控制所述微型减速机(10)动作；

所述微控制器与所述微型直流电机(7)连接，所述微型减速机(10)与所述微型直流电机(7)连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，其特征在于，所述微型电动推杆包括：电动推杆外壳(12)、金属齿轮(13)、智能机锁(14)、伸缩杆(15)和限位开关(16)，驱动电机；

所述电动推杆外壳(12)、金属齿轮(13)、智能机锁(14)、伸缩杆(15)、限位开关(16)、伸缩杆驱动电机连接为一个整体，所述金属齿轮(13)、伸缩杆驱动电机置于所述电动推杆外壳(12)内，所述伸缩杆(15)置于电动推杆外壳(12)上，限位开关(16)限位所述伸缩杆(15)伸缩长度，所述智能机锁(14)与所述微控制器连接，接收微控制器输出信号控制所述伸缩杆驱动电机动作，所述伸缩杆驱动电机输出轴连接所述金属齿轮，所述伸缩杆驱动电机带动金属齿轮(13)的转动，所述伸缩杆(15)上设置有齿条，所述金属齿轮(13)与所述齿条啮合；进而控制所述伸缩杆(15)的动作。

3.根据权利要求1所述的一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，其特征在于，所述手指(4)的上关节处附着有橡胶垫(3)。

4.根据权利要求2所述的一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，其特征在于，所述微控制器包括ADC模块、PID控制器和PWM发生器；所述ADC模块的输入端与所述电位器(11)的输出端连接；所述ADC模块的输出端与所述PID控制器的输入端连接；所述PID控制器的输出端与所述PWM发生器的输入端连接；所述PWM发生器的输出端连接所述微型直流电机(7)的驱动电路。

5.根据权利要求4所述的一种用于聚酯光学膜基膜模头调节螺栓的机械手，其特征在于，所述微型直流电机(7)和所述伸缩杆驱动电机的驱动电路为全桥驱动电路，所述全桥驱动电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4，所述三极管Q1和所述三极管Q2的发射极均连接电源正极，所述三极管Q3和所述三极管Q4的发射极均连接电源负极；所述三极管Q1的基极与所述电阻R1连接，所述三极管Q2的基极与所述电阻R2连接，所述三极管Q3的基极与所述电阻R3连接，所述三极管Q4的基极与所述电阻R4连接；所述电阻R1和所述电阻R3的另一端均与所述PWM发生器的低电平输出端连接，所述电阻R2和所述电阻R4的另一端均与所述微型直流电机(7)的输入端连接，所述微型直流电机(7)的另一个输入端与所述PWM发生器的高电平输出端连接；所述三极管Q1和所述三极管Q2的集电极相连作为一个输出端，且连接所述伸缩杆驱动电机的输入端，所述三极管Q3和所述三极管Q4的集电极相连作为一个输出端，且连接所述伸缩杆驱动电机的另一个输入端。

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