人體感應(yīng)機(jī)械臂的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種人體感應(yīng)機(jī)械臂，包括機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件和傳感組件；機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器；機(jī)械臂套件包括依次活動(dòng)連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機(jī)械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機(jī)械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器；通過(guò)機(jī)械臂機(jī)械手的分立式拆裝，組合提高了靈活性與實(shí)用性，能夠在惡劣的環(huán)境下完成高精度任務(wù)，在科研、醫(yī)療、救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】人體感應(yīng)機(jī)械臂

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種人體感應(yīng)機(jī)械臂，屬于自動(dòng)化機(jī)械裝置應(yīng)用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手臂是目前機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂(lè)服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域都能見(jiàn)到它的身影。盡管它們的形態(tài)各有不同，它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是能夠接受指令，進(jìn)行相關(guān)作業(yè)。
[0003]但是，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)機(jī)器人只能按照預(yù)定程序做一些簡(jiǎn)單的機(jī)械式運(yùn)動(dòng)靈活性，適應(yīng)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足現(xiàn)代社會(huì)各方面的需求，而在智能機(jī)器人代表的新科技領(lǐng)域短時(shí)間內(nèi)又很難有較大的發(fā)展。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種新型自動(dòng)化機(jī)械臂，克服傳統(tǒng)程序一電路一舵機(jī)型機(jī)械臂在操作方面因操作時(shí)間較長(zhǎng)造成的變形與磨損而造成的實(shí)用性不強(qiáng)以及傳統(tǒng)機(jī)械臂及機(jī)械手的不可拆卸性造成的維修難度大，靈活性差的問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種人體感應(yīng)機(jī)械臂，包括機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件和傳感組件；機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器；
[0007]所述機(jī)械臂套件包括依次活動(dòng)連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機(jī)械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機(jī)械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器；
[0008]所述機(jī)械手套件包括掌骨件和活動(dòng)連接在掌骨件上依次設(shè)置的拇指件、食指件、中指件、無(wú)名指件、小指件，掌骨件形成有虎口，拇指件和食指件分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個(gè)指件包括依次活動(dòng)連接的近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件；掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件分別設(shè)有加速度傳感器，掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件的活動(dòng)連接處設(shè)有角速度傳感器。
[0009]進(jìn)一步地，角速度傳感器、加速度傳感器通過(guò)控制器連接仿人機(jī)械臂，即受控機(jī)械手臂。
[0010]進(jìn)一步地,該仿人機(jī)械臂按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm,仿人機(jī)械臂的腕關(guān)節(jié)是由四個(gè)舵機(jī)構(gòu)成，每個(gè)機(jī)械手指有2個(gè)自由度，仿人機(jī)械臂采用鋁制合金制成，在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分設(shè)置軸承，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)方面采用SR04的全金屬齒輪舵機(jī)。
[0011]進(jìn)一步地，機(jī)械臂套件的框架有4個(gè)自由度，在每個(gè)鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:通過(guò)機(jī)械臂機(jī)械手的分立式拆裝，組合提高了靈活性與實(shí)用性，此外機(jī)械臂與機(jī)械手套件通過(guò)人體進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作傳送姿態(tài)信息給受控機(jī)械手臂通過(guò)肉眼矯正，減少因變形與磨損帶來(lái)的靈活性差的問(wèn)題，能夠在惡劣的環(huán)境下完成高精度任務(wù)，在科研、醫(yī)療、救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為實(shí)施例中的機(jī)械手套件的左側(cè)視圖；
[0015]圖3為實(shí)施例中的機(jī)械手套件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為實(shí)施例中的機(jī)械手套件的手心方向結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5為實(shí)施例中的機(jī)械臂套件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是實(shí)施例人體感應(yīng)機(jī)械臂與仿人機(jī)械臂的說(shuō)明框圖；
[0019]其中:1_肱骨件，2-尺骨件，3-腕骨件，4-掌骨件，5-拇指件，6-食指件，7-中指件，8-無(wú)名指件，9-小指件，10-近節(jié)指骨件，11-中節(jié)指骨件，12-遠(yuǎn)節(jié)指骨件，13-角速度傳感器，14-加速度傳感器。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體的實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)描述:
實(shí)施例
[0021]基于角速度傳感器與加速度傳感器的感應(yīng)機(jī)械臂，角速度傳感器13放在機(jī)械手外形框架上，機(jī)械手外形框架穿在人手臂上，該角速度傳感器13用以感應(yīng)控制端，即人手臂，的姿態(tài)變化，包括角度與加速度，再返回仿人機(jī)械臂以做同等工作。
[0022]實(shí)施例由于是在人體手臂事先套上的人體醫(yī)療機(jī)械臂的關(guān)節(jié)處，分別放上加速度與角速度傳感器13，讀取人體機(jī)械臂的姿態(tài)變化，通過(guò)兩塊控制器與無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的同等姿態(tài)變化，克服了現(xiàn)有體感傳感器的姿態(tài)調(diào)節(jié)精度不高，無(wú)法進(jìn)行微處理，生產(chǎn)成本較高等問(wèn)題，在科研，醫(yī)療，救災(zāi)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0023]機(jī)械手套件包括掌骨件4和活動(dòng)連接在掌骨件4上依次設(shè)置的拇指件5、食指件6、中指件7、無(wú)名指件8、小指件9，掌骨件4形成有虎口，拇指件5和食指件6分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個(gè)指件包括依次活動(dòng)連接的近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠(yuǎn)節(jié)指骨件12 ;掌骨件
4、近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠(yuǎn)節(jié)指骨件12分別設(shè)有加速度傳感器14，掌骨件4、近節(jié)指骨件10、中節(jié)指骨件11、遠(yuǎn)節(jié)指骨件12的活動(dòng)連接處設(shè)有角速度傳感器13，如圖1、圖2、圖3、圖4。
[0024]機(jī)械臂套件包括依次活動(dòng)連接的肱骨件1、尺骨件2、腕骨件3以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機(jī)械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器14，在機(jī)械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器13，如圖5。
[0025]首先人體手臂需穿上具質(zhì)輕且不易變形的鋁合金骨節(jié)包括肱骨、尺骨、腕骨骨節(jié)連接處采用具有良好塑性與彈性的不銹鋼或青銅材料制成的機(jī)械臂套件，人手也需帶上具塑性與彈性的機(jī)械手套件。在人體機(jī)械臂套架處安裝六軸傳感器，分別通過(guò)在肱骨、尺骨、腕骨處的傳感器測(cè)出加速度的值，包括方向與大小，通過(guò)在肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)的傳感器測(cè)出角速度的值，包括方向與大小，即在人體機(jī)械套架上安裝六軸傳感器測(cè)量人體手臂26個(gè)自由度的加速度與角速度。
[0026]然后，通過(guò)姿態(tài)解算器，配合卡爾曼濾波能夠在動(dòng)態(tài)的環(huán)境下準(zhǔn)確輸出模塊當(dāng)前的姿態(tài)，姿態(tài)測(cè)量精度0.01度，穩(wěn)定度極高，上述數(shù)據(jù)由主控一 ARM通過(guò)無(wú)線裝置發(fā)送到主控二 ARM，主控二通過(guò)控制相應(yīng)的舵機(jī)完成同步動(dòng)作。
[0027]仿人機(jī)械手按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm，該機(jī)械手的腕關(guān)節(jié)是由四個(gè)舵機(jī)構(gòu)成，每個(gè)機(jī)械手指由2個(gè)自由度，本設(shè)計(jì)外形可以最大程度的模擬人手，采用鋁制合金質(zhì)量輕，硬度高。在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分特地添加了軸承，尺寸適中，滑順度穩(wěn)定可靠。
[0028]機(jī)械臂套件的框架仿照人手臂大小，有4個(gè)自由度，在每個(gè)鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
[0029]通過(guò)在人體機(jī)械套架上安裝六軸傳感器測(cè)量人體手臂26個(gè)自由度的加速度與角速度。由姿態(tài)解算器，配合卡爾曼濾波能夠在動(dòng)態(tài)的環(huán)境下準(zhǔn)確輸出模塊當(dāng)前的姿態(tài)，姿態(tài)測(cè)量精度0.01度，穩(wěn)定度極高，采集的數(shù)據(jù)由主控一通過(guò)無(wú)線裝置發(fā)送到主控二，主控二通過(guò)控制相應(yīng)的舵機(jī)完成同步動(dòng)作，如圖6。當(dāng)MCU產(chǎn)生PWM信號(hào)時(shí)，經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大，在電機(jī)前串聯(lián)電感，去掉舵機(jī)馬達(dá)啟動(dòng)和停止時(shí)對(duì)電源的干擾，啟動(dòng)時(shí)電流較大，會(huì)在啟動(dòng)的一瞬間把電源電壓拉低，因?yàn)殡姼锌梢酝ǖ皖l阻高頻所以可以減少馬達(dá)啟動(dòng)時(shí)電源端的電壓變化，從而可以保證其穩(wěn)定工作。在電機(jī)兩端并聯(lián)電容起到續(xù)流的作用，從而在一定程度上提高了電機(jī)的平均電壓。
[0030]以上示意性地對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種人體感應(yīng)機(jī)械臂，其特征在于:包括機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件和傳感組件；機(jī)械臂套件、機(jī)械手套件采用不易變形且質(zhì)輕的鈦合金或鋁合金；傳感組件包括角速度傳感器、加速度傳感器； 所述機(jī)械臂套件包括依次活動(dòng)連接的肱骨件、尺骨件、腕骨件以及關(guān)節(jié)之間的連接套件；在機(jī)械臂套件的肱骨、尺骨、腕骨處設(shè)置加速度傳感器，在機(jī)械臂套件的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)、指關(guān)節(jié)分別設(shè)置角速度傳感器； 所述機(jī)械手套件包括掌骨件和活動(dòng)連接在掌骨件上依次設(shè)置的拇指件、食指件、中指件、無(wú)名指件、小指件，掌骨件形成有虎口，拇指件和食指件分設(shè)在虎口的兩側(cè)；每個(gè)指件包括依次活動(dòng)連接的近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件；掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件分別設(shè)有加速度傳感器，掌骨件、近節(jié)指骨件、中節(jié)指骨件、遠(yuǎn)節(jié)指骨件的活動(dòng)連接處設(shè)有角速度傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述人體感應(yīng)機(jī)械臂，其特征在于:角速度傳感器、加速度傳感器通過(guò)控制器連接仿人機(jī)械臂，即受控機(jī)械手臂。
3.如權(quán)利要求2所述人體感應(yīng)機(jī)械臂，其特征在于:該仿人機(jī)械臂按照1:1的比例尺寸制作大小為155*65mm,仿人機(jī)械臂的腕關(guān)節(jié)是由四個(gè)舵機(jī)構(gòu)成,每個(gè)機(jī)械手指有2個(gè)自由度，仿人機(jī)械臂采用鋁制合金制成，在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分設(shè)置軸承，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)方面采用SR04的全金屬齒輪舵機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述人體感應(yīng)機(jī)械臂，其特征在于:機(jī)械臂套件的框架有4個(gè)自由度，在每個(gè)鋼制關(guān)節(jié)處放上六軸的傳感器作為其傳輸源載體。
【文檔編號(hào)】B25J9/18GK204149159SQ201420415472
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】張鵬, 趙藝兵, 王馳, 張?zhí)煊? 蘭智杰 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院