一種具有模仿功能的仿生機(jī)械手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有模仿功能的仿生機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械手是能模仿人手的某些動(dòng)作功能，用以按程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置，是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，因其作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力成為工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域。
[0003]五指仿生機(jī)械手作為一類機(jī)器人終端操作裝置，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)，具有多自由度、多指協(xié)調(diào)、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，因而在具有靈巧及精細(xì)要求的各類任務(wù)中取得廣泛應(yīng)用。
[0004]但是，通過研究發(fā)現(xiàn)，目前仿生機(jī)械手臂以電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，只能按照預(yù)定程序做一些簡單的機(jī)械式運(yùn)動(dòng)靈活性，其使用的機(jī)構(gòu)數(shù)目眾多，驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在使用的靈活性、關(guān)節(jié)柔性、動(dòng)態(tài)剛度和能量密度等方面都難以滿足使用要求，以至于影響了使用效果，進(jìn)而影響了工業(yè)應(yīng)用，并且存在造價(jià)高昂的缺陷。目前絕大多數(shù)五指仿生機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)都是通過固定的編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，即操作人員通過計(jì)算機(jī)或其它控制設(shè)備直接向五指仿生機(jī)械手發(fā)送動(dòng)作指令，操控五指仿生機(jī)械手完成指定動(dòng)作。這種控制方式簡單易行，但無法令五指仿生機(jī)械手參照人類真實(shí)手勢進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，難以達(dá)到隨心所欲操作，其智能性和適應(yīng)性方面也大打折扣。
[0005]隨著生產(chǎn)的需要，對仿生機(jī)械手的靈活性，定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求，并且更多情況下希望機(jī)器人代替人類完成具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)或是勞動(dòng)，所以提出一種解決上述問題的具體途徑就顯得特別重要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種具有模仿功能的仿生機(jī)械手，通過控制手套可使機(jī)械手根據(jù)不同的需求來確定需要?jiǎng)幼鞯氖种讣笆种笍澢潭龋瑢?shí)現(xiàn)對不同尺寸、形狀物體的靈巧抓取。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種具有模仿功能的仿生機(jī)械手，包括機(jī)械手、控制手套和控制器；所述機(jī)械手包括機(jī)械臂、連接機(jī)械臂的手掌和連接手掌的五個(gè)手指，各手指包括依次連接的近指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)及遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)，所述機(jī)械臂、手掌和手指彼此連接處以及手指各關(guān)節(jié)連接處均設(shè)有第一傳感器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述控制手套包括操作手掌和連接操作手掌的五個(gè)操作手指，各操作手指包括依次連接的近指關(guān)節(jié)、中指關(guān)節(jié)及遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)，所述操作手掌和操作手指連接處以及操作手指各關(guān)節(jié)連接處均設(shè)有第二傳感器；所述控制器包括內(nèi)控制裝置和外控制裝置，所述內(nèi)控制裝置內(nèi)設(shè)有第一控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及第一無線傳輸模塊，所述第一傳感器、驅(qū)動(dòng)模塊與第一無線傳輸模塊均與第一控制模塊連接，所述驅(qū)動(dòng)模塊與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，所述外控制裝置內(nèi)設(shè)有第二控制模塊和第二無線傳輸模塊，所述第二傳感器和第二無線傳輸模塊均與第二控制模塊連接，所述第二無線傳輸模塊與第一無線傳輸模塊無線連接。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)械手還包括底座、立柱和橫桿，所述立柱垂直安裝在底座上，所述內(nèi)控制裝置安裝在立柱的上端，所述橫桿垂直立柱并安裝在內(nèi)控制裝置的側(cè)面，所述機(jī)械臂與橫桿的末端連接，所述機(jī)械臂與橫桿的連接處設(shè)有所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第一傳感器。
[0009]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)械臂包括依次連接的第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)和第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)，所述第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)連接橫桿，所述第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)連接手掌，所述第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)與橫桿的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與手掌的連接處均設(shè)有所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第一傳感器。
[0010]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)和超聲電機(jī)；所述舵機(jī)分別安裝在橫桿與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)的連接處以及第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與手掌的連接處；所述超聲電機(jī)分別安裝在手掌與各手指的連接處和各手指的各關(guān)節(jié)連接處。
[0011]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一傳感器包括第一角速度傳感器和角加速度傳感器，所述第一角速度傳感器和角加速度傳感器均分別安裝于橫桿與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)與手掌的連接處、手掌與各手指的連接處以及各手指的各關(guān)節(jié)連接處；所述第二傳感器是第二角速度傳感器。
[0012]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一角速度傳感器的信號端、角加速度傳感器的信號端、第一無線傳輸模塊的控制端均與第一控制模塊的10端口連接；所述第二無線傳輸模塊通過SPI通訊方式與第二控制模塊的數(shù)據(jù)口連接，所述第二控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端與第二角度傳感器的數(shù)據(jù)輸出端連接。
[0013]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述外控制裝置內(nèi)還設(shè)有數(shù)據(jù)顯示液晶，所述數(shù)據(jù)顯示液晶通過I2C通訊方式與第二控制模塊的數(shù)據(jù)口連接。
[0014]作為本實(shí)用新型的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一控制模塊和第二控制模塊均為嵌入式控制模塊。
[0015]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，還包括視頻模塊，所述視頻模塊包括攝像頭、圖傳模塊和圖像顯示液晶；所述攝像頭設(shè)于內(nèi)控制裝置內(nèi)；所述圖傳模塊包括圖傳發(fā)射模塊和圖傳接收模塊，所述圖傳發(fā)射模塊安裝于內(nèi)控制裝置內(nèi)并與攝像頭相連，所述圖傳接收模塊設(shè)于外控制裝置內(nèi)，并且圖傳接收模塊與圖傳發(fā)射模塊和圖像顯示液晶相連。
[0016]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述機(jī)械手在每個(gè)手指的末端裝有電阻式壓力傳感器，所述電阻式壓力傳感器與第一控制模塊連接。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的具有模仿功能的仿生機(jī)械手的有益效果如下:
[0018](1)通過控制手套實(shí)時(shí)捕捉操作者手掌手臂運(yùn)動(dòng)的軌跡信號經(jīng)過外控制器和內(nèi)控制器處理后驅(qū)動(dòng)機(jī)械手對應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而提高了機(jī)械手的可操作性，多適應(yīng)性以及實(shí)時(shí)性。
[0019](2)機(jī)械手的每個(gè)手指的每個(gè)關(guān)節(jié)都可以自由運(yùn)動(dòng)，從而可根據(jù)不同的需求確定需要?jiǎng)幼鞯氖种讣捌鋸澢潭?，?shí)現(xiàn)對不同形狀、尺寸的物體的靈巧抓取和精細(xì)操作。
[0020](3)采用攝像頭，可捕捉機(jī)械手工作時(shí)的圖像，通過圖傳發(fā)射模塊將圖像信息發(fā)送出來并在圖像顯示液晶上顯示機(jī)械手工作時(shí)的實(shí)時(shí)圖像，從而使得控制更加簡單易行。
[0021](4)將內(nèi)控制裝置和外控制裝置分開設(shè)置，通過無線模塊傳輸控制信息和機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)的位置信息，使之能夠在惡劣，危險(xiǎn)的環(huán)境下完成任務(wù)的同時(shí)保證操作者的人身安全，因而在醫(yī)療、科研、救災(zāi)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0022](5)第一控制模塊和第二控制模塊均采用嵌入式控制模塊，從而滿足大量數(shù)字信號處理的需要。
[0023](6)采用數(shù)據(jù)顯示液晶，從而方便顯示控制手套以及機(jī)械手工作時(shí)各個(gè)關(guān)節(jié)的角度信息，便于精細(xì)操作。
[0024](7)在每個(gè)手指的末端裝有與第一控制模塊連接的電阻式壓力傳感器，從而可獲取每個(gè)手指工作時(shí)的工作壓力，以確認(rèn)是否抓取到位。
[0025]通過以下的描述并結(jié)合附圖，本實(shí)用新型將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本實(shí)用新型的實(shí)施例。
【附圖說明】
[0026]圖1為機(jī)械手的示意圖。
[0027]圖2為控制手套的示意圖。
[0028]圖3為控制器部分的結(jié)構(gòu)框圖。
[0029]圖4為視頻模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]現(xiàn)在參考附圖描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。
[0031]請參考圖1-4，所述的具有模仿功能的仿生機(jī)械手包括機(jī)械手、控制手套2、控制器3和視頻模塊4。
[0032]具體而言，所述機(jī)械手1由鋁合金材料制成，從而質(zhì)量輕且不易變形。所述機(jī)械手1包括底座11、立柱12、橫桿13、機(jī)械臂14、手掌15和五個(gè)手指16，所述立柱12垂直安裝在底座11上，用于起固定和支撐其他結(jié)構(gòu)的作用。所述橫桿13垂直安裝在立柱12上，所述機(jī)械臂14與橫桿13的末端連接，所述手掌15連接機(jī)械臂14，所述的五個(gè)手指16連接手掌15。所述機(jī)械手1在每個(gè)手指16的末端裝有電阻式壓力傳感器，用于測試每個(gè)手指16工作時(shí)末端所承受的壓力。
[0033]更具體而言，所述機(jī)械臂14包括依次連接的第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)141和第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)142，所述第一機(jī)械臂141關(guān)節(jié)連接橫桿13，所述第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)142連接手掌15，所述第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)141與橫桿13的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)142與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)141的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)142與手掌15的連接處均設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和第一傳感器，從而機(jī)械臂14構(gòu)成了與人手臂相似的具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的機(jī)械臂。各手指16包括依次連接的第一近指關(guān)節(jié)161、第一中指關(guān)節(jié)162及第一遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)163，各手指16的第一近指關(guān)節(jié)161與手掌15相連。所述橫桿13、機(jī)械臂14、手掌15、第一近指關(guān)節(jié)161、第一中指關(guān)節(jié)162和第一遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)163彼此相連接的位置均設(shè)有第一傳感器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)lc。
[0034]更具體而言，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)lc包括舵機(jī)和超聲電機(jī)。所述舵機(jī)分別安裝在橫桿13與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)141的連接處、第二機(jī)械臂關(guān)節(jié)142與第一機(jī)械臂關(guān)節(jié)141的連接處以及第二