专利名称：写字机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种机器人，能做写字表演的机器人。
背景技术：
目前，机器人应用于装配，涂漆，搬运等多方面，但还没有能写字的机器人；由于功能不同，各种机器人在结构上有很大不同，但大都是由肩关节、肘关节、腕关节和末端执行器构成。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种能够通过控制，在平板上写出不同大小、不同字体和不同文字的写字机器人。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是这样的，即一种写字机器人为仿手臂多关节机构，包括一个纵关节、至少两级横关节及其电气控制柜和微机；其中纵关节绕自身轴线转动，固定在底座上的立柱上，它包括步进电机、谐波减速器，由谐波减速器的柔轮通过输出接头向横关节传递转动；每个横关节绕自身轴线垂直方向转动，它包括步进电机和谐波减速器，输入接头和输出接头，其中横关节的输入接头与纵关节的输出接头连接，或通过连接臂与前一级横关节的输出接头连接；末级横关节的输出接头通过笔夹头与写字笔连接。
本实用新型的技术效果是，可以根据人从微机键盘输入文字、符号，在纸上写出相应的字句，完成操作者的写字指令。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是写字机器人的总体结构示意图。
图2是文字的矢量形成图。
图3是机器人的写字笔尖处在任意坐标点A的调整方法图。
附图中1—底座、2—立柱、3—外套、4—步进电机、5—谐波减速器、7—柔轮、8—输出接头、9—连接套、10—输入接头、11—谐波减速器、12—步进电机、13—输出接头、14—第二连接臂、15—步进电机、16—第三连接臂、17—步进电机、18—笔夹头、19—写字笔、20—微机、21—电气柜。
具体实施方式
在
图1给出一个非限定性的实施例中，立柱2固定在底座1上，第一关节为纵关节，通过其外套3的螺纹与立柱2连接；第二关节为横关节，其输入接头10通过连接套9与纵关节的输出接头8连接，其输出接头通过连接臂14与第二级横关节的输入接头连接；第二级横关节的输出接头通过连接臂16与第三级横关节的输出接头连接；第三级横关节的输出接头连接笔夹头18，写字笔19装在笔夹头内。当从键盘输入欲写的文字信息后，微机20控制各关节转动的角度，四关节的机器人系统操纵写字笔19完成写字操作。微机20、运动控制卡、接口板、文字处理软件、系统控制软件、驱动器及电源都放在电气柜21内。
上述结构中，纵关节θ1是绕自身轴线转动的纵关节，它的外套3通过螺纹固定在立柱2上，进电机4装在外套3内，它带动谐波减速器5转动，谐波减速器包括刚轮和柔轮，刚轮和柔轮之间少齿差啮合。谐波减速器5的柔轮7与输出接头8连接，输出接头8将柔轮7的转动传递给连接套9，由此带动连接套9以后的横关节转动。
第一级横关节θ2、第二级横关节θ3和第三级横关节θ4是绕自身轴线垂直方向转动的横关节，这三个横关节的结构相同，以第一级横关节θ2为例来说明这种横关节的构造特征。第一级横关节θ2的输入接头10通过螺纹与纵关节θ1的连接套9连接，输入接头与步进电机12连为一体，步进电机带动谐波减速器11转动，谐波减速器的结构与纵关节中的相同，谐波减速器11将转动传递给通过轴承安装在步进电机上的输出接头13，从而带动连接臂14作绕关节轴线垂直方向的转动。
在图2所示的实施例中，每个矢量字符的轮廓是由若干矢量先后连接而成，以“人”字为例，它是笔尖按矢量连续顺序移动而成的。笔尖由n1矢量开始，沿n1→n2→n3……最后回到起点，这样，一个“人”字就写成了。
图3所示的实施例，提出了笔尖调整方法，设A4纸MNPQ平放在台面上，立柱2(参照
图1)的中心在O位置，在此顶视图上，任意点A由极坐标ρ、θ表示。笔尖按如下方法到达A点位置，由于A点(x1，y1，z1)是根据文字已知的，本专利设计A点的转角θ1可由A点坐标x与y求出。A点的极径OA亦可根据x、y及常数求出，在K视图a上，可以看出，OA＝ρ＝O1A1，由于笔尖要下降到纸面才能写字，A1A2＝下笔量，亦为已知，因此，O1A2＝ρ1亦为已知数。得到O1A2＝ρ1＝O2O4(O2O4为
图1中第二及第四转动关节中心O2及O4的距离)，我们定义O2O4为虚拟臂。这样，在图3的K视图b上，以已知长度的虚拟臂O1A2为等腰三角形的底边，以等长度的O1B(
图1中的O2O3)及BA2(
图1中的O3O4)为三角形的腰，再加上第三关节B，就构成了一个可变形的等腰三角形。当要求的虚拟臂长O1A2确定后，可以由第三关节转动θ3转出此长度。一句话，极径的长度OA可以由θ2及θ3调出。第四关节θ4的作用，是始终保持笔杆垂直于纸面，以保证写字的质量。为了保持机器人的最佳路径及结构，进行了优化设计，并编制了相应的计算支持软件。
权利要求1.一种写字机器人，为仿手臂多关节结构，包括微机(20)及电气控制柜(21)；其特征是多关节结构包括一个纵关节和至少两级横关节，其中纵关节绕自身轴线转动，它包括步进电机(4)、谐波减速器(5)，由谐波减速器的柔轮(7)通过输出接头(8)向第一级横关节传递转动；每个横关节绕自身轴线垂直方向转动，它包括步进电机和谐波减速器，输入接头和输出接头，其中横关节的输入接头与纵关节的输出接头连接，或通过连接臂与前一级横关节的输出接头连接；末级横关节的输出接头通过笔夹头(18)与写字笔(19)连接。
2.根据权利要求1所述的写字机器人，其特征是纵关节由外套(3)通过螺纹固定在立柱(2)上，步进电机(4)装在外套(3)内，它带动谐波减速器(5)转动，谐波减速器包括刚轮和柔轮，刚轮和柔轮之间少齿差啮合；谐波减速器(5)的柔轮(7)与输出接头(8)连接，输出接头(8)将柔轮(7)的转动传递给连接套(9)，由此带动连接套以后的横关节转动。
3.根据权利要求1所述的写字机器人，其特征是横关节的输入接头与步进电机连为一体，步进电机带动谐波减速器(11)转动，谐波减速器(11)将转动传递给通过轴承安装在步进电机上的输出接头(13)，从而带动连接臂(14)作绕关节轴线垂直方向的转动。
专利摘要本实用新型涉及的写字机器人，为仿手臂多关节结构，包括微机20及电气控制柜21；其特征是多关节结构包括一个纵关节和至少两级横关节，其中纵关节绕自身轴线转动，固定在底座1的立柱2上，它包括步进电机4、谐波减速器5，由谐波减速器的柔轮7通过输出接头8向第一级横关节传递转动；每个横关节绕自身轴线垂直方向转动，它包括步进电机和谐波减速器，输入接头和输出接头，其中横关节的输入接头与纵关节的输出接头连接，或通过连接臂与前一级横关节的输出接头连接；末级横关节的输出接头通过笔夹头18与写字笔19连接。本实用新型可以通过人从微机键盘输入文字、符号，在纸上写出相应的字句，完成操作者的写字指令。
文档编号B25J9/06GK2654293SQ200320114568
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月10日 优先权日2003年11月10日
发明者梁锡昌, 王光建 申请人:重庆大学