专利名称：一种机器人用动作机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器人的技术领域，尤其是一种机器人用动作机构。
背景技术：
机械手的研究一直以来是机器人研究的重点，机械手类型繁多，但仿型手一直是机器人机械手研究的主要方向，机械手的研究多是通过仿形研究，希望能和人手一样，通过多自由度的关节运动设计来达到有较强的抓取物体能力的目的。但因仿形手设计中涉及的关节设计复杂、手指运动控制难度高，因为手指控制的机械特性，抓取异性面适应能力低。制造成本较高，制作难度和要求也较高。我们试图对运动手指抓取物体的机理进行分析，结合美国科学家关于“多功能钳子”功能的机械手臂的设计原理，对机械手进行结构上的简化，通过以柔克刚的模式来设置一款机械手，使机械手通过塑性变形和摩擦来达到对不同异性面的适应和抓取目的。使得机器人研究和应用领域不断发展，不断出现新的动作实现方式，改变机械手设计方法的思路。基于此，还需设计一套用于操控该机械手的动作机构，而现有的动作机构结构复杂，制作难度大，且精确性不高。如何制作一种轻便、简单、精确度高的动作机构是摆在每一个机器人研究者面前的问题。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种结构简单、轻便实用、精确度高的机器人用动作机构。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种机器人用动作机构，其特征是包括有依次连接的动作电机、机械臂组合以及气缸装置，气缸装置包括有气缸及用于压缩气缸的气缸电机，动作电机与机械臂组合传动连接，气缸连接有伸缩轴。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括上述的机械臂组合包括有大臂和小臂，大臂和小臂铰接配合。上述的动作电机驱动端伸出有动作驱动轴,动作驱动轴前端设有动作驱动齿轮，大臂后端设有大臂齿轮，驱动齿轮与大臂齿轮咬合配合。上述的驱动齿轮与大臂齿轮轮径比为1:2。上述的大臂设有传动装置；传动装置包括有第一传动轮和第二传动轮，第一传动轮和第二传动轮上绕设有传动带，第一传动轮与大臂齿轮传动连接，第二传动轮与大臂和小臂的铰接轴连接。上述的小臂前端与气缸后端通过滑销铰接。上述的驱动齿轮与大臂齿轮为铁质齿轮或钢质齿轮。[0016]上述的大臂和小臂为铝质机械杆。与现有技术相比，本实用新型的一种机器人用动作机构，其特征是包括有依次连接的动作电机、机械臂组合以及气缸装置，气缸装置包括有气缸及用于压缩气缸的气缸电机，动作电机与机械臂组合传动连接，气缸连接有伸缩轴，伸缩轴在气缸推动下能上下运动，气缸装置与机械臂组合铰接且保持铅垂状态。本实用新型的一种机器人用动作机构可以用在软指移物机器人上，软指移物机器人主要实现异型面物体的抓取、升降和移动，要控制机器人将物体抓取，需要通过动作机构完成，动作电机将动力依次传到通过动作驱动轴、动作驱动齿轮、大臂齿轮、传动装置，在控制装置的控制下，传动装置可以对大臂的仰角进行调整，用以实现抓取机构收回或者伸出，在小臂上也设有微调电机，小臂电机可以对小臂的仰角进行微调，它和传动装置共同作用使得本实用新型的动作机构运动更加精确，小臂前端与气缸后端通过滑销铰接。这种滑销可以使小臂与气缸连接处摩擦很小，相当于气缸“挂”在小臂上，因此，气缸装置可以保持铅垂状态。气缸装置保持铅垂状态对于软指移物机器人是非常重要的，因为机器人的抓取装置是软性抓取装置，它需要压在被抓取物上，然后将物品吸起，如果气缸装置倾斜，这抓取效果大减。为了降低整个机器人的重量，减小电机的负荷，大臂和小臂为铝质机械杆，机器人抓取的物品并非重物，铝质机械杆的支撑力足够使用，驱动齿轮与大臂齿轮则为铁质齿轮或钢质齿轮，因为考虑到这两个齿轮是动力传动的关键部件，且磨损快，使用硬度和耐磨度都很优秀的铁质齿轮或钢质齿轮是比较好的选择。驱动齿轮与大臂齿轮轮径比为1:2，可以将驱动齿轮传递到大臂齿轮上的扭矩放大一倍，让动作电机能带动更大的物品。本实用新型具有结构简单、轻便实用、精确度高的优点。
图1是本实用新型实施例的结构示意图；图2是图1使用状态图；图3是图2的左视图，图4是图2的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。图1至图4所示为本实用新型的结构示意图。其中的附图标记为动作电机1、动作驱动轴11、驱动齿轮12、机械臂组合2、气缸装置3、气缸31、气缸电机32、伸缩轴33、大臂4、大臂齿轮41、传动装置42、第一传动轮42a、第二传动轮42b、传动带42c、小臂5、铰接轴51、滑销52。如图1至图4所示，本实用新型的一种机器人用动作机构，其特征是包括有依次连接的动作电机1、机械臂组合2以及气缸装置3，气缸装置3包括有气缸31及用于压缩气缸31的气缸电机32，动作电机I与机械臂组合2传动连接，气缸31连接有伸缩轴33，伸缩轴33在气缸31推动下能上下运动，气缸装置3与机械臂组合2铰接且保持铅垂状态。[0029]实施例中，机械臂组合2包括有大臂4和小臂5，大臂4和小臂5铰接配合。实施例中,动作电机I驱动端伸出有动作驱动轴11,动作驱动轴11前端设有动作驱动齿轮12,大臂4后端设有大臂齿轮41，驱动齿轮12与大臂齿轮41咬合配合。实施例中，驱动齿轮12与大臂齿轮41轮径比为1:2。实施例中，大臂4设有传动装置42 ;传动装置42包括有第一传动轮42a和第二传动轮42b，第一传动轮42a和第二传动轮42b上绕设有传动带42c，第一传动轮42a与大臂齿轮41传动连接，第二传动轮42b与大臂4和小臂5的铰接轴51连接。实施例中，小臂5前端与气缸31后端通过滑销52铰接。实施例中，驱动齿轮12与大臂齿轮41为铁质齿轮或钢质齿轮。实施例中，大臂4和小臂5为铝质机械杆。本实用新型的一种机器人用动作机构可以用在软指移物机器人上，软指移物机器人主要实现异型面物体的抓取、升降和移动，要控制机器人将物体抓取，需要通过动作机构完成，动作电机I将动力依次传到通过动作驱动轴U、动作驱动齿轮12、大臂齿轮41、传动装置42，在控制装置的控制下，传动装置42可以对大臂4的仰角进行调整，用以实现抓取机构收回或者伸出，在小臂上也设有微调电机，小臂电机可以对小臂的仰角进行微调，它和传动装置42共同作用使得本实用新型的动作机构运动更加精确，小臂5前端与气缸31后端通过滑销52铰接。这种滑销52可以使小臂5与气缸31连接处摩擦很小，相当于气缸31 “挂”在小臂5上，因此，气缸装置3可以保持铅垂状态。气缸装置3保持铅垂状态对于软指移物机器人是非常重要的，因为机器人的抓取装置是软性抓取装置，它需要压在被抓取物上，然后将物品吸起，如果气缸装置3倾斜，这抓取效果大减。为了降低整个机器人的重量，减小电机的负荷，大臂4和小臂5为铝质机械杆，机器人抓取的物品并非重物，铝质机械杆的支撑力足够使用，驱动齿轮12与大臂齿轮41则为铁质齿轮或钢质齿轮，因为考虑到这两个齿轮是动力传动的关键部件，且磨损快，使用硬度和耐磨度都很优秀的铁质齿轮或钢质齿轮是比较好的选择。驱动齿轮12与大臂齿轮41轮径比为1:2，可以将驱动齿轮12传递到大臂齿轮41上的扭矩放大一倍，让动作电机I能带动更大的物品。软指设计原理人的手指抓物体时，是利用手指关节的灵活性，依靠手指对物体表面挤压而产生的摩擦力抓住物体的。在手指挤压力不变的状态下，物体与手指接触面的粗糙度越大，所能抓取的物体的重量也越大；反之所能抓取物品的重量也越小。如在生活中，人们如果在手指上擦上肥皂，抓物品时因摩擦力下降，抓取力也相应下降。根据这个原理我们设计了这个软指，其基本工作原理将内部装有适量细微硬质颗粒的乳胶套置放于物体上方，利用乳胶套的可塑性，使物体的突出部位嵌入乳胶套中，利用真空发生装置，抽取内部空气，使乳胶套处于固化状态，乳胶套对物体突出部位表面产生挤压，因乳胶套内部装有细微硬质颗粒，在抽取真空后，在颗粒的挤压下，乳胶套表面产生形状不一的、不均匀的斑点，提高了物体与乳胶套之间的摩擦力，使物体被牢牢地挤压在固化乳胶套中。电机的选择与大臂运动分析I)大臂驱动电机的选择铝的密度是2. 7xl0~3千克/立方米，通过UG软件的计算，计算得出施加在力臂最前端的作用力为F=4. 95KG。电机最大负载时，电机扭矩T=5kg*55. 2cm=276kg/cm,电压12V,转速 36r/min。考虑到机器人还要对物体进行夹取，因此我们选用了扭矩200kg/cm的涡轮蜗杆电机，经过1:2的齿轮变速后，电机扭矩提高到400kg/cm。2 )小臂驱动电机的选择电机最大负载时所需的扭矩T=3kg*135mm=405kg/mm=40. 5kg/cm,选用的电机扭矩为30kg/cm,电压12v,转速14r/min。经过1:2齿轮放大后为60kg/cm已符合要求。气缸的选择气缸在整个控制中起到带动软指对被抓取物体施加压力的动作控制，气缸一端与小臂相连，另一端与软指相连。通过多次实物实验得出，气缸在工作中的速度控制、力度控制和稳定性对物体抓取能力具有重要影响。通过实验得出要让机械手将所要抓取的物体包裹到一定程度，才能将物体夹起，所需要的推力大约为25kg选择气缸缸径为25mm的单杆气缸。操控设计选择1.整车的控制包括车轮电机的启动、停止、正转、反转；机器人手臂控制包括电机的正转，反转。2.电机控制方式选择由于线控的方式易于控制且有很好的稳定性，具有受外界干扰少，成本低等优点。 3.遥控器的方式的选择首先，我们考虑的是开关的选择，我们考虑过三种开关点动开关，微动开关和拨动式开关。从按钮的舒适度来讲，点动式开关按起来比较舒服，也比较灵活，所以我们选择了点 动开关。电机控制设计摇杆电位器控制由三个电位器组成，中间电位器控制整体机器人的原地右转，左转，另外一个电位器控制向左，向右，最后个电位器控制向前，向后。大臂，小臂控制是用两个继电器由NPN达林顿连接晶体管低逻辑电平数字电路控制。工作原理将内部装有适量细微硬质颗粒的乳胶套置放于物体上方，利用乳胶套的可塑性，使物体的突出部位嵌入乳胶套中，利用真空发生装置，抽取内部空气，使乳胶套处于固化状态，乳胶套对物体突出部位表面产生挤压，因乳胶套内部装有细微硬质颗粒，在抽取真空后，在颗粒的挤压下，乳胶套表面产生形状不一的、不均匀的斑点，提高了物体与乳胶套之间的摩擦力，使物体被牢牢地挤压在固化乳胶套中。然后通过气缸电机32推动气缸31，使伸缩轴33缩短，将物体提起，通过控制大臂4和小臂5控制物品高度，通过行走机构让机器人彳丁走，将物品运走。性能指标抓取物体有乳胶套完成，乳胶套在抓取物品使，由于受到外力挤压，与被抓物品的挤压面发生变形，接触处的直径变大，为保证抓取质量，直径尺寸的变化一般在原始直径的1. 8倍以内。所以，针对不同尺寸的软指，其被抓物体接触面尺寸有所限制，根据实验表明，被抓物品表面尺寸保证在乳胶套原始尺寸的60%，抓取物体的效果良好。由于物体抓取是靠乳胶套和物体被抓取表面之间的摩擦力来实现的，根据实验表明，要实现物体顺利抓取，被抓取的物体质量在0. 5公斤以内。创新点及应用[0057]I)适应异型面的抓取，提升机器人的抓取能力。2)机械手臂采用悬挂状态，保证气缸始终保持铅垂，有利抓取物体时的稳定性。软指移物机器人可以应用与日常生活中，如玩具整理和收集、工具的抓取和移动以及作为其他家庭装备的辅助装置。本实用新型的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。
权利要求1.一种机器人用动作机构，其特征是包括有依次连接的动作电机(1)、机械臂组合(2)以及气缸装置(3)，所述的气缸装置(3)包括有气缸(31)及用于压缩气缸(31)的气缸电机(32)，所述的动作电机⑴与机械臂组合⑵传动连接，所述的气缸(31)连接有伸缩轴(33)。
2.根据权利要求1所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的机械臂组合(2)包括有大臂(4)和小臂(5)，所述的大臂(4)和小臂(5)铰接配合。
3.根据权利要求2所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的动作电机(I)驱动端伸出有动作驱动轴(11)，所述的动作驱动轴(11)前端设有动作驱动齿轮(12),所述的大臂(4)后端设有大臂齿轮(41)，所述的驱动齿轮(12)与大臂齿轮(41)咬合配合。
4.根据权利要求3所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的驱动齿轮(12)与大臂齿轮(41)轮径比为1:2。
5.根据权利要求4所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的大臂(4)设有传动装置(42);所述的传动装置(42)包括有第一传动轮(42a)和第二传动轮(42b)，所述的第一传动轮(42a)和第二传动轮(42b)上绕设有传动带(42c)，所述的第一传动轮(42a)与大臂齿轮(41)传动连接，所述的第二传动轮(42b)与大臂(4)和小臂(5)的铰接轴(51)连接。
6.根据权利要求5所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的小臂(5)前端与气缸(31)后端通过滑销(52)铰接。
7.根据权利要求6所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的驱动齿轮(12)与大臂齿轮(41)为铁质齿轮或钢质齿轮。
8.根据权利要求7所述的一种机器人用动作机构，其特征是所述的大臂(4)和小臂(5)为铝质机械杆。
专利摘要本实用新型的一种机器人用动作机构，其特征是包括有依次连接的动作电机、机械臂组合以及气缸装置，气缸装置包括有气缸及用于压缩气缸的气缸电机，动作电机与机械臂组合传动连接，气缸连接有伸缩轴，伸缩轴在气缸推动下能上下运动，气缸装置与机械臂组合铰接且保持铅垂状态。本实用新型具有结构简单、轻便实用、精确度高的优点。
文档编号B25J9/08GK202895230SQ20122064298
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月29日 优先权日2012年11月29日
发明者陈罡, 崔海, 毛金明, 沈博侃, 胡志祥, 张必彩 申请人:浙江纺织服装职业技术学院