本发明涉及一种外置式机械手装置，尤其是一种应用于控制家庭墙壁手动开关动作的外置式机械手装置。
背景技术：
伴随着我国经济的迅速发展，民众对于高品质生活的追求，使智能家居理念应运而生。人们希望通过使用一些终端设备（如手机）就能实现对家庭设备的无线控制，其中实现对照明开关的控制是一类广泛的需求。然而，目前绝大部分家庭普遍采用的是传统的安装在墙壁上的机械式手动开关，如何实现对该类开关的无线控制是需要解决的难题。
目前已有方法是采用智能开关代替传统机械式手动开关，主要存在以下几个方面问题：
一、现有市场上的智能开关安装需要砸墙穿洞、重新布线，不仅加大了安装成本，也容易破坏家庭整体装修风格。
二、智能开关由于固定安装在墙体内，不具备便携性。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种用于控制家庭墙壁手动开关动作的外置式机械手装置，该装置是非侵入式的，即无需破坏墙壁重新布线，也不用摒弃传统开关，而是将可随身携带的机械手装置简单覆盖在传统墙壁开关上，它通过无线通信接收遥控指令，执行机械手动作，完成手动开关的分与合。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种用于控制家庭墙壁手动开关动作的外置式机械手装置，包括步进电机、丝杆、螺母滑块、线性导轨、支架、杠杆、弹力绳、单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块、电源模块；
步进电机驱动连接丝杆；丝杆与螺母滑块采用同轴心螺旋配合；螺母滑块由线性导轨支撑，螺母滑块在线性导轨上滑动；杠杆通过支架设置在线性导轨上；
螺母滑块一端通过第一弹力绳连接杠杆对应端,螺母滑块另一端通过第二弹力绳连接杠杆对应端；
单片机模块的电机驱动信号输出端与电机驱动模块的电机驱动信号输入端连接，电机驱动模块的电机驱动电压输出端与步进电机的驱动电压输入端连接；
无线通信模块的数据通信接口与单片机模块的数据通信接口相连；
电源模块用于给单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块提供工作电源。
优选的，设有第一限位开关、第二限位开关，分别安装在线性导轨两侧，用于精确控制螺母滑块前向与后向直线运动是否到达设定位置，从而确保杠杆的一端能够按压到墙壁开关对应端；第一、二限位开关的触发信号输出端与单片机模块的螺母滑块位置检测信号输入端相连。
优选的，所述单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块、电源模块设置在控制箱内，控制箱设置在线性导轨上。
优选的，所述支架安装在线性导轨背面，支架上安装杠杆。
优选的，所述单片机模块选用型号为stc89c52rc的单片机，电机驱动模块选用型号为l293的恒压恒流桥式1a驱动芯片。
优选的，所述无线通信模块选用hc-05蓝牙模块，hc-05蓝牙模块串行通信接口的txd口，rxd口分别与stc89c52rc单片机串行通信接口uart0的rxd口，txd口相连。
优选的，所述丝杆直接作为步进电机的轴。
优选的，设有第一滑轮、第二滑轮，均设置在线性导轨上，第一弹力绳以第一滑轮为支点进行牵拉，第二弹力绳以第二滑轮为支点进行牵拉。
丝杆直接作为步进电机的轴，丝杆与螺母滑块采用同轴心螺旋配合，螺母滑块由线性导轨支撑，丝杆在顺时针或逆时针旋转时，螺母滑块为限制其自身旋转而进行前向或后向直线运动，在线性导轨上滑动。
支架的一端安装在线性导轨板材背面，另一端与杠杆中心处相连接。杠杆在力的作用下可以围绕其与支架的连接点转动。
杠杆的一端通过弹力绳和滑轮与螺母滑块的同侧端相连接，另一端按同样方式连接，螺母滑块前向与后向滑动时分别牵拉杠杆的一端向上运动，同时杠杆的另一端则向下运动。向下运动的杠杆一端接触到传统墙壁开关的一端并在运动过程完成该端的按压，从而实现传统墙壁开关的分或合。
限位开关分别安装在线性导轨两侧，用于精确控制螺母滑块前向与后向直线运动是否到达设定位置，从而确保杠杆的一端能够按压到墙壁开关对应端。
单片机模块的电机驱动信号输出端与电机驱动模块的电机驱动信号输入端连接，电机驱动模块的电机驱动电压输出端与步进电机的驱动电压输入端连接。单片机模块按设定的时序输出电机驱动信号，实现步进电机轴的正向或反向转动。限位开关的触发信号输出端与单片机模块的螺母滑块位置检测信号输入端相连，当螺母滑块到达设定位置时，单片机模块停止输出电机驱动信号。
无线通信模块的数据通信接口与单片机模块的数据通信接口相连，无线通信模块接收来自远程智能终端(如手机等)的开关动作遥控指令，单片机模块读取和解析该指令数据后，执行相应的电机驱动动作。
与现有技术相比，本发明的优点及显著效果为：(1)本发明中使用外置式机械手来控制传统开关通断，解决了现有技术为了在墙壁上安装一个智能开关需要破坏墙壁、重新布线、损坏家庭装修的难题。(2)本发明中的机械手装置是便携式的，用户可以进行拆卸携带，在外出住宿房间中也可以将该装置覆盖安装在传统墙壁开关上，利用手机进行开关控制。
附图说明
图1为本发明用于控制家庭墙壁手动开关动作的外置式机械手装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于控制家庭墙壁手动开关动作的外置式机械手装置，包括步进电机1、丝杆2、螺母滑块3、线性导轨4、支架5、杠杆6、第一滑轮71与第二滑轮、第一弹力绳81与第二弹力绳82、第一限位开关91与第二限位开关92、包含单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块与电源模块的控制箱10。
选用电机直径15mm、长度10mm的二相四线微型步进电机1，驱动电压为5v,驱动电流为500ma。丝杆2直接作为步进电机1的轴，丝杆2的直径为3mm，长度为74mm。丝杆2与螺母滑块3采用同轴心螺旋配合，螺母滑块3由线性导轨4支撑。丝杆2在顺时针或逆时针旋转时，螺母滑块3为限制其自身旋转而进行前向或后向直线运动，在线性导轨4上滑动，螺母滑块3的行程为55mm。
选用硬质板材作为支架5，一端固定安装在线性导轨4的硬质台面的背面，另一端与杠杆6中心处相连接，杠杆6在力的作用下可以围绕其与支架5的连接点转动。
选用硬质板材作为杠杆6，杠杆一端61通过第一弹力绳81与螺母滑块3的同侧端相连接，以设置在线性导轨4上的第一滑轮71为支点进行牵拉，杠杆另一端62通过第二弹力绳82与螺母滑块3的同侧端相连接，以设置在线性导轨4上的第二滑轮为支点进行牵拉。当螺母滑块3前向滑动时主动牵拉杠杆6的一端62向上运动，同时杠杆6的另一端61则被动向下运动，从而接触到传统墙壁开关的一端并在运动过程完成该传统墙壁开关端的按压，从而实现传统墙壁开关的分或合。同理，当螺母滑块3后向滑动时主动牵拉杠杆6的一端61向上运动，同时杠杆6的另一端62则被动向下运动，从而接触到传统墙壁开关的另一端并在运动过程完成该传统墙壁开关端的按压，从而实现传统墙壁开关的合或分。
选用普通自复位接触式按压开关作为第一限位开关91与第二限位开关92，分别安装在线性导轨4的两侧，用于精确控制螺母滑块3前向与后向直线运动是否到达设定位置。当螺母滑块3前向直线运动，接触并实现第一限位开关91按压，触发螺母滑块3到达第一限位开关91处位置信号，确保杠杆6的一端61能够按压到墙壁开关一端。同理，当螺母滑块3后向直线运动，接触并实现第二限位开关92按压，触发螺母滑块3到达第二限位开关92处位置信号，确保杠杆6的另一端62能够按压到墙壁开关另一端。
控制箱10内里安装有单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块、电池模块。选用型号为stc89c52rc的单片机构成单片机模块，选用型号为l293的恒压恒流桥式1a驱动芯片构成电机驱动模块。stc89c52rc单片机的p1.2，p1.3，p1.4，p1.5作为电机驱动信号输出端，分别与l293电机驱动芯片的电机驱动信号输入端in1，in2，in3，in4连接。l293电机驱动芯片的使能端ena和enb均接+5v，电机驱动电压输出端out1，out2，out3，out4分别与步进电机的驱动电压输入端a+，a-，b+，b-连接。stc89c52rc单片机按8拍工作方式控制p1.2-p1.4口输出相应的高低电平，实现步进电机轴的正向或反向转动。两只限位开关的触发信号输出端分别与stc89c52rc单片机的螺母滑块位置检测信号输入端p3.2口和p3.3口相连，p3.2口和p3.3口均采用下降沿触发的外部中断工作方式，当螺母滑块到达限位开关位置实现限位开关按压，触发stc89c52rc单片机p3.2口或p3.3口中断信号，stc89c52rc单片机进入中断处理过程，停止输出电机驱动信号。
选用hc-05蓝牙模块作为无线通信模块，工作在主机模式，hc-05蓝牙模块串行通信接口的txd口，rxd口分别与stc89c52rc单片机串行通信接口uart0的rxd口，txd口相连。利用远程智能终端(如手机等)连接hc-05蓝牙模块，hc-05蓝牙模块接收开关动作遥控指令，stc89c52rc单片机读取和解析该指令数据后，执行相应的电机驱动动作。
电源模块由12v可充电锂电池、12v转5vdc-dc模块、5v转3.3vdc-dc模块构成，用于给stc89c52rc单片机、l293电机驱动芯片、hc-05蓝牙模块提供工作电源。
上述单片机模块、电机驱动模块、无线通信模块、电源模块均为成熟技术，未说明部分不再赘述。
本发明不限于上述实施例，一切采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本发明要求保护的范围。