用于肖像机器人的机械臂运动系统的制作方法

本实用新型涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种用于肖像机器人的机械臂运动系统。

背景技术：

对于广大机器人爱好者来说，使用机器人夹持绘图笔在纸张上进行人脸的肖像漫画的绘制是一件非常有趣的工作。肖像漫画绘制机器人以标准的6DOF工业机器人为主体，计算机将摄像头拍摄到的观众的肖像进行处理后，通过矢量化算法和漫画处理算法将图像轨迹转化为机器人的运动指令，控制机器人把肖像特征用“笔”在图板上生动地描绘出来，并签名留念。发明这一机器人的目的是向公众特别是青少年展示人工智能、机器视觉和运动控制技术，在生动活泼的气氛中达到寓教于乐的效果。

肖像机器人的机械臂的运动控制是肖像机器人的一个核心技术，传统的肖像机器人，其机械手通常分为三个部分，分别为升降轴、旋转轴和伸缩轴，控制过程使用的是极坐标系，旋转轴用来控制升降轴和伸缩轴的旋转角度，主要用来控制绘图笔的极角，升降轴用来控制伸缩轴的高度，用来控制绘图笔落笔和抬笔，伸缩轴用来控制绘图笔所在位置的极径，通过控制这三个部分实现对绘图笔的定位，从而实现绘图功能。

现有的肖像机器人的机械臂的伸缩轴与绘图笔之间通常是通过可拆卸连接件进行固定连接的，绘图笔与伸缩轴之间不存在缓冲空间，如果纸面存在异物或凸起，绘图笔绘制到凸起位置时，会被卡住，造成绘图笔或纸张损坏，且现有的绘图笔在不使用时仍然裸露在外，容易在移动机器的过程中损坏或画到其他物品上。

技术实现要素：

本实用新型意在提供一种用于肖像机器人的机械臂运动系统，能够在不工作时将绘图笔收起来，防止绘图笔损坏。

为了解决上述技术问题，本专利提供如下基础技术方案：

用于肖像机器人的机械臂运动系统，包括基座，基座上设有控制器、旋转臂、升降臂、伸缩臂以及笔架，旋转臂竖直的设置在基座上，用于带动升降臂以及伸缩臂旋转，升降臂用于带动伸缩臂升降，伸缩臂用来带动笔架水平滑动，控制器用于控制旋转臂的旋转角度、升降臂的升降高度以及伸缩臂的伸缩长度；

所述笔架包括外筒，外筒内部设有隔板和连接杆，隔板与外筒内壁滑动连接，隔板可以带动连接杆一起沿外筒内壁上下滑动，内筒顶部设有电磁铁，隔板上设有与电磁铁位置对应的永久磁铁，永久磁铁与电磁铁相邻的一端极性相反，连接杆与隔板之间设有压力传感器，外筒底部设有供连接杆穿过的通孔，隔板与外筒底面之间设有弹簧，连接杆用于安装绘图笔，所述电磁铁以及压力传感器均与控制器信号连接，控制器还用于根据压力传感器的数据控制电磁铁的电流大小。

本实用新型中，旋转臂可以带动升降臂以及伸缩臂转动，升降臂可以带动伸缩臂上下升降，伸缩臂用来带动绘图笔移动；机械臂未工作时，在弹簧的作用下隔板以及连接杆被向上推动，从而使连接杆和绘图笔均在外筒的内部，防止损坏绘图笔，防止绘图笔画到其他物体上；机械臂工作时，控制器控制电磁铁开启，产生与永久磁铁相反的磁性，推动隔板向下滑动，弹簧压缩，控制器可以通过压力传感器检测绘图笔对纸面的压力，通过对电磁铁的电流大小进行调控，控制绘图笔对纸面的压力，防止绘图笔损坏纸面，隔板与外筒顶部之间留有空隙，当纸面存在异物或凸起时，能够起到一个缓冲的作用，防止损坏绘图笔。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案通过设置笔架，能够获取并调节绘图笔对纸面的压力，防止损坏纸面，绘图笔可沿着外筒上下滑动，能够起到缓冲作用，防止在工作时，由于纸面不平而损坏绘图笔，机械臂停止工作后，连接杆在弹簧作用下复位，使连接杆带动绘图笔收缩到外筒中，进一步保护绘图笔。

进一步，旋转臂包括第一电机以及与第一电机动力连接的旋转座，基座上设有用于安装旋转座的支柱，第一电机设置在支柱中心，旋转座套装在支柱上，旋转座与支柱之间设有轴承。

旋转座套装在支柱上可以保护内部的第一电机，旋转座与支柱之间的轴承可以对旋转座起支撑作用，同时减少两者之间的摩擦力。

进一步，所述升降臂包括气缸、升降滑块和升降导轨，升降滑块与升降导轨滑动连接，所述升降滑块能够在气缸带动下沿着升降导轨上下滑动。

升降臂上托举了伸缩臂以及绘图工具，整体较重，采用气缸可以更快的完成升降，对于绘制肖像来说控制旋转的角度以及伸缩的长度更为重要，且使用了可以伸缩的笔架，因而对于升降高度的控制不需要太过精确，使用气缸即可满足需求，可以降低成本。

进一步，所述伸缩臂包括第二电机、伸缩导轨和滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的螺母上设有伸缩滑块，伸缩滑块与伸缩导轨滑动连接，第二电机与滚珠丝杆副的丝杆动力连接。

伸缩的长度直接影响绘制的精度，因而采用滚珠丝杆副来进行传动，更加精准。

进一步，所述第一电机和第二电机均采用步进电机。

步进电机通过脉冲数量进行控制，脉冲数量对应旋转的角度，可以使整个系统控制起来更加容易精准。

附图说明

图1为本实用新型用于肖像机器人的机械臂运动系统实施例的结构示意图；

图2为图1中笔架部分的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

附图标记说明：基座1、旋转座2、轴承3、支柱4、气缸5、升降导轨6、升降滑块7、伸缩滑块8、伸缩导轨10、笔架11、外筒12、隔板13、连接杆14、压力传感器15、永久磁铁16、电磁铁17、弹簧18。

如图1所示，本实施例的用于肖像机器人的机械臂运动系统包括基座1，基座1上设有支柱4，支柱4的中心设有控制器，支柱4上安装有旋转臂，旋转臂包括第一电机以及与第一电机动力连接的旋转座2，第一电机也设置在支柱4中心，旋转座2套装在支柱4上，旋转座2与支柱4之间设有轴承3，旋转座2上安装有升降臂，升降臂包括气缸5、升降滑块7和升降导轨6，气缸5与旋转座2通过螺钉固定连接，升降导轨6焊接在旋转座2上，本实施中升降导轨6有四根，这只在气缸5的四个角，升降滑块7的四个角上开有通孔，升降滑块7通过通孔与升降导轨6滑动连接，升降滑块7中心与气缸5输出轴固定连接，升降滑块7能够在气缸5带动下沿着升降导轨6上下滑动。

升降滑块7上设有水平的伸缩臂，伸缩臂包括第二电机、伸缩导轨10和滚珠丝杆副，滚珠丝杆副的螺母上焊接有伸缩滑块8，伸缩导轨10有四根，围绕着滚珠丝杆副均匀分布，伸缩滑块8上开有用来与伸缩导轨10连接的通孔，伸缩滑块8可以沿着伸缩导轨10滑动，第二电机与滚珠丝杆副的丝杆动力连接，第二电机能够带动丝杆转动，从而使伸缩滑块8滑动。

控制器与第一电机、气缸5以及第二电机均信号连接，用于分布控制旋转臂、升降臂以及伸缩臂的旋转角度、升降高度以及伸缩长度。

伸缩滑块8上通过螺纹固定安装有笔架11，笔架结构如图2所示，笔架11包括外筒12，外筒12内部设有隔板13和连接杆14，隔板13侧壁设有凸起，外筒12内侧壁上设有与凸起对应的竖直的滑槽，隔板13通过凸起以及滑槽与外筒12内壁滑动连接，隔板13可以带动连接杆14一起沿外筒12内壁上下滑动，内筒顶部安装有电磁铁17，隔板13上固定安装有与电磁铁17位置对应的永久磁铁16，永久磁铁16与电磁铁17相邻的一端极性与电磁铁17开启时产生的极性相反，电磁铁17开启后能够向下排斥永久磁铁16。

连接杆14与隔板13之间设有压力传感器15，本实施例中，隔板13粘接在压力传感器15的顶端，连接杆14粘接在压力传感器15的底端，外筒12底部开有供连接杆14穿过的通孔，永久磁铁16被电磁铁17排斥时能够带动隔板13以及连接杆14向下移动，使连接杆14从外筒12底部通孔露出，隔板13与外筒12底面之间设有弹簧18，本实施例中，弹簧18套装在连接杆14上，连接杆14用于安装绘图笔，本实施例中，连接杆14以及外筒12的长度可以使绘图笔在不工作时完全收入到外筒12中，电磁铁17以及压力传感器15均与控制器信号连接，控制器还用于根据压力传感器15的数据控制电磁铁17的电流大小。控制器优选为单片机，控制器读取压力传感器15的数据，控制电磁铁17、第一电机、气缸5以及第二电机的方式均可以采用现有的程序或方法。为了使控制更加容易以及精准，本实施例中第一电机和第二电机均采用步进电机。

通过设置笔架11，能够获取并调节绘图笔对纸面的压力，防止损坏纸面，还可以根据需要实时调整绘图笔对纸面的压力，通过电磁铁17与弹簧18，可以使绘图笔快速升降，绘图笔可沿着外筒12上下滑动，能够起到缓冲作用，防止在工作时，由于纸面不平而损坏绘图笔，机械臂停止工作后，连接杆14在弹簧18作用下复位，使连接杆14带动绘图笔收缩到外筒12中，进一步保护绘图笔。

以上的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。