一种主从式仿形机械手的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种主从式仿形机械手，包括机械手手臂，机械手手臂由主动手臂和从动手臂组成，主动手臂的节数与所述从动手臂的节数相等，主动手臂的相邻主动分臂间通过编码器连接，编码器本体固定设置在一主动分臂上，编码器的轴固定连接另一主动分臂；从动手臂的相邻从动分臂间通过电机连接，电机固定设置在一从动分臂上，电机的输出轴固定连接另一从动分臂，对应节数上的电动机与编码器通过控制器连接。该结构的主从式仿形机械手结构简单且操作便利。
【专利说明】一种主从式仿形机械手
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机械手，特别是涉及一种主从式仿形机械手。
【背景技术】
[0002]机械手可应用在自动化生产、科研、探索等领域。尤其在一些人类无法到达、极端危险或者人类本身无法完成的情况下，机械手发挥着重要的作用。但是作为人类手臂的代替者，在特定环境下(如医疗手术、空间、核辐射、深海等)进行复杂的操纵工作时，一般都需要由人亲自操纵或利用自动化设备(监视器、计算机、传感器)在人的指导下完成。利用人的智能和经验通过主机器人来操纵从机器人进行工作，在处理实时性单次复杂情况及突发状况时，主从式仿形机械手相对于自主自动化机械手有无可比拟的优势。
[0003]机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，一般情况下由人对其控制器进行编程控制机械手实现预定的功能。由此带来的一个问题是在特定环境下进行复杂的作业时，对其编程难度较大，系统灵活性较差，加大机械手的操纵难度。故需要一种由人手动操纵或在人的指导下利用自动化设备半自动完成的主从式仿形机械手遥控设备。结合人的智能和经验通过主机器人来遥控操纵从机器人进行工作。例如，目前国外机器人研究领域中最活跃、投资最多的之一的医疗机械手，由于外科手术对于手术施行者有很高的要求，故其发展前景非常看好。适用于基于遥控操作的外科研究，用于远程手术、手术培训、解剖教学等。但目前的主从式仿形机械手的结构比较复杂，操作也比较复杂。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是，针对现有技术主从式仿形机械手结构复杂，操作难度较大的不足，提供一种结构简单且操作便利的主从式仿形机械手。
[0005]本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的:一种主从式仿形机械手，包括机械手手臂，所述机械手手臂由主动手臂和从动手臂组成，所述主动手臂的节数与所述从动手臂的节数相等，所述主动手臂的相邻主动分臂间通过编码器连接，所述编码器本体固定设置在一主动分臂上，编码器的轴固定连接另一主动分臂；所述从动手臂的相邻从动分臂间通过电机连接，所述电机固定设置在一从动分臂上，所述电机的输出轴固定连接另一从动分臂，对应节数上的电动机与编码器通过控制器连接。
[0006]进一步地，所述的主动手臂由四节主动分臂组成，相对应地，所述从动手臂由四节从动分臂组成，
[0007]所述主动手臂的四节主动分臂分别为首主动分臂、尾主动分臂、中间主动分臂一和中间主动分臂二，所述首主动分臂的一端固定在支架上，另一端固定设置有首编码器，所述首编码器的输出轴固定连接中间主动分臂一的首端，中间主动分臂一的尾端固定设置编码器一，编码器一的输出轴固定连接中间主动分臂二的首端，由尾主动分臂的首端固定设置编码器二，编码器二的输出轴固定连接中间主动分臂二的尾端，尾主动分臂的尾端固定设置尾编码器；
[0008]所述从动手臂的四节从动分臂分别为首从动分臂、尾从动分臂、中间从动分臂一和中间从动分臂二，所述首从动分臂的首端连接另一支架，其尾端固定设置有首电机，首电机的输出轴固定连接中间从动分臂一的首端，中间从动分臂一的尾端固定连接电机一，中间从动分臂二的首端固定连接电机一的输出轴，中间从动分臂二的尾端固定连接电机二的输出轴，尾从动分臂的首端固定电机二的机体，尾电机固定设置在尾从动分臂的尾端，尾电机的输出轴固定连接机械手连接架。
[0009]进一步地，所述的首主动臂由电机固定架组成，所述首电机的输出轴竖直向下设置。
[0010]进一步地，所述中间主动臂二的首端延伸设置有配重块。
[0011]进一步地，所述的电机为步进电机。
[0012]进一步地，所述电机通过其输出轴连接减速器的输入轴，由所述减速器的输出轴连接所述的另一相邻的主从动分臂。
[0013]进一步地，所述编码器的轴连接电磁离合器轴一端，由电磁离合器轴的另一端连接连接所述的另一相邻的主动分臂。
[0014]进一步地，所述电机的输出轴与固定所述电机机体的从动分臂转动连接，所述编码器的轴与固定所述编码器本体的主动分臂转动连接。
[0015]采用本实用新型结构的主从式仿形机械手，由于组成主动手臂的各主动分臂的关节部位由编码器连接，编码器的轴固定连接一主动分臂，编码器本体固定在另一主动分臂上组成从动手臂的各从动分臂的关节部位由电机连接，电机机体固定在一从动分臂上，电机轴固定连接另一从动分臂，所以设置有编码器本体的主动分臂能以编器轴为轴转动，该转动信号通过编码器检测并传递到控制系统，控制系统控制从动手臂上相对应关节上的电机转动，从而带动固定连接电机机体的该从动分臂转动，因此，实现从动手臂与主动手臂同步仿形，结构简单，且由于编码器的信号采集主动分臂的转动位移获得的，所以，电机可以依据次信号转动同样的角度，因此控制精度高，操作简单且结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型主从式仿形机械手主动手臂实施例结构示意图；
[0017]图2为本实用新型主从式仿形机械手从动手臂实施例结构示意图。
[0018]附图标记说明
[0019]1-尾从动分臂，2-中间从动分臂二，3-中间从动分臂一，4-配重块，5-机械爪手安装架，6-尾电机,7-电机固定架，8-电机二, 9一减速器二，10-电机一，11-减速器一，12-输出轴固定架，13-首电机，14-首从动分臂，15-支架，20-尾电磁离合器，21-编码器固定板，22-尾编码器，23-电磁离合器二，24-轴固定支架，25-中间主动分臂一，27-首主动分臂，28-首编码器，29-首电磁离合器，30-编码器固定架，31-编码器一，32-中间主动分臂二，33-电磁离合器二, 34-编码器二, 35-尾主动分臂。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本实用新型作进一步地描述:
[0021]如图1和图2所示，本实用新型的主从式仿形机械手，包括主动手臂和从动手臂。
[0022]如图1所示，主动手臂由至少两节主动分臂通过编码器连接组成，编码器本体固定设置在一主动分臂上，编码器轴固定连接另一主动分臂，这样，编码器作为连接两相邻主动分臂的部件，将两节相邻的主动分臂的关节连接起来。采用上述结构的主动手臂，由于编码器本体固定设置在一主动分臂上，编码器轴固定连接另一主动分臂，所以，当编码器轴转动时，与编码器本体固定连接的主动分臂以编码器轴为轴转动，此时，与编码器轴固定连接的另一主动分臂固定不动，对与编码器本体固定连接的主动分臂起到支撑和固定作用。
[0023]如图2所示，从动手臂由至少两节从动分臂通过电机连接组成，电机机体固定设置在一从动分臂上，电机的输出轴固定连接另一从动分臂。这样电机作为连接两相邻从动分臂的装置，将两节相邻的从动分臂连接起来。采用上述结构，由于与电机机体固定连接的从动分臂与电机机体形成一个整体，所以，当电机的输出轴转动时，与电机机体固定连接的从动分臂以电机输出轴作为转动轴转动，与电机输出轴固定连接的另一从动分臂不动，对固定设置有电机机体的从动分臂进行支撑。
[0024]当然，主动手臂的节数可以是多节，从动手臂的节数应与主动手臂的节数相对应。电机宜采用步进电机。连接各主动分臂的编码器与从动分臂对应关节上的电机间通过控制器连接，这样，当主动分臂转动时，与该主动分臂连接在一起的编码器发出转动信号，控制器检测到编码器的转动信号，并将该转动信号发送给相对应的电机，驱动相对应的电机轴转动，从而使与电机机体固定连接的从动分臂与电机机体一起转动，所以从动手臂跟随主动手臂动作，且运动的轨迹一致。
[0025]下面以主动分臂和从动分臂均为四节为实施例，对本实用新型做进一步描述:
[0026]如图1所示，为了使主动手臂具有支撑，用编码器固定架兼做主动手臂的首主动分臂27，首编码器28通过编码器固定架30固定在支架15上，首编码器28的轴通过轴固定支架24与中间主动分臂一 25的首端固定连接，编码器一 31的本体通过编码器固定架30固定在中间主动分臂一 25的尾端，编码器一 31的轴穿过中间主动分臂一 25的尾端设置的通孔后通过轴固定支架24与中间主动分臂二 32的首端固定连接，编码器二 34的本体固定在尾主动分臂35的首端，编码器二 34的轴穿过尾主动分臂35首端设置的通孔通过轴固定支架24与中间主动分臂二 32的尾端固定连接，尾主动分臂35的尾端通过编码器固定板21固定连接尾编码器22。优选地，编码器一 31的轴与中间主动分臂一 25转动连接，编码器二34的轴与尾主动分臂35转动连接。
[0027]如图2所示，首电机13的机体通过兼做首从动分臂14的电机固定架固定在另一支架15上，首电机13的输出轴通过输出轴固定架12与中间从动分臂一 3的首端固定连接，电机一 10通过电机固定架固定在中间从动分臂一 3的尾端上，电机一 10的输出轴穿过中间从动分臂一尾端设置的通孔后固定连接中间从动分臂二 2的首端，电机二 8的机体固定在尾从动分臂I的首端，电机二 8的输出轴穿过尾从动分臂I的首端设置的通孔后固定连接中间从动分臂二 2的尾端，在尾从动分臂I的尾端通过电机固定架7固定有尾电机6，在尾电机6的输出轴上固定连接有机械爪手安装架5。优选地，电机一 10的输出轴与中间从动分臂一转动连接，电机二 8的输出轴与尾从动分臂I转动连接。
[0028]至少首编码器与首电机、尾编码器与尾电机、编码器一与电机一，编码器二与电机二分别通过控制器连接，这样，当主动手臂的某个主动分臂动作时，比如，尾主动分臂35转动时，控制器检测到编码器二的转动信号，并将该转动信号传递给从动手臂的对应节上的电机二，使电机二转动，从而带动尾从动分臂I沿同样的轨迹转动，完成从动仿形动作。
[0029]为了锁止组成主动手臂的主动分臂，从而分别锁止组成从动手臂的从动分臂，对需要锁止的主动分臂上设置的编码器同轴连接一电磁离合器，由电磁离合器的轴通过轴固定支架24与相对应的主动分臂固定连接。比如，在前述的四个主动分臂组成的主动手臂中，编码器一 31同轴固定连接电磁离合器一 23，编码器二 34同轴固定连接电磁离合器二33，首编码器28同轴固定连接首电磁离合器29，首电磁离合器29的轴通过轴固定支架24固定在中间主动分臂一的首端，尾编码器22同轴固定连接尾电磁离合器20。
[0030]也可在每个或部分电机的输出端连接减速器，由减速器的输出轴连接相应的从动分臂。比如，在前述的四个从动分臂组成的从动手臂中，首电机的输出轴固定连接首减速器的输入轴，由首减速器的输出轴通过输出轴固定架12固定连接中间从动分臂一的首端，电机一 10的输出轴固定连接减速器一 11的输入轴，由减速器一 11的输出轴固定连接中间从动分臂二 2的首端，电机二 8的输出轴同轴固定连接减速器二 9的输入轴，由减速器二 9的输出轴固定连接中间从动分臂二 2的尾端，尾电机的输出轴同轴固定连接尾减速器的输入轴，由尾减速器的输出轴连接机械爪手安装架5。
[0031]在上述实施例中，在从动手臂各个关节上分别采用直流步进电机对从动分臂进行控制，当步进电机驱动器接收到相对应的编码器发来的脉冲信号时，控制系统驱动步进电机按设定的方向移动一个固定的角度。可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
【权利要求】
1.一种主从式仿形机械手，包括机械手手臂，其特征在于，所述机械手手臂由主动手臂和从动手臂组成，所述主动手臂的节数与所述从动手臂的节数相等，所述主动手臂的相邻主动分臂间通过编码器连接，所述编码器本体固定设置在一主动分臂上，编码器的轴固定连接另一主动分臂；所述从动手臂的相邻从动分臂间通过电机连接，所述电机固定设置在一从动分臂上，所述电机的输出轴固定连接另一从动分臂，对应节数上的电动机与编码器通过控制器连接。
2.如权利要求1所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述的主动手臂由四节主动分臂组成，相对应地，所述从动手臂由四节从动分臂组成， 所述主动手臂的四节主动分臂分别为首主动分臂(27)、尾主动分臂(35)、中间主动分臂一(25)和中间主动分臂二(32)，所述首主动分臂(27)的一端固定在支架(15)上，另一端固定设置有首编码器(28)，所述首编码器的输出轴固定连接中间主动分臂一(25)的首端，中间主动分臂一(25)的尾端固定设置编码器一(31)，编码器一的输出轴固定连接中间主动分臂二(32)的首端，由尾主动分臂(35)的首端固定设置编码器二(34)，编码器二的输出轴固定连接中间主动分臂二(32)的尾端，尾主动分臂(35)的尾端固定设置尾编码器(22)； 所述从动手臂的四节从动分臂分别为首从动分臂(14)、尾从动分臂(I)、中间从动分臂一(3)和中间从动分臂二(2)，所述首从动分臂(14)的首端连接另一支架(15)，其尾端固定设置有首电机(13)，首电机的输出轴固定连接中间从动分臂一(3)的首端，中间从动分臂一(3)的尾端固定连接电机一(10)，中间从动分臂二(2)的首端固定连接电机一(10)的输出轴，中间从动分臂二⑵的尾端固定连接电机二⑶的输出轴，尾从动分臂⑴的首端固定电机二(8)的机体，尾电机(6)固定设置在尾从动分臂(I)的尾端，尾电机的输出轴固定连接机械手连接架(5)。
3.如权利要求2所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述的首主动分臂由电机固定架组成，所述首电机的输出轴竖直向下设置。
4.如权利要求2所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述中间主动臂二的首端延伸设置有配重块(4)。
5.如权利要求1所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述的电机为步进电机。
6.如权利要求1所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述电机通过其输出轴连接减速器的输入轴，由所述减速器的输出轴连接所述的另一相邻的主从动分臂。
7.如权利要求1所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述编码器的轴连接电磁离合器轴一端，由电磁离合器轴的另一端连接连接所述的另一相邻的主动分臂。
8.如权利要求1所述的主从式仿形机械手，其特征在于，所述电机的输出轴与固定所述电机机体的从动分臂转动连接，所述编码器的轴与固定所述编码器本体的主动分臂转动连接。
【文档编号】B25J3/00GK203936908SQ201420245479
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】范剑, 王正初, 傅斌, 许海龙, 陈林祥 申请人:台州学院