遥操作机械手及其手柄、遥操作设备的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种遥操作机械手及其手柄、遥操作设备。


背景技术：

2.遥操作机器人作为机器人的一个重要分支，一直受到许多研究机构和研究人员的关注和重视。遥操作机器人主要指在人的操纵下能在人难以接近的环境中完成复杂操作的一种远距离操作机器人，其一般应用于航空、医疗、救援、工业等众多领域。
3.遥操作机器人包括主机械手和从机械手，操纵者通过手动操控主机械手，可使从机械手跟随主机械手的动作运动以进行任务操作，同时从机械手的工作状态可实时反馈至主机械手上以让操纵者感知，方便操纵者做出正确决策。
4.其中，主机械手包括有底座、转台、大臂、小臂和末端等，通常是操纵者操控主机械手的末端以使其做出动作。然而，目前主机械手末端的手柄结构构造各不相同，如申请号为cn202022003943.3公开的一种主从操作机械臂控制主手，具体参照图1，其手柄2呈块状；以及如申请号为cn201710828927.8公开的一种低重心多功能主手装置，具体参照图2，其手柄400呈环状，均不方便操纵者手持使用。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的是提出一种遥操作机械手的手柄，旨在解决目前的遥操作机械手末端的手柄不方便操纵者手持使用的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提出一种遥操作机械手的手柄，该遥操作机械手的手柄包括手持部和连接部；
7.手持部与连接部相连并呈夹角设置；
8.连接部用于与遥操作机械手的末端关节连接；
9.手持部于夹角的内角侧设有第一控制键。
10.其中，手持部于夹角的外角侧设有若干第二控制键。
11.其中，夹角为钝角。
12.其中，手柄整体呈手枪式外形，第一控制键呈扳机状。
13.其中，手柄还包括第一控制电路板；
14.第一控制电路板设置于手持部内靠近第一控制键的位置；
15.第一控制键与第一控制电路板电连接。
16.其中，手柄还包括第二控制电路板；
17.第二控制电路板设置于手持部内靠近第二控制键的位置；
18.第二控制键与第二控制电路板电连接。
19.其中，手持部内设有第一安装板和第二安装板；
20.第一控制电路板安装在第一安装板上；
21.第二控制电路板安装在第二安装板上。
22.其中，手持部和连接部构成手柄的外壳，外壳由可拆卸连接的两个半壳构成。
23.其中，连接部远离手持部的一端构造有装配板，装配板能够通过连接件连接末端关节。
24.其中，装配板构造有轴连接部和壳装配腔，壳装配腔环绕轴连接部设置，轴连接部能够与末端关节的转轴连接，壳装配腔能够供末端关节的壳体插入和转动。
25.其中，壳装配腔中设有止挡块，用以限制末端关节的壳体于壳装配腔中的转动角度。
26.其中，第一安装板和第二安装板上均设有第一过线口，
27.连接部远离手持部的一端设有第二过线口。
28.本实用新型还提出一种遥操作机械手，该遥操作机械手包括末端关节和前述记载的遥操作机械手的手柄，末端关节包括转轴，连接部与转轴连接。
29.本实用新型还提出一种遥操作设备，该遥操作设备包括从机械手和前述记载的遥操作机械手，遥操作机械手与从机械手通信连接。
30.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果在于：
31.本实用新型的手柄具有与遥操作机械手的末端关节连接的连接部以及手持部，手持部与连接部呈夹角设置，有利于操纵者握持，以带动遥操作机械手进行动作；同时，手持部于夹角的内角侧设置有第一控制键，该第一控制键可用于控制机械手，当操纵者手握手持部时，其食指正好靠近第一控制键的位置，非常方便操纵者的手控操作。
附图说明
32.图1为现有技术中一遥操作机械手的结构示意图；
33.图2为现有技术中另一遥操作机械手的结构示意图；
34.图3为本实用新型一实施例中遥操作机械手的手柄的结构示意图；
35.图4为图3实施例中遥操作机械手的手柄另一视角下的结构示意图；
36.图5为图3实施例中遥操作机械手的手柄的爆炸图；
37.图6为图3实施例中遥操作机械手的手柄又一视角下的结构示意图；
38.图7为本实用新型一实施例中遥操作机械手的末端关节的结构示意图；
39.图8为本实用新型一实施例中遥操作机械手的结构示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
41.遥操作系统，也可以叫做遥操作设备、力反馈系统，或力反馈设备，它是一种至少由主机械手和从机械手组成的远程操控设备。其中，主机械手供用户手动操作，可以设置在任何不妨碍其运动的环境中，主机械手至少具有3个自由度以实现末端关节的移动。从机械手与主机械手分体，是具有独立作业能力的机械手设备，与主机械手配合后主要作为随主
机械手的操控指令而作业的角色，从机械手一般设置于工作现场。
42.主机械手与从机械手，在总体形态上，可以采用大致相同的结构。比如在一种情况下，主机械手具有底座、若干关节和手柄；每两个关节之间通过关节臂连接，其中，若干关节可以包括相对底座可水平转动的转台、第一关节(相对底座在某一平面上下摆动)、第二关节(相对第一关节在另一平面上摆动或转动)，或者包括六个关节、七个关节等形态；手柄作为供用户操控(可采用比如握持的接触方式)的一端，设置于若干关节中的末端关节，能够在用户的操控动作下运动。从机械手也同样具有底座、若干关节，以及设置于末端关节的末端执行器，其中底座、若干关节可采用与主机械手一致的构造，比如关节构型、相对运动方式、自由度都完全一致，只有末端执行器的构型与手柄不同。以上所说的主机械手与从机械手的形态大致相同，主要指机械臂这部分结构一致。
43.主机械手与从机械手，在总体形态上，也可以采用异构的形式。比如在一种情况下，从机械手采用常见的六轴协作机器人。而主机械手则具有底座、设置于底座上的串联的六个关节和手柄；每两个关节之间通过关节臂连接。其中，第一关节可水平转动(也可称为转台)、第二关节的关节臂可相对第一关节在竖直平面内摆动或转动，第三关节的关节臂可相对第二关节在竖直平面内摆动或转动，第四关节可绕第三关节的关节臂转动，第五关节的转轴与第四关节的转轴垂直，第六关节可绕第五关节的关节臂转动。在这种情况下，主机械手与从机械手在机械臂这部分的结构不同，以致于主机械手的末端关节上连接的手柄呈现方便握持动作的姿态，而从机械手的末端执行器则呈便于作业的姿态。
44.主机械手与从机械手之间如何实现交互？主机械手与从机械手之间可通过线缆连接通信，或者采用远程无线通信方式，用户操控主机械手末端的手柄动作，反应到主机械手的各关节数据，再通过比例映射法、位置-速度映射法、工作空间分块映射法等空间映射方法，将主机械手的手柄的位姿转换为从机械手的末端执行器的位姿，并通过从机械手的运动学逆方程确定从机械手各关节的运动，从而实现对从机械手的运动控制，使从机械手的末端执行器执行相应动作。从机械手在执行动作过程中，力感知或触觉等感觉传感器所感应的数据信息，同样反馈到主机械手，主机械手通过各关节电机驱动手柄动作使用户获得力感知。
45.本实用新型主要针对其中主机械手的结构进行改造优化，本文本中所提及的机械手均主要指代主机械手，但是不可排除的是，存在部分情况下，从机械手与主机械手采用相同构造，因此本实用新型也可能同样适用于采用同类构造的其他机械手，其中包括从机械手。
46.参照图3和图4，图3为本实用新型一实施例中遥操作机械手的手柄的结构示意图，图4为图3实施例中遥操作机械手的手柄另一视角下的结构示意图：
47.在本实施例中，本实用新型提出一种遥操作机械手的手柄，该遥操作机械手的手柄100包括手持部110和连接部120；
48.手持部110与连接部120相连并呈夹角设置；
49.连接部120用于与遥操作机械手的末端关节200连接；
50.手持部110于夹角的内角侧设有第一控制键1。
51.本实用新型所提出的手柄100为遥操作机械手的操作部件，其作为供用户操控的一端，设置于遥操作机械手若干关节中的末端关节200，能够在用户的操控动作下运动。本
实施例的手柄100由手持部110和连接部120组成，手持部110与连接部120相连并呈夹角设置。其中，手持部110和连接部120可为一体成型，或可拆卸连接等构造形式；并且连接部120和手持部110的结构外形可呈圆筒状、长方体状等，根据实际情况设置，对此不作限定。参照图4，手持部110与连接部120相连所形成的夹角为钝角，即：大于90度，小于180度，例如：91度、95度、100度、120度、140度、150度、160度、170度、175度或179度。在本手柄100中，连接部120用于与遥操作机械手的末端关节200连接，该手持部110用于供操纵者持握。
52.其中，第一控制键1的使用功能，可根据实际需求设定。比如关节复位，通过按下第一控制键1并手动操控遥操作机械手的关节运动回到初始位置处，而遥操作从机械手仍处于原位，不跟随遥操作机械手的动作运动。当然，第一控制键1的此使用功能仅为示例性的，并非限制性的。第一控制键1的设置数量包括但不仅限于一个，可为相邻设置的两个或多个，相应的，功能也可相应增加，并且第一控制键1可为按钮或其它结构形式。第一控制键1位于手持部110于夹角的内角侧，操纵者可单手持握手持部110并进行按键操作。
53.相较于现有的遥操作机械手末端的手柄100，本实施例的手柄100通过连接部120与遥操作机械手的末端关节200连接，操纵者可持握与连接部120呈夹角设置的手持部110以带动遥操作机械手进行动作；并且，可操作手持部110于夹角的内角侧所设的第一控制键1以控制遥操作机械手，方便操纵者手持使用。
54.在一些实施例中，手持部110于夹角的外角侧设有若干第二控制键2。其中，该第二控制键2的使用功能，可根据实际需求设定。比如关节锁定，多个第二控制键2对应用于控制遥操作机械手的多个关节，通过按下第二控制键2，与之对应的关节则被锁定而不能转动。此关节锁定功能，可避免所需运动的关节在做出动作时，其它无需运动关节也在运动而出现误动作，有助于提升控制动作的精准性，方便操纵者操控使用。当然，第二控制键2此使用功能仅为示例性的，并非限制性的。其中，第二控制键2的按键可采用按钮的结构形式。第二控制键2的数量根据实际情况设置，如图3所示，第二控制键2设置5个，包括但不限于此。
55.在一些实施例中，夹角为钝角。本实施例中，通过将手持部110与连接部120之间的夹角设置为钝角，以使手持部110具有较佳的手持角度，符合人体工程学设计，适于操纵者持握，有助于提升操控舒适性。其中，该钝角的角度优选120
°
。
56.在一些实施例中，手柄100整体呈手枪式外形，第一控制键1呈扳机状。本实施例中，手柄100整体呈手枪式外形，连接部120相当于手枪的枪管，手持部110相当于手枪的握把座，第一控制键1相当于扳机；除可给操纵者提供舒适的持握感、具有实用性以外，作为遥操作机械手的手柄100，外形造型新颖独特，具有较强的使用辨识度，有助于提升操纵者使用体验。
57.参照图5，图5为图3实施例中遥操作机械手的手柄的爆炸图：
58.在一些实施例中，手柄100还包括第一控制电路板130；
59.第一控制电路板130设置于手持部110内靠近第一控制键1的位置；
60.第一控制键1与第一控制电路板130电连接。
61.本实施例中，第一控制电路板130用于处理第一控制键1的按键信号，并将其发送至遥操作机械手的主控电路板。第一控制电路板130上的电路组成需根据第一控制键1的使用功能具体设计，在此不作限制。
62.在一些实施例中，手柄100还包括第二控制电路板140；
63.第二控制电路板140设置于手持部110内靠近第二控制键2的位置；
64.第二控制键2与第二控制电路板140电连接。
65.本实施例中，第二控制电路板140用于处理若干第二控制键2的按键信号，并将其发送至遥操作机械手的主控电路板。第二控制电路板140上的电路组成需根据若干第二控制键2的使用功能具体设计，在此不作限制。
66.在一些实施例中，手持部110内设有第一安装板10和第二安装板20；
67.第一控制电路板130安装在第一安装板10上；
68.第二控制电路板140安装在第二安装板20上。
69.本实施例中，第一安装板10的形状和大小与第一控制电路板130相适配，第一控制电路板130通过螺钉可拆卸的锁紧在第一安装板10上；如图4所示，第一控制电路板130呈矩形，第一安装板10对应构造成矩形，第一控制电路板130和第一安装板10上设有若干位置对应、用以供螺钉穿设的连接孔。第二安装板20的形状和大小与第二控制电路板相适配，第二控制电路板通过螺钉可拆卸的锁紧在第二安装板20上；如图4所示，第二控制电路板呈圆形，第二安装板20对应构造成呈圆形，第二控制电路板和第二安装板20上设有若干位置对应、用以供螺钉穿设的螺钉连接孔。
70.在一些实施例中，手持部110和连接部120构成手柄100的外壳，外壳由可拆卸连接的两个半壳101构成。本实施例中，两个半壳101可为对称或不对称的壳体结构，两个半壳101对接组装构成手柄100的外壳，并相应形成手持部110和连接部120。其中，外壳可选用塑胶或其它适用材质制成，对此不作限制；两个半壳101可通过若干螺钉连接，从而可拆装。作为优设，两半壳101的对接边缘可对应设置公止口和母止口，以形成止口配合，装配稳固且可消除结构间隙，密封性好。
71.作为优设，第一安装板10和第二安装板20均一体成型于两个半壳101中的一个；或，
72.第一安装板10与两个半壳101中的一个一体成型，第二安装板20与两个半壳101中的另一个一体成型。
73.第一安装板10和第二安装板20与半壳101一体成型，可使结构紧凑，并能够减少手柄100组装时部件装配工序，降低成本。
74.作为优设，若干第二控制键2上分别设置有按键标识。
75.具体地，5个第二控制键2上分别设置按键标识a、b、c、d、e，以便操纵者识别使用。当然，按键标识除字母以外，还可为其它样式，如文字或图形等。
76.参照图6和图7，图6为图3实施例中遥操作机械手的手柄又一视角下的结构示意图，图7为本实用新型一实施例中遥操作机械手的末端关节的结构示意图：
77.在一些实施例中，连接部120远离手持部110的一端构造有装配板121，装配板121能够通过连接件连接末端关节200。
78.本实施例中，装配板121位于连接部120远离手持部110的一端，末端关节200通过与装配板121对接相连，以实现与连接部120的连接。该装配板121的结构形式可为多种，可为一块平面板体，或可在平面板体上设置其他结构。具体地，连接件可为螺钉，并可设置多个，包括但不仅限于此。
79.在一些实施例中，装配板121构造有轴连接部121a和壳装配腔121b，壳装配腔121b
环绕轴连接部121a设置，轴连接部121a能够与末端关节200的转轴210连接，壳装配腔121b能够供末端关节200的壳体220插入和转动。
80.本实施例中，装配板121上设有一小一大的两环形凸起部，小环形凸起部位于大环形凸起部内，两环形凸起部在装配板121上构造出轴连接部121a和壳装配腔121b，轴连接部121a为装配板的中间圆形部分，壳装配腔121b为两环形凸起部之间的环形腔并环绕轴连接部121a设置，末端关节200的转轴210与装配板121的轴连接部121a连接，末端关节200的壳体220则对应插入至装配板121的壳装配腔121b中，并可在壳装配腔121b中转动。
81.在一些实施例中，壳装配腔121b中设有止挡块121c，用以限制末端关节200的壳体220于壳装配腔121b中的转动角度。本实施例中，壳装配腔121b中的止挡块121c位于末端关节200的壳体220所对应构造限位部221的相对转动路径上，在手柄100相对末端关节200转动并转动到一定角度时，止挡块121c与限位部221抵接阻挡，进而限制手柄100继续转动。其中，止挡块121c可为间隔设置的两个，转动角度范围通过两个止挡块121c之间的位置距离限定。
82.在一些实施例中，第一安装板10和第二安装板20上均设有第一过线口30，
83.连接部120远离手持部110的一端设有第二过线口40。
84.本实施例中，第一控制电路板130和第二控制电路板140的线缆分别对应穿过第一安装板10和第二安装板20上的第一过线口30，并从连接部120的第二过线口40穿出，从而走线至遥操作机械手的末端关节200。其中，第一过线口30和第二过线口40的口径大小根据实际情况设置。通过第一过线口30和第二过线口40，可使第一控制电路板130和第二控制电路板140的线缆走线整齐。结合上述实施例，第二过线口40可设于装配板121上。
85.参照图7和图8，图8为本实用新型一实施例中遥操作机械手的结构示意图：
86.本实用新型还提出的一种遥操作机械手，该遥操作机械手包括末端关节200和前述实施例记载的遥操作机械手的手柄100，末端关节200包括转轴210，连接部120与转轴210连接，该遥操作机械手的手柄100的具体结构参照上述实施例，由于本遥操作机械手采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。其中，用户操控手柄100于末端关节200的转轴210的转动平面转动，可带动末端关节200的转轴210随其转动。
87.本实用新型还提出的一种遥操作设备，该遥操作设备包括从机械手和前述实施例记载的遥操作机械手，遥操作机械手与从机械手或机械臂之间通信连接。该遥操作机械手的具体结构参照上述实施例，由于本遥操作设备采用了上述所有实施例的所有技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的全部技术效果，在此不再一一赘述。
88.以上所述的仅为本实用新型的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本实用新型保护的范围，凡是在与本实用新型一个整体的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型保护的范围内。