CN105127974A - 一种具有力学测试功能的智能移动作业臂 - Google Patents
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Abstract
一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,它涉及一种智能移动作业臂。本发明为了解决现有的机械臂存在无法基于视觉的力反馈遥操作,不利于保证作业机构和人类的安全;无法测定装置和作业端接触力,不能够判定装置的可行性;平台无法实现移动平台和作业机械臂的协同工作的问题。本发明包括移动平台(1)、机械臂升降装置(2)和机械臂(3),机械臂升降装置(2)安装在移动平台(1)上,机械臂(3)安装在机械臂升降装置(2)上。本发明适用于机器人远程操作、机器人力学测试和机器人信息反馈控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能移动作业臂,具体涉及一种具有力学测试功能的智能移动作业臂。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置。工业机器人在当今社会已有着广泛的应用,在焊接、刷漆、组装、采集和放置、产品检测和测试等方面均起着重要作用。但在某些环境下,如核电救灾、火灾等环境下的应用并不多,这一领域仍有很大研究价值。
工业移动机器人的研制与应用已十分广泛,在工厂自动化、建筑、采矿、军事、服务、农业等方面有广泛的应用前景。移动机器人主要分为履带式、轮足式和腿足式,在不同的环境中,各种类型均有广泛应用。但目前的工业移动机器人只能进行信息探测,很少具有作业功能,无法满足当今工业化机器人灵巧作业的需求。
机械臂根据结构形式的不同分为多关节笛卡尔坐标机械手臂,直角坐标系机械手臂,球坐标系机械手臂,极坐标机械手臂,柱坐标机械手臂等。随着科技的发展,机械臂的灵活程度大大提高,其应用也越来越广泛。但固定基座的机械臂手臂长度有限,无法在较大范围内工作。综上所述,现有的机械臂存在无法基于视觉的力反馈遥操作,不利于保证作业机构和人类的安全;无法测定装置和作业端接触力,不能够判定装置的可行性;平台无法实现移动平台和作业机械臂的协同工作的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的机械臂存在无法基于视觉的力反馈遥操作,不利于保证作业机构和人类的安全;无法测定装置和作业端接触力,不能够判定装置的可行性;平台无法实现移动平台和作业机械臂的协同工作的问题。进而提供一种具有力学测试功能的智能移动作业臂。
本发明的技术方案是:一种具有力学测试功能的智能移动作业臂包括移动平台、机械臂升降装置和机械臂,机械臂升降装置安装在移动平台上,机械臂安装在机械臂升降装置上,
移动平台包括激光跟踪仪、负载支架、摄像头、控制箱、平台支架和移动轮,负载支架焊接在平台支架上,激光跟踪仪安装在负载支架的上端,摄像头安装在负载支架的下端,控制箱安装在平台支架的一侧,移动轮安装在平台支架的底端,
机械臂升降装置包括转接板、手轮、两个内支臂、两个外支臂、螺杆和底座,转接板和底座上下平行设置,两个内支臂和两个外支臂相互可转动交叉连接在转接板的下端面和底座的上端面上,手轮安装在转接板的外侧面上,并通过螺杆带动内支臂和外支臂水平移动,
机械臂包括传感器连接板、第一六维传感器、基旋臂、连接臂、第二六维传感器和开门末端执行器,第一六维传感器安装在传感器连接板的上,基旋臂的一端与第一六维传感器连接,基旋臂的另一端与连接臂的一端连接,连接臂的另一端与第二六维传感器连接,开门末端执行器与第二六维传感器连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
1.本发明在保护人和装置本身的基础上,可以实现在核电救灾、火灾等人类不宜进入的环境下高效率开门或拧阀门的功能。本发明可以进行远程操作,极大地保护人的安全;可以进行力学测试,便于了解装置实际地可操作性。同时,本发明为了实现对于未知作业对象的智能灵巧作业,设计并实现了力反馈控制,这是一种智能机械臂的体现,力反馈控制开启时,当机械臂碰到物体或人时,由于受力过大,机械臂会自动停止运动,起到保护作业装置和作业对象的作用,同时对于作业对象的力评估和几何参数评估具有重要的作用。
2.本发明的平台在轮式移动平台上安装激光跟踪仪和摄像头,以方便操作者了解平台的运动环境,从而适当调整机械臂的形态进行作业,进而实现远程操作功能;平台将移动平台和机械臂的驱动装置放置在一起,进行集中保护,以提高保护程度、减小装置所占空间。
3.在机械臂根部和末端安装六维力传感器并将数据传回以便操作者判断装置继续执行任务的可行性;为保护机械臂自身和作业对象的安全,本装置含有力反馈控制;在执行任务时,通过控制程序的设计,平台使移动平台和机械臂可以协同工作,实现工作效率的最大化。
4.本发明的末端执行器可进行更换,可以实现开门、旋拧阀门的功能。针对不同形式、不同高度的门或阀门,通过人直接或间接的调整装置的高度,都可以实现所需功能。本发明解决了同一装置进行不同作业的需求,降低了制作成本。
附图说明
图1是智能移动作业机械臂整体结构示意图,图2是移动平台结构示意图,图3是机械臂升降装置结构示意图,图4是机械臂结构示意图,图5是开门时机械臂姿势示意图,图6是拧阀门时机械臂姿势示意图,图7是机械臂升降装置的右视图,图8是图7沿A-A处的剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合1至图8说明本实施方式,本实施方式的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂包括移动平台1、机械臂升降装置2和机械臂3,机械臂升降装置2通过螺钉安装在移动平台1上,机械臂3安装在机械臂升降装置2上,
移动平台1包括激光跟踪仪1-1、负载支架1-2、摄像头1-3、控制箱1-7、平台支架1-8和移动轮,负载支架1-2焊接在平台支架1-8上,激光跟踪仪1-1安装在负载支架1-2的上端,摄像头1-3安装在负载支架1-2的下端,控制箱1-7安装在平台支架1-8的一侧,移动轮安装在平台支架1-8的底端,
机械臂升降装置2包括转接板2-1、手轮2-2、两个内支臂2-3、两个外支臂2-4、螺杆2-6和底座2-5,转接板2-1和底座2-5上下平行设置,两个内支臂2-3和两个外支臂2-4相互可转动交叉连接在转接板2-1的下端面和底座2-5的上端面上,手轮2-2安装在转接板2-1的外侧面上,并通过螺杆2-6带动内支臂2-3和外支臂2-4水平移动,
机械臂3包括传感器连接板3-1、第一六维传感器3-2、基旋臂3-3、连接臂、第二六维传感器3-9和开门末端执行器3-10,第一六维传感器3-2安装在传感器连接板3-1的上,基旋臂3-3的一端与第一六维传感器3-2连接,基旋臂3-3的另一端与连接臂的一端连接,连接臂的另一端与第二六维传感器3-9连接,开门末端执行器3-10与第二六维传感器3-9连接。
本发明主要由移动平台和机械臂组成,在移动平台上安装有摄像头,以方便操作者对了解平台的运动环境,从而调整机械臂的形态,实现远程操作功能;将移动平台和机械臂的驱动装置放置在一起,进行集中保护,以提高保护程度、减小装置所占空间;在机械臂根部和末端安装六维力传感器并将数据传回以便操作者判断装置继续执行任务的可行性;为保护机械臂自身和作业对象的安全,本装置含有力反馈控制;在执行任务时,通过控制程序的设计,使移动平台和机械臂可以协同工作,实现工作效率的最大化。本发明在保护人和装置本身的基础上,可以实现在核电救灾、火灾等人类不宜进入的环境下高效率开门或拧阀门的功能。本发明可以进行远程操作,极大地保护人的安全;可以进行力学测试,便于了解装置实际地可操作性。同时,本发明具有力反馈控制,这是一种智能机械臂的体现,力反馈控制开启时,当机械臂碰到物体或人时,由于受力过大,机械臂会自动停止运动,起到保护作业装置和作业对象的作用。
具体实施方式二:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式的移动平台1还包括多个爪座1-4,激光跟踪仪1-1通过多个爪座1-4安装在负载支架1-2的上端。便于连接,而且实现对激光跟踪仪1-1的锁紧。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式的移动轮包括两个前轮1-6和两个后轮1-5,两个前轮1-6和两个后轮1-5由前至后依次安装在平台支架1-8的底端。运动更加灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式的两个后轮1-5的轮体直径小于两个前轮1-6的轮体直径。其它组成和连接关系与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五:结合图3、图7和图8说明本实施方式,本实施方式的机械臂升降装置2还包括四个滑槽2-7和两根横轴2-8,其中两个滑槽2-7安装在转接板2-1的下端面上,另外两个滑槽2-7位于其中两个滑槽2-7的正下方并安装在底座2-5的上端面上,其中一根横轴2-8可转动安装在内支臂2-3和外支臂2-4的中部,另外一根横轴2-8穿设在转接板2-1的下端面上的两个滑槽2-7上,且另外一根横轴2-8两端分别与一组外支臂2-4连接,螺杆2-6的一端与手轮2-2连接,螺杆2-6的另一端穿过另外一根横轴2-8。便于灵活的实现升降动作。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六:结合图1、图4至图6说明本实施方式,本实施方式的连接臂包括肩旋臂3-4、第一肘旋臂3-5、第二肘旋臂3-6、第三肘旋臂3-7和腕旋臂3-8,肩旋臂3-4、第一肘旋臂3-5、第二肘旋臂3-6、第三肘旋臂3-7和腕旋臂3-8由左至右依次可转动连接。便于保证每根旋臂均可以围绕自身回转轴转动,运动更加灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。
本实施方式的移动平台1和机械臂3的运动相互独立,互不干涉。移动平台1与机械臂升降装置2通过螺钉连接,机械臂升降装置2与机械臂3通过螺钉连接,机械臂升降装置2起着调整机械臂3高度的作用。
本实施方式的激光跟踪仪1-1安装在负载支架1-2上方,并通过爪座1-4与其上的爪卡紧实现锁紧定位。摄像头1-3安装在负载支架1-2下方,通过螺钉与负载支架1-2连接。前轮1-6安装在移动平台1前部,它作为主动轮,具有前进、后退和转向的功能;后轮1-5安装在移动平台1后部,它作为从动轮,随着前轮1-6的运动而改变自身的运动状态。控制箱1-7通过螺栓固定在移动平台1的后上方,移动平台和机械臂的驱动装置均放置在里面,以便于集中保护。
本实施方式的转接板2-1与底座2-5上分别设计有滑槽2-7,内支臂2-3与外支臂2-4中部通过横轴2-8连接,彼此间可以相互转动,外支臂2-4下端与底座2-5以短轴实现转动配合,内支臂2-3上端与转接板2-1以短轴实现转动配合,内支臂2-3下端、外支臂2-4上端分别安装在底座2-5、转接板2-1的滑槽内。如此设计,当手轮调节内支臂2-3上端和外支臂2-4上端的间距时,即可调节机械臂升降装置2的高度。
本实施方式的六维力传感器3-2安装在传感器转接板3-1上方,用于检测机械臂根部的受力情况,进而实现机械臂和移动平台的运动力解耦。旋臂3-3安装在六维力传感器3-2上方,肩旋臂3-4、肘旋臂3-5、肘旋臂3-6、腕旋臂3-7、腕旋臂3-8均依次串联安装,每根旋臂均可以围绕自身回转轴转动。六维力传感器3-9安装在腕旋臂3-8末端,用于检测机械臂末端执行器的受力情况,开门末端执行器3-10安装在六维力传感器3-9末端,执行开门的作业任务。开门时需要按压门把手,机械臂状态如图5所示,呈下凹状态,有利于向门把手等作业对象施力。
本实施方式的六维力传感器3-2安装在传感器转接板3-1上方,用于检测机械臂根部的受力情况,进而实现机械臂和移动平台的运动力解耦。旋臂3-3安装在六维力传感器3-2上方,肩旋臂3-4、肘旋臂3-5、肘旋臂3-6、腕旋臂3-7、腕旋臂3-8均依次串联安装,每根旋臂均可以围绕自身回转轴转动。六维力传感器3-9安装在腕旋臂3-8末端,用于检测机械臂末端执行器的受力情况,拧阀门末端执行器3-11安装在六维力传感器3-9末端,执行拧阀门的作业任务。拧阀门时需要旋拧阀门手轮,机械臂状态如图6所示,依靠第六关节的旋转实现旋拧阀门手轮的功能。机械臂末端水平放置便于减小机械臂内部作用力。
工作原理:
本发明由轮式移动平台和机械臂组成。在执行任务前,操作者通过旋转机械臂升降装置2上的手轮2-2调整机械臂的高度,以满足工作需求。在执行任务时,平台操作者可以通过安装在移动平台上的摄像头1-3对智能移动作业机械臂进行远程操作。在控制机械臂运动至作用对象过程中,平台只驱动移动平台1运动,机械臂3处于零位状态,以方便运动,同时尚未靠近工作对象时,其力反馈控制处于开启状态,当智能机械臂碰到人或物体时,智能机械臂会自动停止并重新调整姿态,以避免物体或机械臂受到损伤。
本发明可以实现远程操作实现开门和拧阀门的作用。
实现开门功能:当智能机械臂在移动平台1的驱动下移动至门前时,移动平台1停止运动同时关闭力反馈控制,操作者远程控制机械臂3形成开门动作。当机械臂末端执行器与门把手锁紧后,操作者同时控制移动平台1和机械臂3实现开门功能,使开门效率最大化。同时,在开门过程中,机械臂根部力传感器和末端力传感器会即时将其受力状况反馈回控制界面,便于操作者查看受力状况,避免发生危险。
实现拧阀门功能:当机械臂在移动平台1的驱动下移动至阀门前时,移动平台1停止运动同时关闭力反馈控制,操作者远程控制机械臂3形成拧阀门动作。当机械臂末端执行器与阀门手轮锁紧后,操作者同时控制移动平台1和机械臂3实现拧阀门功能,使拧阀门效率最大化。同时,在拧阀门过程中,机械臂根部力传感器和末端力传感器会即时将其受力状况反馈回控制界面,便于操作者查看受力状况,避免发生危险。
Claims (6)
1.一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:它包括移动平台(1)、机械臂升降装置(2)和机械臂(3),机械臂升降装置(2)安装在移动平台(1)上,机械臂(3)安装在机械臂升降装置(2)上,
移动平台(1)包括激光跟踪仪(1-1)、负载支架(1-2)、摄像头(1-3)、控制箱(1-7)、平台支架(1-8)和移动轮,负载支架(1-2)焊接在平台支架(1-8)上,激光跟踪仪(1-1)安装在负载支架(1-2)的上端,摄像头(1-3)安装在负载支架(1-2)的下端,控制箱(1-7)安装在平台支架(1-8)的一侧,移动轮安装在平台支架(1-8)的底端,
机械臂升降装置(2)包括转接板(2-1)、手轮(2-2)、两个内支臂(2-3)、两个外支臂(2-4)、螺杆(2-6)和底座(2-5),转接板(2-1)和底座(2-5)上下平行设置,两个内支臂(2-3)和两个外支臂(2-4)相互可转动交叉连接在转接板(2-1)的下端面和底座(2-5)的上端面上,手轮(2-2)安装在转接板(2-1)的外侧面上,并通过螺杆(2-6)带动内支臂(2-3)和外支臂(2-4)水平移动,
机械臂(3)包括传感器连接板(3-1)、第一六维传感器(3-2)、基旋臂(3-3)、连接臂、第二六维传感器(3-9)和开门末端执行器(3-10),第一六维传感器(3-2)安装在传感器连接板(3-1)的上,基旋臂(3-3)的一端与第一六维传感器(3-2)连接,基旋臂(3-3)的另一端与连接臂的一端连接,连接臂的另一端与第二六维传感器(3-9)连接,开门末端执行器(3-10)与第二六维传感器(3-9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:移动平台(1)还包括多个爪座(1-4),激光跟踪仪(1-1)通过多个爪座(1-4)安装在负载支架(1-2)的上端。
3.根据权利要求2所述的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:移动轮包括两个前轮(1-6)和两个后轮(1-5),两个前轮(1-6)和两个后轮(1-5)由前至后依次安装在平台支架(1-8)的底端。
4.根据权利要求3所述的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:两个后轮(1-5)的轮体直径小于两个前轮(1-6)的轮体直径。
5.根据权利要求4所述的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:机械臂升降装置(2)还包括四个滑槽(2-7)和两根横轴(2-8),其中两个滑槽(2-7)安装在转接板(2-1)的下端面上,另外两个滑槽(2-7)位于其中两个滑槽(2-7)的正下方并安装在底座(2-5)的上端面上,其中一根横轴(2-8)可转动安装在内支臂(2-3)和外支臂(2-4)的中部,另外一根横轴(2-8)穿设在转接板(2-1)的下端面上的两个滑槽(2-7)上,且另外一根横轴(2-8)两端分别与一组外支臂(2-4)连接,螺杆(2-6)的一端与手轮(2-2)连接,螺杆(2-6)的另一端穿过另外一根横轴(2-8)。
6.根据权利要求5所述的一种具有力学测试功能的智能移动作业臂,其特征在于:连接臂包括肩旋臂(3-4)、第一肘旋臂(3-5)、第二肘旋臂(3-6)、第三肘旋臂(3-7)和腕旋臂(3-8),肩旋臂(3-4)、第一肘旋臂(3-5)、第二肘旋臂(3-6)、第三肘旋臂(3-7)和腕旋臂(3-8)由左至右依次可转动连接。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151209 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |