CN105835053B - 一种桌面级的机械臂装置 - Google Patents

Abstract

一种桌面级的机械臂装置，包括底座、设于该底座上的主控制器、两个以上的机械手臂、与该主控制器连接的驱动电机及安装于所述机械手臂上的执行器，还包括设置于其中一个所述机械手臂上的扩展坞，该扩展坞设置有多个通用接口，所述通用接口用于与所述执行器通信连接，所述通用接口与所述主控制器通信的连接线束藏于所述机械手臂内。在扩展或更换执行器时，可避免需要重新走线到底座的上，过程简单且节省成本；以及连接线多且繁乱容易损坏的问题。

Description

一种桌面级的机械臂装置

技术领域

本发明涉及机器人设备，特别是涉及一种桌面级的机械臂装置。

背景技术

在传统的机械臂装置中，对于机械臂末端传感器/执行器种类少，功能比较单一，或不会经常更换固定在机械臂末端的执行器。其末端执行器的连接线一般直接连接到底部主控制器上，对于不同的末端执行器，连接线是专用的。从末端执行器到主控制器的连接线或者藏在机械臂内部，或者成束固定在外部。而将这种方案直接应用到桌面级的机械臂上时存在一定问题：1、桌面级机械臂末端执行器种类更多，使用专用连接线，走线数量众多；2、更换末端执行器时，到主控制器的对应连接线也需要安装或者取下，操作不便；3、扩展新的末端执行器时，主控制器也需要更改接口，***扩展不便。

另外，在传统的工业机械臂一般采用软件操作或专用示教盒进行示教操作。这些示教方式，应用到桌面级的机械臂上时存在一定问题：1、软件操作不够灵活方便，2、硬件上配备专用示教盒，增加桌面机械臂的成本；3、示教盒操作需要一定的技术知识，对于桌面机械臂涉及到的普通家庭用户来说，操作具有一定难度，同时也较为繁琐。

发明内容

本发明目的在于提供一种桌面级的机械臂装置，旨在解决将传统的机械装置接线方式应用到桌面级的机械臂时存在***扩展不便、连接线多且繁乱及成本高的问题。

本发明提供了一种桌面级的机械臂装置，包括底座、设于该底座上的主控制器、两个以上的机械手臂、与该主控制器连接的驱动电机及安装于所述机械手臂上的执行器，还包括设置于其中一个所述机械手臂上的扩展坞，该扩展坞设置有多个通用接口，所述通用接口用于与所述执行器通信连接，所述通用接口与所述主控制器通信的连接线束藏于所述机械手臂内。

进一步地，所述扩展坞上还设置有至少一个解锁按钮，所述解锁按钮用于切断所述驱动电机的控制，以及触发所述机械臂装置进入手动示教操作。

进一步地，所述解锁按钮的数量与所述机械臂装置上的驱动电机数量相同。

进一步地，还包括多个用于采集各所述机械臂装置运动关节的运动数据的传感器。

进一步地，所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器。

进一步地，所述机械臂装置在外力推动下进行的所述手动示教操作具体包括：

所述传感器采集各个所述运动关节的运动数据；

所述主控制器根据所采集的所述运动数据拟合示教操作的运动轨迹，并存储以待回放。

进一步地，所述通用接口包括标准化的数字信号接口、模拟信号接口和电源接口中的一种或多种。

进一步地，所述通用接口包括数字地端口、数字电源端口、PWM信号端口、ADC端口、模拟地端口、模拟电源端口、功率地端口以及功率电源端口中的一种或多种。

进一步地，所述扩展坞设置在远离所述底座的所述机械手臂上。

进一步地，所述扩展坞上还设置有无线通信模块、所述通用接口的接口转换电路、所述驱动电机的驱动电路和示教回放按钮中的一种或多种。

上述的桌面级的机械臂装置通过在机械手臂上设置扩展坞，在扩展坞设置有通用接口，如此，在作***扩展或更换执行器时，可以直接将执行器插接于通用接口上，避免需要重新走线到底座的上，过程简单且节省成本；另外，将通用接口与所述主控制器通信的连接线束藏于所述机械手臂内，如此，避免连接线多且繁乱容易损坏的问题。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中桌面级的机械臂装置的结构示意图；

图2为图1所示桌面级的机械臂装置上的扩展坞结构示意图；

图3为本发明较佳实施例中桌面级的机械臂装置的电路模块示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例中桌面级的机械臂装置100包括底座101、设于该底座101上的主控制器102、两个以上的机械手臂103、与该主控制器102连接的驱动电机104及安装于所述机械手臂103上的执行器105，还包括设置于其中一个所述机械手臂103上的扩展坞106，该扩展坞106设置有多个通用接口1061，所述通用接口1061用于与所述执行器105通信连接，所述通用接口1061与所述主控制器102通信的连接线束藏于所述机械手臂103内。

在进一步的实施例中，扩展坞106上还设置有至少一个解锁按钮1062，所述解锁按钮1062用于切断所述驱动电机104的控制，以及触发所述机械臂装置100进入手动示教操作。具体地，当主控制器102检测到解锁按钮1062按下后，切断驱动电机104的驱动信号输出，驱动电机104处于失锁状态(电机轴可以自由转动)，使机械手臂可以在人手的外力作用下自由活动，主控制器102此时可进入手动示教操作程序。

一般情况下，机械臂装置100上的电机是不止一个的，可以认为是一个可运动关节点至少由一个电机控制。那么，在一些实施方式中，所述解锁按钮1062为一个，其可以控制所有的驱动电机104的切断控制，触发所述机械臂装置100进入手动示教操作。而在另外一些实施方式中，解锁按钮1062可以为多个，一个解锁按钮1062可以控制一个以上的驱动电机104的切断控制。特别地，解锁按钮1062的数量与所述机械臂装置100上的驱动电机104数量相同，每个解锁按钮1062可以分别独立控制每个驱动电机104的切断控制，同时使得与被切断控制的驱动电机104相关的执行机构可以自由活动，可分别独立进入手动示教操作程序。

在再进一步的实施例中，机械臂装置100还包括多个用于采集各个机械臂装置100的运动关节(包括底座101的转盘1011、各机械手臂103或执行器105)的运动数据的传感器，多个所述传感器分别设置于各所述机械手臂103上。所述传感器包括加速度传感器1071和角速度传感器1072。利用传感器采集运动数据相比传统的利用编码器等采集，成本低、体积小，安装方便；相对利用编码器等采集可能存在回程间隙的问题，利用传感器采集精度更高。

机械臂装置100的示教操作，相对一般采用专用示教盒或软件操作***进行示教操作，本方案使用在外力推动下进行的手动示教操作，简单方便，也节省成本。本实施例中，手动示教操作具体包括：

所述主控制器102检测到解锁按钮1062按下后，切断驱动电机104的驱动信号输出，使驱动电机104处于失锁状态；其后，机械臂装置100的各个运动关节在人手外力的作用下运动，各个所述传感器采集此时各个运动关节的运动数据；然后，所述主控制器102根据所采集的所述运动数据拟合示教操作的运动轨迹，并存储在存储器108以待回放。

更具体地，所述主控制器102检测到松开解锁按钮1062时，恢复驱动电机104驱动信号输出，驱动电机104处于锁定状态(在控制器预设的控制逻辑下动作)，各个运动关节不能自由活动。

其后，主控制器102可以在示教回放命令的触发下，控制各个运动关节重复上述在解锁按钮1062按下后至松开的过程中各个运动关节的运动轨迹，实现机械臂手动示教和回放功能。

所述扩展坞106还包括基板1063和接线口1064，通用接口1061、解锁按钮1062和接线口1064设置在基板1063上，接线口1064用于通过连接线与主控制器102通信连接。在进一步的实施方式中，所述扩展坞106上还设置有无线通信模块109、所述通用接口1061的接口转换电路、所述驱动电机104的驱动电路和输出示教回放命令的示教回放按钮中的一种或多种。无线通信模块109可以用于接收外部设备(如智能终端和遥控器等)的命令以传输到主控制器。接口转换电路，对于复杂的执行器105，不能标准化为通用接口106的，可以利用执行器105的接口转换电路，转换成通用接口106，再连接到执行器105上。另外，接口转换电路可以设置成独立的外设部件，以用于连接扩展坞106上的通用接口106和复杂的执行器105之间的通信。

按类别分，所述通用接口1061可包括标准化的数字信号接口、模拟信号接口和用于为执行器105或驱动电机104的供电电源接口中的一种或多种；按功能分，所述通用接口1061可包括数字地端口、数字电源端口、PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号端口、ADC(模数转换)端口、模拟地端口、模拟电源端口、功率地端口以及功率电源端口中的一种或多种。

其中，通用接口1061按功能和类别的分类并不冲突，可以相互归属的。不同种类的末端执行器105根据类型，连接到扩展坞106相应类别的通用接口1061上。对于相对复杂的末端执行器105，不能标准化为一个或一类通用接口1061的，可以使用多个通用接口1061连接，软件上将多个通用接口1061设置为一组，用于控制末端执行器105。

在本实施例中，扩展坞106设置在远离所述底座101的所述机械手臂103(即前臂103A)上，使其更靠近执行器一端，便于执行器105使用更短的连接线相连，使得布线整齐、简洁和可靠。

主控制器102可以为单片机芯片或DSP芯片。执行器105视应用场合的需要，可以包括各种传感器、夹具、钻头等。

本发明的有益效果是：

1、末端执行器接口标准化后，避免了执行器种类多，采用专用走线时末端执行器到控制器走线众多的问题。走线更少。

2、末端执行器接口标准化后，更换末端执行器，前臂接口扩展板走线无需更改。更换末端执行器更方便。

3、扩展坞预留一定数量的通用接口，扩展坞到底座主控制器的连线确定，可藏于机械手臂内，机械手臂走线外观更整齐可靠，不易被损坏。

4、标准化的扩展坞，使得新增或更换末端执行器，机械手臂主控制板无需更改，***可扩展性更高，避免需要重新走线到底座的上，过程简单且节省成本。

5、桌面级机械臂体积小巧，使用手动示教方式，操作更简单。

6、使用一个解锁按钮进行手动示教，硬件成本低。

7、解锁按钮放置在前臂靠近末端执行器处，可以实现单手手动示教，即单手操作解锁按钮和移动机械手臂，手动示教更方便。

8、通过加速度传感器和角速度传感器计算机械臂姿态检测的方法，相比于关节轴电机编码器的方法，具有安装方便，成本低的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种桌面级的机械臂装置，包括底座、设于该底座上的主控制器、两个以上的机械手臂、与该主控制器连接的驱动电机及安装于所述机械手臂上的执行器，其特征在于，还包括设置于其中一个所述机械手臂上的扩展坞，该扩展坞设置有多个通用接口，所述通用接口用于与所述执行器通信连接，所述通用接口与所述主控制器通信的连接线束藏于所述机械手臂内；所述扩展坞上还设置有至少一个解锁按钮，所述解锁按钮用于切断所述驱动电机的控制。

2.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于，当所述主控制器检测到所述解锁按钮按下后，切断驱动电机输出，使所述驱动电机处于失锁状态。

3.如权利要求2所述的机械臂装置，其特征在于，所述解锁按钮还用于触发所述机械臂装置进入手动示教操作。

4.如权利要求3所述的机械臂装置，其特征在于，所述解锁按钮的数量与所述机械臂装置上的驱动电机数量相同。

5.如权利要求3所述的机械臂装置，其特征在于，还包括多个用于采集各所述机械臂装置运动关节的运动数据的传感器。

6.如权利要求5所述的机械臂装置，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器和角速度传感器。

7.如权利要求5或6所述的机械臂装置，其特征在于，所述机械臂装置在外力推动下进行的所述手动示教操作具体包括：

所述传感器采集各个所述运动关节的运动数据；

所述主控制器根据所采集的所述运动数据拟合示教操作的运动轨迹，并存储以待回放。

8.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于，所述通用接口包括标准化的数字信号接口、模拟信号接口和电源接口中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于，所述通用接口包括数字地端口、数字电源端口、PWM信号端口、ADC端口、模拟地端口、模拟电源端口、功率地端口以及功率电源端口中的一种或多种。

10.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于，所述扩展坞设置在远离所述底座的所述机械手臂上。

11.如权利要求1或10所述的机械臂装置，其特征在于，所述扩展坞上还设置有无线通信模块、所述通用接口的接口转换电路、所述驱动电机的驱动电路和示教回放按钮中的一种或多种。