一种遥操作机械臂的控制主手的制作方法

一种遥操作机械臂的控制主手
【技术领域】
1.本发明属于机械和自动控制领域，具体涉及一种遥操作机械臂的控制主手。


背景技术：

2.现如今，由于杂多变或危险的工作环境具有不可知的危险，因此一般通过机器人进行操作完成，但是仅依靠机器人可能无法完成目标任务，因此就出现了人机交互遥操作技术，此种技术是将操作人员与远端作业环境进行交互，即将人的操作信息传递到远端作业环境并执行任务，同时将远端作业环境的作业信息反馈给操作人员。其中远端作业一般通过遥操作主手完成，而六自由度机械臂能够满足空间上位置和姿态的调整，使得机器人可以达到任意空间位置，因此六轴机器人是最常用的一种结构。
3.机械臂的控制主手自身具有一定的重量，这在操作过程中会给操作者带来疲劳感，因此急需一种可以平衡主手重量、降低操作者操作疲劳感的控制主手。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种遥操作机械臂的控制主手，其通过设置中立平衡装置，对大臂提供重力反向力，使大臂和小臂保持平衡，从而降低了操作者的操作疲劳感。
5.本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种遥操作机械臂的控制主手，其包括：底座、大臂、小臂、手柄、设于底座内的旋转组件、用于为大臂提供动力的电机一、用于为小臂提供动力的电机二、驱动器，所述底座上设有旋转组件，该旋转组件与大臂端部通过心轴一连接，所述大臂由于小臂通过心轴二连接，所述手柄与小臂通过心轴三连接，还包括：两组对称设置的重力平衡装置，其包括：第一定滑轮、第二定滑轮、固定螺钉、动滑轮、弹簧、线轮、钢丝绳；
6.所述第一定滑轮固定设于底座内壁顶部，其轴线垂直于底座内壁顶部，且该第一定滑轮边缘于底座边缘伸出；
7.所述第二定滑轮固定设于底座一侧，其轴线平行于底座内壁顶部，且该第二定滑轮的u型槽与第一定滑轮伸出部分的u型槽处于同一竖直面上；
8.所述固定螺钉设于底座内壁顶部；
9.所述动滑轮轴线垂直于底座内壁顶部，其轴心位于固定螺钉与第一定滑轮的中心线上，该动滑轮、固定螺钉、第一定滑轮形成等腰直角三角形；
10.所述弹簧一端固定于底座内壁顶部，另一端与动滑轮连接；
11.所述线轮设于心轴端部，其包括：设于心轴端部的固定轮、与固定轮同轴设置的扇形轮，该扇形轮两端部与固定轮通过连接杆连接，该连接杆上设有固定块；
12.所述钢丝绳一端固定于固定螺钉上，另一端绕过动滑轮并分别通过第一定滑轮、第二定滑轮换向后缠绕于扇形轮上，最终固定于固定块上；
13.所述心轴一端部设有第一连杆，所述心轴二端部设有第二连杆，所述第一连杆与
第二连杆端部通过第三连杆连接，其中一组重力平衡装置中的线轮固定设于大臂端部，另一组重力平衡装置中的线轮与第一连杆固定连接。
14.特别的，所述底座、大臂、小臂、手柄分别采用铝合金制作而成。
15.特别的，所述底座内壁顶部设有固定柱，所述动滑轮上设有连接片，该连接片朝向底座内壁顶部的一侧延伸出一悬挂柱，所述弹簧两端分别设有挂钩，其中一个挂钩悬挂于固定柱上，另一个挂钩悬挂于悬挂柱上。
16.特别的，所述小臂一端设有一u型连接片，所述大臂端部中心位置向外延伸一旋转片，该旋转片与u型连接片通过心轴二连接。
17.特别的，所述小臂另一端设有一马蹄形连接块，所述手柄端部设有一旋转块，该旋转块设于马蹄形连接块中间位置，且该旋转块与马蹄形连接块通过心轴三连接。
18.特别的，所述旋转块与手柄相垂直。
19.特别的，所述马蹄形连接块内设有三个单圈绝对码盘。
20.特别的，所述大臂为空心套筒，所述第三连杆设于设于大臂内，两端于大臂端部伸出。
21.特别的，所述电机一、电机二均设于底座顶部，且该底座内设有用于为电机一、电机二提供动力的电源，且该底座上设有外壳，所述电机一、电机二设于外壳内。
22.特别的，所述驱动器设于外壳上。
23.本发明提供一种遥操作机械臂的控制主手，通过重力平衡装置中有效的预紧消除部件传动的间隙，从而提高传动精度，并实现主手重力平衡，从而减少操作者的操作疲劳感，实现力反馈控制功能；第一连杆、第二连杆、第三连杆、大臂形成一个平行四边形连杆机构，可以将管ie的驱动装置前移，从而降低所需扭矩，减小小臂关节的主动力矩输出；通过u型连接片和旋转片以及马蹄形连接块和旋转块的设计，可缩小大臂与小臂、小臂与手柄之间的安装尺寸，既便于安装又可实现自身位置的校正，间接增加了工作空间，能够满足工作环境需求。
【附图说明】
24.图1为本发明一种遥操作机械臂的控制主手的一侧视图；
25.图2为本发明一种遥操作机械臂的控制主手的剖面图；
26.图3为本发明一种遥操作机械臂的控制主手中底座和重力平衡庄子的结构示意图；
27.图4为本发明一种遥操作机械臂的控制主手中小臂和手柄的结构示意图；
28.图5为本发明一种遥操作机械臂的控制主手中大臂的结构示意图。
29.附图中，1底座、2大臂、3小臂、4手柄、5旋转组件、6电机一、7电机二、8心轴一、9心轴二、10心轴三、11第一定滑轮、12第二定滑轮、13固定螺钉、14动滑轮、15弹簧、16线轮、17钢丝绳、18固定轮、19扇形轮、20连接杆、21固定块、22第一连杆、23第二连杆、24第三连杆、25固定柱、26连接片、27悬挂柱、28挂钩、29u型连接片、30旋转片、31马蹄形连接块、32旋转块、33电源、34外壳。
【具体实施方式】
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。
31.请参阅图1-5，本发明提供一种遥操作机械臂的控制主手，其包括：底座1、大臂2、小臂3、手柄4、设于底座1内的旋转组件5、用于为大臂2提供动力的电机一6、用于为小臂3提供动力的电机二7、驱动器，该旋转组件5与大臂2端部通过心轴一8连接，所述大臂2由于小臂3通过心轴二9连接，所述手柄4与小臂3通过心轴三10连接，还包括：两组对称设置的重力平衡装置，该重力平衡装置可平衡掉助手的自身重量，从而降低操作者在操作过程中的疲劳度，其包括：第一定滑轮11、第二定滑轮12、固定螺钉13、动滑轮14、弹簧15、线轮16、钢丝绳17；
32.所述第一定滑轮11固定设于底座1内壁顶部，其轴线垂直于底座1内壁顶部，且该第一定滑轮11边缘于底座1边缘伸出；
33.所述第二定滑轮12固定设于底座1一侧，其轴线平行于底座1内壁顶部，且该第二定滑轮12的u型槽与第一定滑轮11伸出部分的u型槽处于同一竖直面上；
34.所述固定螺钉13设于底座1内壁顶部；
35.所述动滑轮14轴线垂直于底座1内壁顶部，其轴心位于固定螺钉13与第一定滑轮11的中心线上，该动滑轮14、固定螺钉13、第一定滑轮11形成等腰直角三角形；
36.所述弹簧15一端固定于底座1内壁顶部，另一端与动滑轮14连接；
37.所述线轮16设于心轴端部，其包括：设于心轴端部的固定轮18、与固定轮18同轴设置的扇形轮19，该扇形轮19两端部与固定轮18通过连接杆20连接，该连接杆20上设有固定块21；
38.所述钢丝绳17一端固定于固定螺钉13上，另一端绕过动滑轮14并分别通过第一定滑轮11、第二定滑轮12换向后缠绕于扇形轮19上，最终固定于固定块21上；
39.所述心轴一8端部设有第一连杆22，所述心轴二9端部设有第二连杆23，所述第一连杆22与第二连杆23端部通过第三连杆24连接，其中一组重力平衡装置中的线轮16固定设于大臂2端部，另一组重力平衡装置中的线轮16与第一连杆22固定连接，如此一组重力平衡装置用于对大臂提供重力反向力，另一组重力平衡装置用于对小臂提供重力反向力，从而使大臂和小臂保持平衡；同时第一连杆22、第二连杆23、第三连杆24与大臂之间形成一个平行四边形连杆机构，该平行四边形连杆机构可将关节三的驱动装置前移，降低驱动所需扭矩，减小小臂关节的主动力矩输出。
40.特别的，所述底座1、大臂2、小臂3、手柄4分别采用铝合金制作而成，如此设计，使得该控制主手在满足结构需求的条件下减轻重量。
41.特别的，所述底座1内壁顶部设有固定柱25，所述动滑轮14上设有连接片26，该连接片26朝向底座1内壁顶部的一侧延伸出一悬挂柱27，所述弹簧15两端分别设有挂钩28，其中一个挂钩28悬挂于固定柱25上，另一个挂钩28悬挂于悬挂柱27上；如此设计，通过挂钩28即可快速将弹簧15安装于底座1内壁顶部，在工作时，钢丝会将弹簧15的拉力传递至大臂、小臂，为其提供反向力，从而使大臂、小臂保持在平衡位置，避免大臂、小臂在自然状态下出现松垮现象而影响操作。
42.特别的，所述小臂3一端设有一u型连接片29，所述大臂2端部中心位置向外延伸一
旋转片30，该旋转片30与u型连接片29通过心轴二9连接；如此设计，可将小臂3、大臂2在伸直时，轴线处于同一水平线上，如此既便于安装又缩小了安装尺寸，且处于同一轴线上，便于找位、校验，从而便于对控制主手移动位置进行编程，且于本发明中，可将小臂3、大臂2设计为空心状，进而将控制用到的线路等安装于空心部位，避免因线路凌乱而影响操作，而实现自身位置校正功能。
43.特别的，所述小臂3另一端设有一马蹄形连接块31，所述手柄4端部设有一旋转块32，该旋转块32设于马蹄形连接块31中间位置，且该旋转块32与马蹄形连接块31通过心轴三10连接，如此设计，在手柄4、小臂3伸直时，其连接位置的轴线处于同一水平线上，如此既便于安装又缩小了安装尺寸，且处于同一轴线上，便于找位、校验，从而便于对控制主手移动位置进行编程，而实现自身位置校正功能。
44.特别的，在工作时，手柄4与小臂3之间会产生旋转等，现有的手柄4因连接关系，在手柄向上扭转时会给操作者带来不适感，同时主手处于低位时会来带一定的操作难度，因此于本发明中，所述旋转块32与手柄4相垂直；如此即可解决上述问题，又可避免手柄4与小臂之间因触碰而影响操作。
45.特别的，所述马蹄形连接块31内设有三个单圈绝对码盘(图中未绘示)；于本发明中，通过在手柄4与小臂3连接部分设置单圈绝对码盘，可实现手柄4对小臂3、大臂2的控制，当控制器读取到单圈绝对码盘的数据时，将操作数据赋予从手，从而实现主从手实时控制，可控性较高。
46.特别的，所述大臂2为空心套筒，所述第三连杆24设于设于大臂2内，两端于大臂2端部伸出；如此设计，可将所有经过大臂2的线路及部件设于大臂2内部，在不影响信息传送及操作的情况下，在增加工作空间的同时，提高了工作安全性。
47.特别的，于本发明中，所述电机一6、电机二7均设于底座1顶部，且该底座1内设有用于为电机一6、电机二7提供动力的电源33，且该底座1上设有采用铝合金制作的外壳34，所述电机一6、电机二7设于外壳34内；如此设计，通过电机一6、电机二7、电源33以及电路等可增加本发明控制主手底座的重量，从而提高了控制主手的稳定性。
48.特别的，由于驱动器在工作时，会产生热量，为了起到更好的散热效果，本发明中，所述驱动器设于外壳34上。
49.本发明提供的控制主手可操控从手末端夹钳抓取工作区域内任意的位置的目标体。其通过前三个关节确定末端空间位置，通过手柄三个关节调整末端空间姿态，可以通过机器人逆解解出机械臂空间位置，有位置偏移功能。其中重力平衡装置可平衡掉主手自身重量，从而减少操作者使用过程中的疲劳感，且通过大臂与小臂、小臂与手柄之间的连接结构，结合控制器还可以实现控制主手自身位置的校正，确保主手操纵从手抓取和提升重物时，主手操作端有力感，而不会增加操作者的疲劳度，进而实现力反馈控制功能，并保证力反馈的精度、力的大小、力反馈的持续性。
50.同时本发明中，所述底座1侧壁上设有一控制面板，该控制面板上电性连接7个控制按钮、1个电源按钮、1个急停按钮，其中一个控制按钮用于给电机使能，其余6个控制按钮分别用于调整从手，每个按钮对应一个移动方位，从而实现从手夹钳姿态以满足抓取不同方位目标件的工作需求，并控制夹钳的夹紧和释放动作。在主手操纵从手抓取和提升重物时主手操作端有力感但不增加操作者的劳动量。