一種模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明是一種模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人。包括兩個(gè)手柄模塊、三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，各模塊以串聯(lián)方式用卡環(huán)連接，連接順序?yàn)椋旱谝皇直K、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第一擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二手柄模塊，在第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊和第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊之間加入一個(gè)關(guān)節(jié)套筒，使得機(jī)器人首尾兩端結(jié)構(gòu)關(guān)于第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)，三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸互相平行，并自然地與兩端的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)軸垂直，兩個(gè)手柄模塊分別安裝在機(jī)器人的兩端，組成雙手爪式仿手臂主機(jī)器人。本發(fā)明構(gòu)建容易、構(gòu)型可變、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)、操作方便,容易實(shí)現(xiàn)與從機(jī)器人的同構(gòu)映射。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，屬于模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人的改造技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]人類(lèi)越來(lái)越需要能在危險(xiǎn)或未知環(huán)境中工作的機(jī)器人。然而，受人工智能技術(shù)、機(jī)構(gòu)、控制和傳感技術(shù)等方面的限制，研制出能在未知環(huán)境中自主工作的智能機(jī)器人還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此目前依賴(lài)人的智能，工作在人機(jī)交互下的主從控制機(jī)器人是一種現(xiàn)實(shí)可行的選擇。這種主從控制將人的智能和機(jī)器人的執(zhí)行結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了人的感知能力和行為能力的延伸。操作者對(duì)主機(jī)器人進(jìn)行操作，處理器根據(jù)主機(jī)器人的位姿信息把操作者的控制意圖轉(zhuǎn)化為從機(jī)器人可以理解的命令，并以此控制從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的任務(wù)，同時(shí)通過(guò)視覺(jué)或力覺(jué)將其狀態(tài)信息反饋給操作者，操作者據(jù)此修改自己的控制行為。作為人機(jī)交互的窗口和工具，能夠把人的智能作用于機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)人的感知能力和行為能力的延伸的主機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研制了很多主機(jī)器人，并有很多商業(yè)化的系統(tǒng)，例如帶力反饋的Phantom、外骨骼式的數(shù)據(jù)手套。但是目前的主機(jī)器人的構(gòu)型都是固定的，不能根據(jù)任務(wù)要求或從機(jī)器人的變化相應(yīng)地改換構(gòu)型；而且自由度也固定不變，不能根據(jù)需要進(jìn)行增減。這就導(dǎo)致了主機(jī)器人難以適應(yīng)各種不同的從機(jī)器人。例如，當(dāng)實(shí)際需要少自由度從機(jī)器人時(shí)造成主機(jī)器人自由度冗余，使得主從之間的映射復(fù)雜，計(jì)算量大，影響主從控制的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性。因此，主機(jī)器人的通用性和靈活性是目前研究主機(jī)器人面臨的主要問(wèn)題。模塊化的設(shè)計(jì)方法能夠解決主機(jī)器人的通用性差以及結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜等問(wèn)題。模塊化主機(jī)器人能夠通過(guò)改變自身僅有的幾種模塊的連接順序或方式而獲得多種不同構(gòu)型，以滿(mǎn)足不同的從機(jī)器人構(gòu)型或者任務(wù)要求，容易實(shí)現(xiàn)主從機(jī)器人之間的同構(gòu)映射。相比傳統(tǒng)主機(jī)器人，模塊化主機(jī)器人具有良好的適應(yīng)性、靈活性、和容錯(cuò)性以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。模塊化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，各模塊之間可以相互替換，實(shí)現(xiàn)快速組裝。
[0004]國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研制了很多主機(jī)器人，并有很多商業(yè)化的系統(tǒng)，例如帶力反饋的Phantom、外骨骼式的數(shù)據(jù)手套。但它們存在若干問(wèn)題和不足，主要表現(xiàn)在:(I)通用性和靈活性不足。一方面，目前的主機(jī)器人的構(gòu)型都是固定的，不能根據(jù)任務(wù)要求或從機(jī)器人的變化相應(yīng)地改換構(gòu)型；而且自由度也固定不變，不能根據(jù)需要進(jìn)行增減，這就導(dǎo)致了目前主機(jī)器人不能適應(yīng)從機(jī)器人(例如模塊化機(jī)器人)構(gòu)型和自由度的變化。另一方面，目前的主機(jī)器人只能單端操作，因此只能控制具有一個(gè)執(zhí)行器的從機(jī)器人，而對(duì)于具有雙端執(zhí)行器的機(jī)器人(例如雙臂機(jī)器人或者雙手爪攀爬機(jī)器人)無(wú)能為力。(2)成本高，由于缺乏通用性，不同的從機(jī)器人往往需要相應(yīng)的主機(jī)器人，這樣主機(jī)器人的研制和使用成本高；(3)控制復(fù)雜，現(xiàn)有主機(jī)器人系統(tǒng)與從機(jī)器人之間大多是異構(gòu)的，主從機(jī)器人之間的映射較復(fù)雜，計(jì)算量大，影響主從控制的穩(wěn)定性；(4)操作性能較差，現(xiàn)有主機(jī)器人系統(tǒng)都是穿戴型或大型落式的，前者一般具有隨遇平衡問(wèn)題，操作者容易產(chǎn)生疲勞后者要求操作者直立，長(zhǎng)時(shí)間操作后也會(huì)疲勞。
[0005]一般要求主機(jī)器人能夠具有較高的通用性，能控制多種不同的從機(jī)器人系統(tǒng)，這樣就可以降低主機(jī)器人的研制和使用成本；另外要求主機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，能夠與多種從機(jī)器人進(jìn)行簡(jiǎn)單的主從映射，從而簡(jiǎn)化主從控制，提高主從機(jī)器人系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，開(kāi)發(fā)一種能控制多種從機(jī)器人并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)、成本低廉的主機(jī)器人符合機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)和社會(huì)生產(chǎn)生活的需要。
[0006]模塊化的設(shè)計(jì)方法能夠解決主機(jī)器人的通用性差以及結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜等問(wèn)題。模塊化主機(jī)器人能夠通過(guò)改變自身僅有的幾種模塊的連接順序或方式而獲得多種不同構(gòu)型，也能夠通過(guò)模塊數(shù)量的增減改變自由度數(shù)目，以滿(mǎn)足不同的從機(jī)器人構(gòu)型或者任務(wù)要求，容易實(shí)現(xiàn)主從機(jī)器人之間的同構(gòu)映射。相比傳統(tǒng)主機(jī)器人，模塊化主機(jī)器人具有良好的適應(yīng)性、靈活性、和容錯(cuò)性以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。模塊化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，各模塊之間可以相互替換，實(shí)現(xiàn)快速組裝。
[0007]尤其是如前所述，目前還缺乏一種主機(jī)器人既能控制具有單端執(zhí)行器的從機(jī)器人(操作臂)，又能控制具有雙端執(zhí)行器的從機(jī)器人(例如雙臂機(jī)器人或者雙手爪攀爬機(jī)器人)。目前雙手爪攀爬機(jī)器人還不能實(shí)現(xiàn)自主或智能攀爬，需要人工遙控，但是目前缺乏有效的遙控方式和手段，示教盒和操縱桿都不直觀，造成示教或遙控很困難。因此需要開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、遙控直觀、便捷手持的主機(jī)器人。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方便、遙控直觀、便捷手持的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用，能對(duì)雙手爪攀爬機(jī)器人進(jìn)行遙控。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，包括有兩個(gè)手柄模塊、三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊共有七個(gè)模塊，各模塊依次以串聯(lián)方式用卡環(huán)連接，連接順序?yàn)?第一手柄模塊、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第一擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二手柄模塊，在第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊和第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊之間加入一個(gè)關(guān)節(jié)套筒，使得機(jī)器人首尾兩端結(jié)構(gòu)關(guān)于第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)，三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸互相平行，并自然地與兩端的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)軸垂直，兩個(gè)手柄模塊分別安裝在機(jī)器人的兩端，組成一個(gè)雙手爪式仿手臂主機(jī)器人。
[0010]上述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線重合的模塊；所述擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線垂直的關(guān)節(jié)模塊；所述手柄模塊是一種設(shè)置有多個(gè)控制按鈕的方便人手握持并操作的功能模塊。
[0011]本發(fā)明每個(gè)關(guān)節(jié)模塊具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，由外力或外力矩驅(qū)動(dòng)，其編碼器檢測(cè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，阻尼器對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)施加一定的阻尼。工作時(shí)由操作者雙手把持末端的兩個(gè)手柄控制主機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)從機(jī)器人跟隨，并通過(guò)手柄上的按鈕控制從機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì):
I)模塊化:由兩種單自由度的關(guān)節(jié)模塊和兩個(gè)手柄模塊構(gòu)成，模塊之間通過(guò)卡環(huán)實(shí)現(xiàn)連接和緊固，機(jī)器人的構(gòu)建和拆裝簡(jiǎn)單、方便和快速。構(gòu)型可變，自由度可變。
[0012]2)通用性強(qiáng)、靈活性好:模塊化的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得主機(jī)器人的構(gòu)型和自由度根據(jù)從機(jī)器人的具體情況而可變，因而主機(jī)器人適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的通用性和靈活性；尤其是既可以用于單操作端(例如操作臂)的從機(jī)器人遙控，也可以控制雙操作端的從機(jī)器人(例如雙臂機(jī)器人和雙手爪攀爬機(jī)器人)的遙控。
[0013]3)操作方便:由于結(jié)構(gòu)輕巧，可以雙手把持，偏于操作。
[0014]4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉:主機(jī)器人只有三種模塊組成,而每個(gè)模塊本身結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，這樣其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，研制、使用和維護(hù)成本低廉。
[0015]本發(fā)明構(gòu)建容易、構(gòu)型可變、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)、操作方便，容易實(shí)現(xiàn)與從機(jī)器人的同構(gòu)映射，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、建筑業(yè)、核工業(yè)和化工等領(lǐng)域具有單端執(zhí)行器或雙端執(zhí)行器的從機(jī)器人遙控。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的雙操作端主機(jī)器人外觀圖；
圖2是本發(fā)明的雙操作端主機(jī)器人機(jī)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊外觀圖；
圖4是本發(fā)明的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊剖面圖；
圖5是本發(fā)明的擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊外觀圖；
圖6是本發(fā)明的擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊剖面圖；
圖7是本發(fā)明的手柄模塊外觀圖；
圖8是本發(fā)明的手柄模塊剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例:
本發(fā)明模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人的外觀圖和機(jī)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示，包括有兩個(gè)手柄模塊001、三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊003、兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊002共有七個(gè)模塊，各模塊依次以串聯(lián)方式用卡環(huán)連接，連接順序?yàn)?第一手柄模塊、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第一擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二手柄模塊，在第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊和第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊之間加入一個(gè)關(guān)節(jié)套筒005，使得機(jī)器人首尾兩端結(jié)構(gòu)關(guān)于第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)，三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊003的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸互相平行，并自然地與兩端的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊002的關(guān)節(jié)軸垂直，兩個(gè)手柄模塊001分別安裝在機(jī)器人的兩端，組成一個(gè)雙手爪式仿手臂主機(jī)器人。
[0018]上述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線重合的模塊；所述擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線垂直的關(guān)節(jié)模塊；所述手柄模塊是一種設(shè)置有多個(gè)控制按鈕的方便人手握持并操作的功能模塊。
[0019]上述七個(gè)模塊之間的電氣連接通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)。七個(gè)模塊之間的電氣連接通過(guò)模塊側(cè)面的micro USB接口實(shí)現(xiàn)。
[0020]圖3和圖4所示分別為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊002的外觀圖和剖面圖，上述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊002包括有第一轉(zhuǎn)動(dòng)基101、帶USB接頭的數(shù)據(jù)線102、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103、編碼器104、雙頭螺柱105、對(duì)角螺釘106、編碼器安裝板107、阻尼器108、轉(zhuǎn)動(dòng)軸109、球軸承110、推力軸承111、第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座112、連接螺釘113、緊定螺釘114 ;各零部件的連接方式為:轉(zhuǎn)動(dòng)軸109與第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座112的一個(gè)叉耳通過(guò)連接螺釘113實(shí)現(xiàn)固連；轉(zhuǎn)動(dòng)軸109和第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座112與第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101之間通過(guò)球軸承110和推力軸承111實(shí)現(xiàn)軸向和徑向定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)相同的單向阻尼器108背靠背套于轉(zhuǎn)動(dòng)軸109上，兩端被第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101和編碼器安裝板107壓緊，一端的凸臺(tái)與編碼器安裝板107的矩形槽緊配合；編碼器安裝板107通過(guò)對(duì)角螺釘106固連到第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101內(nèi)腔的凸臺(tái)上；編碼器104由緊定螺釘114固連到編碼器安裝板107上；轉(zhuǎn)動(dòng)軸109貫穿阻尼器108和編碼器安裝板107，末端伸入編碼器104的中心孔中與編碼器104的碼盤(pán)固連；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103通過(guò)雙頭螺柱105固定在編碼器安裝板107上，與編碼器104的端面存在間隙，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口對(duì)準(zhǔn)第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101上的兩個(gè)孔；帶USB接頭的數(shù)據(jù)線102穿過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101上的孔與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸。
[0021]上述數(shù)據(jù)線102帶micro USB接頭；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口是micro USB電氣接口 ；編碼器安裝板107通過(guò)四個(gè)對(duì)角螺釘106固連到第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座101內(nèi)腔的凸臺(tái)上；編碼器104由四個(gè)緊定螺釘114固連到編碼器安裝板107上；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器103通過(guò)兩個(gè)雙頭螺柱105固定在編碼器安裝板107上；轉(zhuǎn)動(dòng)軸109與第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座112的一個(gè)叉耳通過(guò)三個(gè)連接螺釘113實(shí)現(xiàn)固連。
[0022]圖5和圖6所示分別為擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊003的外觀圖和剖面圖，上述擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊003包括有第一擺動(dòng)基座201、擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器202、帶USB接頭的數(shù)據(jù)線203、雙頭螺柱204、銷(xiāo)釘205、對(duì)角螺釘206、編碼器207、轉(zhuǎn)動(dòng)軸208、第一法蘭軸承(209)、端面軸承(210)、阻尼器211、第二擺動(dòng)基座212、緊定螺釘213、第二法蘭軸承214 ;轉(zhuǎn)動(dòng)軸208的端蓋與第二擺動(dòng)基座212通過(guò)四個(gè)緊定螺釘213實(shí)現(xiàn)軸向定位，端蓋側(cè)邊的平面與第二擺動(dòng)基座212緊配合接觸，實(shí)現(xiàn)切向定位，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)軸208與第二擺動(dòng)基座212固連；第一擺動(dòng)基座201的兩個(gè)支耳通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)軸208連接；第一法蘭軸承209、端面軸承210和第二法蘭軸承214三個(gè)滑動(dòng)軸承套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸208上，把相互轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)零部件隔開(kāi)；兩個(gè)相同的單向阻尼器211背靠背套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸208上，其徑向凸耳通過(guò)銷(xiāo)釘205與第一擺動(dòng)基座201端面上的兩個(gè)小支耳固連，限制其轉(zhuǎn)動(dòng)；編碼器207由對(duì)角螺釘206固連到第一擺動(dòng)基座201的S型支耳的外側(cè)面，轉(zhuǎn)動(dòng)軸208的末端伸入其中心孔中與編碼器207固連；擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器202通過(guò)雙頭螺柱204固定在第一擺動(dòng)基座201，擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器202上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口對(duì)準(zhǔn)第一擺動(dòng)基座201上的兩個(gè)孔；帶USB接頭的數(shù)據(jù)線203穿過(guò)第一擺動(dòng)基座201上的孔與擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸。
[0023]上述數(shù)據(jù)線203是帶micro USB接頭的數(shù)據(jù)線；擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器202上設(shè)有的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口是micro USB電氣接口；轉(zhuǎn)動(dòng)軸208的端蓋與第二擺動(dòng)基座212通過(guò)四個(gè)緊定螺釘213實(shí)現(xiàn)軸向定位；編碼器207由對(duì)角螺釘206固連到第一擺動(dòng)基座201的S型支耳的外側(cè)面，擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器202通過(guò)雙頭螺柱204固定在第一擺動(dòng)基座201。
[0024]如圖7和圖8所示分別為手柄模塊的外觀圖和剖面圖,上述手柄模塊包括有手柄301、按鈕開(kāi)關(guān)305、第一按鈕安裝條307、第二按鈕安裝條308和手柄模塊處理器302構(gòu)成；第一按鈕安裝條307與第二按鈕安裝條308分別由螺釘304固定于手柄301底部的空腔內(nèi)，第一按鈕安裝條307與第二按鈕安裝條308兩者繞手柄301空腔的回轉(zhuǎn)中心分布；第一按鈕安裝條307上安裝有一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305，第二按鈕安裝條308上安裝有兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305，如此操作者可以很方便地通過(guò)拇指和食指控制這三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305 ;第一按鈕安裝條307上安裝的一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305及第二按鈕安裝條308上安裝的兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305通過(guò)排列組合可以產(chǎn)生8種不同的切換方便的工作模式；手柄模塊處理器302通過(guò)雙頭螺柱303固定在手柄301的頂部空腔內(nèi)。
[0025]本實(shí)施例中，上述第一按鈕安裝條307與第二按鈕安裝條308兩者繞手柄301空腔的回轉(zhuǎn)中心成90°分布；第一按鈕安裝條307上安裝的一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305及第二按鈕安裝條308上安裝的兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)305均是自鎖開(kāi)關(guān)。
[0026]本實(shí)施例中，上述第一按鈕安裝條307與第二按鈕安裝條308分別由兩個(gè)螺釘304固定于手柄301底部的空腔內(nèi)，手柄模塊處理器302通過(guò)兩個(gè)雙頭螺柱303固定在手柄301的頂部空腔內(nèi)；手柄模塊處理器302的上設(shè)計(jì)有用于與其他模塊連接的電氣接口，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸；手柄301的頂端還設(shè)有與其它模塊的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口。
[0027]本發(fā)明的工作原理如下:本發(fā)明的主機(jī)器人具有兩個(gè)操作端，操作者雙手握住這兩個(gè)手柄模塊，可以便捷地控制主機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，五個(gè)關(guān)節(jié)模塊檢測(cè)相應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。當(dāng)遙控只有一個(gè)操作端的從機(jī)器人時(shí)，根據(jù)兩手柄模塊之間的相對(duì)位姿通過(guò)主從機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)映射控制從機(jī)器人的末端的位姿，或者通過(guò)主從機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的一一映射控制從機(jī)器人的位姿；當(dāng)遙控具有兩個(gè)操作端的從機(jī)器人(例如雙臂機(jī)器人或雙手爪攀爬機(jī)器人或者雙臂機(jī)器人)時(shí)，根據(jù)兩個(gè)手柄模塊之間的相對(duì)位姿控制從機(jī)器人兩個(gè)末端的位姿，或者利用主機(jī)器人結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，根據(jù)兩個(gè)手柄模塊相對(duì)中心的位姿的變化分別控制從機(jī)器人的兩個(gè)末端，或者通過(guò)主從機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的一一映射控制從機(jī)器人的位姿。手柄上的按鈕控制從機(jī)器人末端執(zhí)行器的動(dòng)作。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于包括有兩個(gè)手柄模塊(001)、三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(003)、兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(002)共有七個(gè)模塊，各模塊依次以串聯(lián)方式用卡環(huán)連接，連接順序?yàn)?第一手柄模塊、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第一擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第二手柄模塊，在第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊和第三擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊之間加入一個(gè)關(guān)節(jié)套筒(005)，使得機(jī)器人首尾兩端結(jié)構(gòu)關(guān)于第二擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱(chēng)，三個(gè)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(003)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸互相平行，并自然地與兩端的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(002)的關(guān)節(jié)軸垂直，兩個(gè)手柄模塊(001)分別安裝在機(jī)器人的兩端，組成一個(gè)雙手爪式仿手臂主機(jī)器人。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線重合的模塊；所述擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度且關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸與模塊本身中心線垂直的關(guān)節(jié)模塊；所述手柄模塊是一種設(shè)置有多個(gè)控制按鈕的方便人手握持并操作的功能模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述七個(gè)模塊之間的電氣連接通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(002)包括有第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)、帶USB接頭的數(shù)據(jù)線(102)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)、編碼器(104)、雙頭螺柱(105)、對(duì)角螺釘(106)、編碼器安裝板(107)、阻尼器(108)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)、球軸承(110)、推力軸承(111)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座(112)、連接螺釘(113)、緊定螺釘(114);各零部件的連接方式為:轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)與第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座(112)的一個(gè)叉耳通過(guò)連接螺釘(113)實(shí)現(xiàn)固連；轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)和第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座(112)與第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)之間通過(guò)球軸承(110)和推力軸承(111)實(shí)現(xiàn)軸向和徑向定位的同時(shí)實(shí)現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；兩個(gè)相同的單向阻尼器(108)背靠背套于轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)上，兩端被第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)和編碼器安裝板(107)壓緊，一端的凸臺(tái)與編碼器安裝板(107)的矩形槽緊配合；編碼器安裝板(107)通過(guò)對(duì)角螺釘(106)固連到第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)內(nèi)腔的凸臺(tái)上；編碼器(104)由緊定螺釘(114)固連到編碼器安裝板(107)上；轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)貫穿阻尼器(108)和編碼器安裝板(107)，末端伸入編碼器(104)的中心孔中與編碼器(104)的碼盤(pán)固連；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)通過(guò)雙頭螺柱(105)固定在編碼器安裝板(107)上，與編碼器(104)的端面存在間隙，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口對(duì)準(zhǔn)第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)上的兩個(gè)孔；帶USB接頭的數(shù)據(jù)線(102)穿過(guò)第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)上的孔與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述數(shù)據(jù)線(102)帶micro USB接頭；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口是micro USB電氣接口 ；編碼器安裝板(107)通過(guò)四個(gè)對(duì)角螺釘(106)固連到第一轉(zhuǎn)動(dòng)基座(101)內(nèi)腔的凸臺(tái)上；編碼器(104)由四個(gè)緊定螺釘(114)固連到編碼器安裝板(107)上；回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(103)通過(guò)兩個(gè)雙頭螺柱(105)固定在編碼器安裝板(107)上；轉(zhuǎn)動(dòng)軸(109)與第二轉(zhuǎn)動(dòng)基座(112)的一個(gè)叉耳通過(guò)三個(gè)連接螺釘(113)實(shí)現(xiàn)固連。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊(003)包括有第一擺動(dòng)基座(201)、擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)、帶USB接頭的數(shù)據(jù)線(203)、雙頭螺柱(204)、銷(xiāo)釘(205)、對(duì)角螺釘(206)、編碼器(207)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)、第一法蘭軸承(209)、端面軸承(210)、阻尼器(211)、第二擺動(dòng)基座(212)、緊定螺釘(213)、第二法蘭軸承(214);轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)的端蓋與第二擺動(dòng)基座(212)通過(guò)四個(gè)緊定螺釘(213)實(shí)現(xiàn)軸向定位，端蓋側(cè)邊的平面與第二擺動(dòng)基座(212)緊配合接觸，實(shí)現(xiàn)切向定位，從而使轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)與第二擺動(dòng)基座(212)固連；第一擺動(dòng)基座(201)的兩個(gè)支耳通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)連接；第一法蘭軸承(209)、端面軸承(210)和第二法蘭軸承(214)三個(gè)滑動(dòng)軸承套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)上，把相互轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)零部件隔開(kāi)；兩個(gè)相同的單向阻尼器(211)背靠背套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)上，其徑向凸耳通過(guò)銷(xiāo)釘(205)與第一擺動(dòng)基座(201)端面上的兩個(gè)小支耳固連，限制其轉(zhuǎn)動(dòng)；編碼器(207)由對(duì)角螺釘(206)固連到第一擺動(dòng)基座(201)的S型支耳的外側(cè)面，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)的末端伸入其中心孔中與編碼器(207)固連；擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)通過(guò)雙頭螺柱(204)固定在第一擺動(dòng)基座(201)，擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)上的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口對(duì)準(zhǔn)第一擺動(dòng)基座(201)上的兩個(gè)孔；帶USB接頭的數(shù)據(jù)線(203)穿過(guò)第一擺動(dòng)基座(201)上的孔與擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述數(shù)據(jù)線(203)是帶micro USB接頭的數(shù)據(jù)線；擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊處理器(202)上設(shè)有的兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的USB電氣接口是micro USB電氣接口 ；轉(zhuǎn)動(dòng)軸(208)的端蓋與第二擺動(dòng)基座(212)通過(guò)四個(gè)緊定螺釘(213)實(shí)現(xiàn)軸向定位；編碼器(207)由對(duì)角螺釘(206)固連到第一擺動(dòng)基座(201)的S型支耳的外側(cè)面，處理器(202)通過(guò)雙頭螺柱(204)固定在第一擺動(dòng)基座(201)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述手柄模塊包括有手柄(301)、按鈕開(kāi)關(guān)(305)、第一按鈕安裝條(307)、第二按鈕安裝條(308 )和手柄模塊處理器(302 )構(gòu)成；第一按鈕安裝條(307 )與第二按鈕安裝條(308 )分別由螺釘(304)固定于手柄(301)底部的空腔內(nèi)，第一按鈕安裝條(307)與第二按鈕安裝條(308)兩者繞手柄(301)空腔的回轉(zhuǎn)中心分布；第一按鈕安裝條(307)上安裝有一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305)，第二按鈕安裝條(308)上安裝有兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305)，如此操作者可以很方便地通過(guò)拇指和食指控制這三個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305 );第一按鈕安裝條(307 )上安裝的一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305)及第二按鈕安裝條(308)上安裝的兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305)通過(guò)排列組合可以產(chǎn)生8種不同的切換方便的工作模式；手柄模塊處理器(302)通過(guò)雙頭螺柱(303)固定在手柄(301)的頂部空腔內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述第一按鈕安裝條(307)與第二按鈕安裝條(308)兩者繞手柄(301)空腔的回轉(zhuǎn)中心成90°分布；第一按鈕安裝條(307)上安裝的一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305)及第二按鈕安裝條(308)上安裝的兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)(305 )均是自鎖開(kāi)關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模塊化的手持式雙操作端主機(jī)器人，其特征在于上述第一按鈕安裝條(307)與第二按鈕安裝條(308)分別由兩個(gè)螺釘(304)固定于手柄(301)底部的空腔內(nèi)，手柄模塊處理器(302)通過(guò)兩個(gè)雙頭螺柱(303)固定在手柄(301)的頂部空腔內(nèi)；手柄模塊處理器(302)的上設(shè)計(jì)有用于與其他模塊連接的電氣接口，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸；手柄(301)的頂端還設(shè)有與其它模塊的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口。
【文檔編號(hào)】B25J3/00GK104149081SQ201410364307
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】鄭志芳, 管貽生, 蘇滿(mǎn)佳, 胡杰, 吳品弘 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)