外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)遙控操作機(jī)器人的人機(jī)交互裝置，特別是涉及一種檢測人手臂關(guān)節(jié)信息的檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人早已經(jīng)被廣泛地用來代替工人完成一些簡單和重復(fù)性的勞動(dòng)。然而，由于人們?cè)絹碓疥P(guān)注機(jī)器人在復(fù)雜、危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境中的應(yīng)用，而現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人又不能很好的應(yīng)對(duì)多變的環(huán)境，因而如何使機(jī)器人能夠靈活、智能的為人類服務(wù)，已成為現(xiàn)在機(jī)器人研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)問題。
[0003]機(jī)器人有兩個(gè)發(fā)展方向:一、全自主方式工作的機(jī)器人，二、遙控操作的機(jī)器人。全自主方式工作的機(jī)器人一直是科研工作者所追求的目標(biāo)。然而上世紀(jì)八十年代以來對(duì)智能機(jī)器人的研究表明全自主式智能機(jī)器人的應(yīng)用在今后可以預(yù)見的時(shí)間內(nèi)是難以實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)閹醉?xiàng)支撐技術(shù)——控制、傳感和人工智能等目前還不能滿足發(fā)展全自主式智能機(jī)器人的需要。但是，隨著原子能技術(shù)、空間技術(shù)和海洋技術(shù)的迅速發(fā)展，迫切需要大量能在危險(xiǎn)環(huán)境下工作的機(jī)器人，因而工作在交互方式下遙控操作的機(jī)器人是一種現(xiàn)實(shí)可行的選擇。工作在交互方式下的遙控操作的作機(jī)器人是完成遠(yuǎn)程作業(yè)任務(wù)的有力手段，所謂交互技術(shù)包括人與機(jī)器人的交互以及機(jī)器人與環(huán)境的交互。前者的意義在于由人去完成機(jī)器人在空間未知環(huán)境或任務(wù)中難以做到的規(guī)劃和決策，后者的意義在于由機(jī)器人去完成人所不宜到達(dá)或不能到達(dá)的空間環(huán)境中的作業(yè)任務(wù)。例如，在原子能利用、空間探測、海洋開發(fā)、排險(xiǎn)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0004]手臂是人與外界進(jìn)行接觸及意識(shí)表達(dá)的主要媒介之一。人與機(jī)器人進(jìn)行交互的傳統(tǒng)接口設(shè)備無非就是按鈕、手柄等，只能是間斷性的操作按鈕進(jìn)行簡單運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)備，但隨著遙控操作機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)越來越復(fù)雜，對(duì)機(jī)械手的靈活性提出了更高的要求，控制機(jī)械手多個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，成為技術(shù)關(guān)鍵?，F(xiàn)有的交互裝置又不能滿足機(jī)器人對(duì)其靈活性的要求。所以手臂的靈巧性被犧牲了，不能讓人腦更好的解放出來，阻礙了人對(duì)系統(tǒng)控制意識(shí)表達(dá)的全面性與靈活性，導(dǎo)致機(jī)器人難以在惡劣和危險(xiǎn)的環(huán)境下迅速完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有人機(jī)交互接口不能及時(shí)高效的表達(dá)人對(duì)機(jī)器人的控制意識(shí)；不能滿足人對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)靈活性的要求。提出了一種外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測
>J-U ρ?α裝直。
[0006]本發(fā)明涉及一種外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置。該裝置主要采用了外骨架的結(jié)構(gòu)形式，能適應(yīng)不同手臂大小的設(shè)計(jì)理念。在本設(shè)計(jì)中，信號(hào)的檢測、采集、傳遞、處理等環(huán)節(jié)，都考慮到精度、可靠性及實(shí)時(shí)性等。為完成對(duì)手臂關(guān)節(jié)之間角度的測量，設(shè)計(jì)的該手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置的各個(gè)關(guān)節(jié)和人手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相對(duì)應(yīng)的外骨架，通過角度傳感器，獲取手臂的運(yùn)動(dòng)信息。將采集到的角度信息交給單片機(jī)、PLC、計(jì)算機(jī)等信息處理設(shè)備進(jìn)行處理。
[0007]本發(fā)明的具體技術(shù)方案:該發(fā)明的核心內(nèi)容是一套能適應(yīng)不同手臂大小的外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置的設(shè)計(jì)。該裝置是一個(gè)具有7個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的機(jī)械手臂，每個(gè)關(guān)節(jié)都有一個(gè)霍爾角度傳感器與之對(duì)應(yīng)。佩戴在人的肩部、手臂上，可跟隨人的手臂自由運(yùn)動(dòng)。外骨架的肩部關(guān)節(jié)可檢測人手臂的前后擺動(dòng)、左右方向的抬放臂及繞上臂中軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；外骨架肘關(guān)節(jié)檢測前臂相對(duì)于上臂的彎曲運(yùn)動(dòng)及前臂繞其中軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；外骨架腕關(guān)節(jié)檢測手以手背面為參考面相對(duì)于手臂的彎曲運(yùn)動(dòng)及左右擺動(dòng)。為了適應(yīng)不同人的手臂，分別在上臂、前臂設(shè)計(jì)了長度手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及長度自動(dòng)適應(yīng)裝置。
【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0009]圖1外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置等軸測圖。
[0010]圖2上臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011 ]圖3腕關(guān)節(jié)不意圖。
[0012]圖4射關(guān)節(jié)不意圖。
[0013]圖5肩關(guān)節(jié)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明主要結(jié)構(gòu)及零件:
1.肩關(guān)節(jié)2.上臂 3.肘關(guān)節(jié) 4.前臂 5.腕關(guān)節(jié)11.彈簧腔導(dǎo)向套12.螺釘13.傳感器座14.齒輪護(hù)罩15.傳感器16.軸17.齒輪18腕部遠(yuǎn)端齒輪箱19.萬向連接頭 20.腕部近端齒輪箱31.齒輪軸32.彈簧腔33.滑塊34.彈簧腔滑槽35.復(fù)位彈簧36.彈簧定位塊
41.肘關(guān)節(jié)連接頭42.肩肘關(guān)節(jié)齒輪箱43.肩肘關(guān)節(jié)聯(lián)接塊44.齒輪軸導(dǎo)向塊 51.手臂基座齒輪箱52.肩部基座
如圖1所示，所述的外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置包括肩關(guān)節(jié)1、上臂2、肘關(guān)節(jié)3、前臂4、腕關(guān)節(jié)5。
[0015]如圖2所示，所述的外骨架式手臂關(guān)節(jié)信息檢測裝置為了適應(yīng)不同人的手臂，分別在上臂2、前臂4中設(shè)計(jì)了長度手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置及長度自動(dòng)適應(yīng)裝置。由于上臂2、前臂4的結(jié)構(gòu)及工作原理相同，下面以上臂2來說明上臂2及前臂4的工作原理。上臂2由齒輪軸31、螺釘12、彈簧腔32、滑塊33、彈簧腔導(dǎo)向套11、彈簧35及彈簧定位塊36組成。手臂長度手動(dòng)調(diào)節(jié)原理是:松掉螺釘12，使彈簧腔32相對(duì)齒輪軸31可以自由滑動(dòng)，手動(dòng)調(diào)節(jié)手臂至合適的長度，將緊固螺釘12擰緊，使彈簧腔32相對(duì)齒輪軸31不可相對(duì)滑動(dòng)。長度自動(dòng)適應(yīng)裝置工作原理是:手臂在運(yùn)動(dòng)的過程中，如果需要進(jìn)行長度補(bǔ)償，則彈簧腔導(dǎo)向套11帶動(dòng)滑塊33沿彈簧腔滑槽34運(yùn)動(dòng)，在不需要長度補(bǔ)償?shù)那闆r下，復(fù)位彈簧35提供回復(fù)力，自動(dòng)調(diào)節(jié)手臂的長度。
[0016]如圖3所示，腕關(guān)節(jié)5的運(yùn)動(dòng)分解為以手背為基準(zhǔn)面左右方向的擺動(dòng)及垂直于該基準(zhǔn)面方向的彎曲運(yùn)動(dòng)。腕關(guān)節(jié)5檢測機(jī)構(gòu)由彈簧腔導(dǎo)向套11、螺釘12、傳感器座13、齒輪護(hù)罩14、傳感器15、軸16、齒輪17、腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18、萬向連接頭19及腕部近端齒輪箱20組成。腕關(guān)節(jié)5在垂直于手背面的基準(zhǔn)面內(nèi)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作檢測原理是:腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18遠(yuǎn)端通過柔性材料和手部相連，使得外骨架腕關(guān)節(jié)5可以跟隨人手腕在垂直于手背面的基準(zhǔn)面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。傳感器15安裝在傳感器座13上，然后用螺釘12將其安裝在腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18上。同時(shí)，將傳感器15軸上的齒輪17安裝于腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18的內(nèi)部型腔中，并保證傳感器15的軸和其上齒輪17之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。將軸16上的齒輪置于腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18的內(nèi)部型腔中，卡上齒輪護(hù)罩14，通過軸16將腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18和萬向連接頭19聯(lián)接。并保證軸16和萬向連接頭19、軸16和其上的齒輪17不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)手腕在垂直于手背面的基準(zhǔn)面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，腕部遠(yuǎn)端齒輪箱18及其上的零件繞萬向連接頭19上的軸16運(yùn)動(dòng)，引起軸16上的齒輪17和傳感器15軸上的齒輪17之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)傳感器
15的軸旋轉(zhuǎn)。進(jìn)而獲得角度信息。腕關(guān)節(jié)5以手背為基準(zhǔn)面左右方向的擺動(dòng)檢測原理是:傳感器15安裝在傳感器座13上，然后用螺釘12將其安裝在腕部近端齒輪箱20上。同時(shí)，將傳感器15軸上的齒輪17安裝于腕部近端齒輪箱20的內(nèi)部型腔中，并保證傳感器15的軸和其上齒輪17之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。將軸16上的齒輪置于腕部近端齒輪箱20的內(nèi)部型腔中，卡上齒輪護(hù)罩14，通過軸16將腕部近端齒輪箱20和萬向連接頭19聯(lián)接。并保證軸16和