專利名稱：小型模塊化機械手臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種機械手臂，特別是涉及ー種小型模塊化機械手臂。
背景技術(shù)：
機械手臂是目前在機械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實際應(yīng)用的自動化機械裝置，在エ業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影。機械手臂能夠接受指令，精確地定位到三維(或ニ維)空間上的某一點進行作業(yè)。由于不同的機械手臂功能各不相同，其結(jié)構(gòu)、運動方式、控制系統(tǒng)也千差萬別。然而，目前教育市場上缺乏ー種能通過自由重構(gòu)來模擬各種機械手臂的通用的機械手臂。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中缺乏ー種能夠通過自由重構(gòu)來模擬各種機械手臂的機械手臂的缺陷，提供ー種小型模塊化機械手臂。本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的ー種小型模塊化機械手臂，其特點在于，所述機械手臂包括依次串聯(lián)為一體的一底座、若干旋轉(zhuǎn)模塊及一手爪模塊，所述底座通過ー第一轉(zhuǎn)動模塊與所述旋轉(zhuǎn)模塊連接，每兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊之間通過一第二轉(zhuǎn)動模塊連接，所述手爪模塊通過另一所述第一轉(zhuǎn)動模塊與所述旋轉(zhuǎn)模塊連接。較佳地，所述機械手臂還包括一數(shù)字伺服舵機，所述旋轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊均與所述數(shù)字伺服舵機連接。較佳地，所述若干旋轉(zhuǎn)模塊包括若干第一旋轉(zhuǎn)模塊和若干第二旋轉(zhuǎn)模塊。較佳地，所述旋 轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊內(nèi)均嵌有一運動控制単元、一伺服驅(qū)動單元、一通訊單元以及多種傳感器。較佳地，所述多種傳感器包括一反饋傳感器、一速度傳感器、一力矩傳感器及一溫度傳感器。較佳地，所述若干旋轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊之間采用菊花鏈方式或并行方式串聯(lián)。較佳地，所述第一轉(zhuǎn)動模塊和所述第二轉(zhuǎn)動模塊為U型模塊、L型模塊或筒形模塊。本實用新型中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本實用新型各較佳實施例。本實用新型的積極進步效果在于本實用新型小型模塊機械手臂功能豐富，機構(gòu)簡潔，方便用戶二次開發(fā)，自由組合出多種自由度。其中，所述機械手臂的各模塊具有不同的運動方式，且各模塊具有統(tǒng)ー的機械與電路接ロ，互換性好。

圖1為本實用新型較佳實施例中第一旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖2為本實用新型較佳實施例中第二旋轉(zhuǎn)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型較佳實施例中手爪模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術(shù)方案。如圖1-4所示，本實用新型小型模塊化機械手臂包括依次串聯(lián)為一體的一底座6、若干旋轉(zhuǎn)模塊及一手爪模塊5。其中，所述若干旋轉(zhuǎn)模塊包括若干第一旋轉(zhuǎn)模塊I和若干第ニ旋轉(zhuǎn)模塊2。第一旋轉(zhuǎn)模塊I用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，且具有較大的驅(qū)動カ矩。第二旋轉(zhuǎn)模塊2也用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，且具有較小的驅(qū)動カ矩。底座6通過ー第一轉(zhuǎn)動模塊3與第一旋轉(zhuǎn)模塊I連接，每兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊之間通過一第二轉(zhuǎn)動模塊4連接。手爪模塊5通過另ー第一轉(zhuǎn)動模塊3與第二旋轉(zhuǎn)模塊2連接。第一轉(zhuǎn)動模塊3用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能，且具有較大的驅(qū)動カ矩。第二轉(zhuǎn)動模塊4也用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能，且具有較小的驅(qū)動カ矩。手爪模塊5用于實現(xiàn)夾取功能。上述各種模塊的具體數(shù)量可由用戶實際使用需要自由增減。進ー步地，所述機械手臂還包括一數(shù)字伺服舵機(圖中未示)。第一旋轉(zhuǎn)模塊1、第ニ旋轉(zhuǎn)模塊2、第一轉(zhuǎn)動模塊3、第二轉(zhuǎn)動模塊4及手爪模塊5均與所述數(shù)字伺服舵機連接。各種模塊以所述數(shù)字伺服舵機為動カ核心。各模塊具有或者旋轉(zhuǎn)或者轉(zhuǎn)動或者夾取的運動方式，并且其輸出力矩分為大小兩級，以帶動不同負載。此處，本實用新型涉及的舵機是ー種數(shù)字舵機，其功能是ー種可通過數(shù)字協(xié)議控制其運動速度、旋轉(zhuǎn)角度、輸出力矩大小的動カ單元。此外，它還具有舵機內(nèi)部溫度過高時的自動保護，即過熱保護功能。優(yōu)選地，在第一旋轉(zhuǎn)模塊1、第二旋轉(zhuǎn)模塊2、第一轉(zhuǎn)動模塊3、第二轉(zhuǎn)動模塊4及手爪模塊5內(nèi)均嵌有一運動控制単元、一伺服驅(qū)動單元、一通訊單元以及多種傳感器(圖中未示)。所述多種傳感器可以包括一反饋傳感器、一速度傳感器、一力矩傳感器及一溫度傳感器。各種模塊內(nèi)嵌電機、減速器、傳感器、CPU、通信模塊，并且各種模塊均采用控制、驅(qū)動、通訊、傳感一體化設(shè)計。其具有電壓過高保護、溫度過熱保護及負載カ矩過大保護，具有強大的數(shù)據(jù)傳感和軟硬件保護功能，可實現(xiàn)位置、速度、カ矩、溫度反饋，自動實現(xiàn)位置閉環(huán)、速度閉環(huán)及カ矩閉環(huán)控制。若干第一旋轉(zhuǎn)模塊1、若干第二旋轉(zhuǎn)模塊2、第一轉(zhuǎn)動模塊3、第ニ轉(zhuǎn)動模塊4及手爪模塊5之間可以采用菊花鏈方式或并行方式串聯(lián)。模塊間通過エ業(yè)RS485總線方式通訊，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)不會丟失。另外，第一轉(zhuǎn)動模塊3和第二轉(zhuǎn)動模塊4可以為U型模塊、L型模塊或筒形模塊，這些模塊為剛性連接件。機器人通過可重構(gòu)的模塊搭接而成，其中的剛性連接件有兩種長度可自由替換，用戶如果為了獲得較大的夾取重量，也可省略掉剛性連接件，將各模塊直接連接在一起。這樣手臂最短，負載カ最大。六自由度情況下，手臂的長度由610mm-810mm由用戶自由選擇安裝。另外，用戶還可以對六自由度小手臂減裝運動模塊，從而獲得由六自由度直至減少到一自由度的變化。總之，一套機械手臂根據(jù)用戶的需求可作出長度與自由度的多種改變，而且最終得到的手臂剛性好，各模塊間連接很方便。本實用新型采用標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議和圖形化控制軟件，可以很方便地對各個模塊進行調(diào)試設(shè)置和實時控制，實時讀取各模塊的狀態(tài)參數(shù)。其還提供三維仿真軟件，可實現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下的機器手臂實時控制；提供詳細的用戶使用手冊、二次開發(fā)手冊，提供標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)接ロ函數(shù)庫和豐富的二次開發(fā)函數(shù)庫，為用戶進行二次開發(fā)和高水平研究提供強有力支持。另外，各模塊具有不同的運動方式，且各模塊具有統(tǒng)ー的機械與電路接ロ，能夠自由互換。各模塊采用分布式控制方式，每個模塊即能獨立工作，又可多模塊聯(lián)合工作。各模塊帶有豐富的軟硬件保護，防止用戶使用不當(dāng)時損害機器手臂。綜上，本實用新型小型模塊化機械手臂面向教育教學(xué)市場，主要用于機械、自動化等學(xué)科的示范教學(xué)，具有可重構(gòu)可模塊化等諸多優(yōu)點，具有巨大的應(yīng)用市場。雖然以上描述了本實用新型的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述機械手臂包括依次串聯(lián)為一體的一底座、若干旋轉(zhuǎn)模塊及一手爪模塊，所述底座通過一第一轉(zhuǎn)動模塊與所述旋轉(zhuǎn)模塊連接，每兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊之間通過一第二轉(zhuǎn)動模塊連接，所述手爪模塊通過另一所述第一轉(zhuǎn)動模塊與所述旋轉(zhuǎn)模塊連接。
2.如權(quán)利要求1所述的小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述機械手臂還包括一數(shù)字伺服舵機，所述旋轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊均與所述數(shù)字伺服舵機連接。
3.如權(quán)利要求1所述的小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述若干旋轉(zhuǎn)模塊包括若干第一旋轉(zhuǎn)模塊和若干第二旋轉(zhuǎn)模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊內(nèi)均嵌有一運動控制單元、一伺服驅(qū)動單元、一通訊單元以及多種傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述多種傳感器包括一反饋傳感器、一速度傳感器、一力矩傳感器及一溫度傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的小型模塊化機械手臂，其特征在于，所述若干旋轉(zhuǎn)模塊、所述第一轉(zhuǎn)動模塊、所述第二轉(zhuǎn)動模塊及所述手爪模塊之間采用菊花鏈方式或并行方式串聯(lián)。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的小型模塊化機械手臂,其特征在于,所述第一轉(zhuǎn)動模塊和所述第二轉(zhuǎn)動模塊為U型模塊、L型模塊或筒形模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種小型模塊化機械手臂，所述機械手臂包括依次串聯(lián)為一體的一底座、若干旋轉(zhuǎn)模塊及一手爪模塊，所述底座通過一第一轉(zhuǎn)動模塊與所述旋轉(zhuǎn)模塊連接，每兩個所述旋轉(zhuǎn)模塊之間通過一第二轉(zhuǎn)動模塊連接，所述手爪模塊通過另一所述第一轉(zhuǎn)動模塊與所述轉(zhuǎn)動模塊連接。本實用新型功能豐富，機構(gòu)簡潔，方便用戶二次開發(fā)，自由組合出多種自由度。其中，所述機械手臂的各模塊具有不同的運動方式，且各模塊具有統(tǒng)一的機械與電路接口，互換性好。
文檔編號B25J18/04GK202878325SQ20122055720
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者肖占春, 龐作偉 申請人:上海未來伙伴機器人有限公司