[發(fā)明專利]一種輕量化的機械臂機構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310176775.X
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號: CN103223669A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設計）人: 王碩;譚民;王宇;周超
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J18/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發(fā)明涉及機電一體化技術領域，具體涉及可供水下機器人等機器人系統(tǒng)使用的輕量化的機械臂機構。

背景技術

隨著科學技術的發(fā)展，海洋資源的開發(fā)備受關注，海洋擁有豐富的礦物質、石油和天然氣等能源，海洋資源的開發(fā)是解決能源短缺的重要措施。水下機器人是海洋資源開發(fā)最重要的基礎設施，利用水下機器人能夠完成大量人類無法完成的工作，為了完成抓取任務，水下機器人一般都會配備作業(yè)臂來抓取目標。

《HUST?8F自動更換工具作業(yè)機械手運動學及計算機仿真系統(tǒng)研究》(機械與電子，2003(3)：67-71)中的HUST-8F水下作業(yè)臂，具有六個自由度，采用液壓驅動；《基于能源消耗最下的自治水下機器人-機械手系統(tǒng)協(xié)調運動研究》(機器人，2006：28(4)：444-452)提到的三自由度水下機械手采用連桿機構，由內藏的直線步進電機驅動；《水下機械手控制系統(tǒng)研究》(機械設計與制造，2009：185-187)中的水下機械手采用轉動關節(jié)式結構，具有四個自由度，采用伺服電機驅動，水下機械手各關節(jié)都采用電機內置式結構。上述提到的水下作業(yè)臂采用的電機或者液壓缸都安置在每個關節(jié)處，比較笨重，與本申請的機械結構有很大區(qū)別。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種具有臂身重量輕、結構緊湊、作業(yè)穩(wěn)定的機械臂，可配備在各類機器人系統(tǒng)上使用。本發(fā)明將電機和驅動器集成在防水基座內，通過傳動裝置驅動機械臂的各軸，從而有效降低了大臂、小臂等各連桿和關節(jié)的重量，并能保證機械臂實現(xiàn)穩(wěn)定的抓取。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一種輕量化的機械臂機構，其包括大臂、小臂、抓手、防水基座、驅動機構、電源裝置和控制裝置；所述驅動機構包括分別用于驅動大臂、小臂和抓手的同步帶輪式驅動機構，所述同步帶輪式驅動機構由電機通過同步帶傳動的方式來驅動大臂、小臂和抓手的運動；所述防水基座、驅動機構、電源裝置和控制裝置集中裝配在防水基座內；所述電源裝置用于向電機和控制裝置供電，所述控制裝置用于控制電機的運動。

所述防水基座：位于臂身的下方，內部放置大臂電機、小臂電機、抓手電機、電源裝置、控制裝置，采用ABS材料制作，通過密封圈進行密封，具有防水功能。

所述驅動機構：包括電機、同步帶輪機構。其中，所述電機放置在所述防水基座中，每個所述電機再進行軸密封對其進行防水，所述同步帶輪包括電機輸出端的主動輪、從動輪、以及連接所述主動輪與從動輪之間同步帶。所述電機通過同步帶輪機構帶動所述臂身來進行水下作業(yè)。

所述控制裝置：包括PC104工控機、基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的驅動模塊和電機驅動器。由PC104工控機運行機械臂的逆運動學解算、閉環(huán)控制等算法并將結果輸出至基于FPGA的驅動模塊，由基于FPGA的驅動模塊將PC104工控機的輸入轉換為PWM信號輸出至電機驅動器驅動所述電機運動。

所述電源裝置：放置在防水基座中，是對所述電機和對所述控制裝置供電的充電電池組。

本發(fā)明可供水下機器人等機器人系統(tǒng)使用，采用以上技術方案，具有結構緊湊，防水易實現(xiàn)，臂身重量輕等特點，將帶動機械臂的電機、所述電源裝置、所述控制裝置放置在一起，密封在所述防水基座中，進行統(tǒng)一的防水，每個電機再進行軸密封，簡單易實現(xiàn)。大臂、小臂、抓手采用鋁制材料制作，其電機和驅動器都放置在防水基座中，臂身部分只有連桿，并在連桿上開槽以減輕臂身的重量，在作業(yè)時整個機械臂的質量集中在防水基座中，使機械臂能更穩(wěn)定的完成水下作業(yè)。

附圖說明

圖1示出了本發(fā)明中輕量化的機械臂機構的整體結構示意圖；

圖2示出了本發(fā)明中輕量化的機械臂機構的俯視裝配示意圖；

圖3示出了本發(fā)明中輕量化的機械臂機構的左視裝配示意圖；

圖4示出了本發(fā)明中輕量化的機械臂機構的右視裝配示意圖；

圖5示出了本發(fā)明中輕量式的機械臂機構的臂身結構示意圖

圖6給出了本發(fā)明中輕量化三維機械臂機構中的控制裝置結構圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1示出了本發(fā)明公開的一種輕量化的機械臂機構的整體結構示意圖。圖2示出了本發(fā)明公開的輕量化的機械臂機構的俯視裝配示意圖；圖3示出了本發(fā)明公開的輕量化的機械臂機構的左視裝配示意圖；圖4示出了本發(fā)明公開的輕量化的機械臂機構的右視裝配示意圖；圖5示出了本發(fā)明公開的輕量式的機械臂機構臂身結構示意圖。