全文摘要
本实用新型涉及一种机械臂控制装置，包括主控芯片、弹性绑带、手套、通信模块、蓄电池和传感器，传感器包括电位器一、电位器二、电位器三和传感器一，大臂弹性绑带外侧固定有连接件一，传感器一固定在大臂弹性绑带上，连接件一铰接有连接件二，连接件二另一端转动安装有与销轴一垂直的转动轴一，小臂前端弹性绑带外部固定有连接件四，连接件四铰接有连接件五，连接件五另一端转动安装有转动轴二，电位器三连接转动轴三，手套的手指背部设有曲变电阻，手套的手背处固定有比较电阻。本实用新型通过采集体感设备的实体传感器采集动作信息以完成控制。可控制机械臂跟随操作者的手臂进行动作，可做到各关节的角度对应于整体姿态的对应。
主设计要求
1.一种机械臂控制装置，其特征在于：包括主控芯片(8)、弹性绑带、手套(17)、通信模块、蓄电池(10)和传感器，主控芯片(8)连接蓄电池(10)和通信模块，传感器包括电位器一、电位器二、电位器三和传感器一(2)，弹性绑带包括大臂弹性绑带(1)、小臂后端弹性绑带(7)、小臂前端弹性绑带(11)和手掌弹性绑带(15)，大臂弹性绑带(1)外侧固定有连接件一(3)，传感器一(2)固定在大臂弹性绑带(1)上，连接件一(3)通过销轴一铰接有连接件二(4)，连接件二(4)另一端转动安装有与销轴一垂直的转动轴一(23)，转动轴一(23)的一端与电位器一连接，另一端固定有连接件三(6)，连接件三(6)与小臂后端弹性绑带(7)固定，小臂前端弹性绑带(11)外部固定有连接件四(20)，连接件四(20)通过销轴二铰接有连接件五(12)，连接件五(12)另一端转动安装有与销轴二垂直的转动轴二(24)，转动轴二(24)的一端与电位器二连接，另一端固定有连接件六(26)，连接件六(26)另一端与电位器三固定，电位器三连接转动轴三(18)，转动轴三(18)另一端固定有连接件七(25)，连接件七(25)与手掌弹性绑带(15)外部固定，手套(17)的手指背部设置有曲变电阻(27)，手套(17)的手背处固定有与曲变电阻(27)连接的比较电阻(16)，主控芯片(8)通过导线连接传感器一(2)、电位器一、电位器二、电位器三和比较电阻(16)。
设计方案
1.一种机械臂控制装置，其特征在于：包括主控芯片(8)、弹性绑带、手套(17)、通信模块、蓄电池(10)和传感器，主控芯片(8)连接蓄电池(10)和通信模块，传感器包括电位器一、电位器二、电位器三和传感器一(2)，弹性绑带包括大臂弹性绑带(1)、小臂后端弹性绑带(7)、小臂前端弹性绑带(11)和手掌弹性绑带(15)，大臂弹性绑带(1)外侧固定有连接件一(3)，传感器一(2)固定在大臂弹性绑带(1)上，连接件一(3)通过销轴一铰接有连接件二(4)，连接件二(4)另一端转动安装有与销轴一垂直的转动轴一(23)，转动轴一(23)的一端与电位器一连接，另一端固定有连接件三(6)，连接件三(6)与小臂后端弹性绑带(7)固定，小臂前端弹性绑带(11)外部固定有连接件四(20)，连接件四(20)通过销轴二铰接有连接件五(12)，连接件五(12)另一端转动安装有与销轴二垂直的转动轴二(24)，转动轴二(24)的一端与电位器二连接，另一端固定有连接件六(26)，连接件六(26)另一端与电位器三固定，电位器三连接转动轴三(18)，转动轴三(18)另一端固定有连接件七(25)，连接件七(25)与手掌弹性绑带(15)外部固定，手套(17)的手指背部设置有曲变电阻(27)，手套(17)的手背处固定有与曲变电阻(27)连接的比较电阻(16)，主控芯片(8)通过导线连接传感器一(2)、电位器一、电位器二、电位器三和比较电阻(16)。
2.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于：所述传感器一(2)为MPU6050，用于大臂的姿态采集。
3.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于：所述电位器一的外部固定有电位器壳体一(5)，转动轴一(23)通过轴承安装在电位器壳体一(5)上，电位器壳体一(5)通过螺柱与连接件二(4)固定，转动轴一(23)与电位器一的旋转轴固定，转动轴一(23)另一端固定有连接件九(22)，连接件九(22)另一端通过螺柱与连接件三(6)固定。
4.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于：所述电位器二的外部固定有电位器壳体二(13)，转动轴二(24)通过轴承安装在电位器壳体二(13)上，电位器壳体二(13)通过螺柱与连接件五(12)固定，转动轴二(24)与电位器二的旋转轴固定。
5.根据权利要求1所述的机械臂控制装置，其特征在于：所述电位器三的外部固定有电位器壳体三(14)，转动轴三(18)通过轴承安装在电位器壳体三(14)上，电位器壳体三(14)与连接件六(26)固定，转动轴三(18)与电位器三的旋转轴固定。
6.根据权利要求5所述的机械臂控制装置，其特征在于：转动轴二(24)另一端固定有连接件八(19)，连接件八(19)另一端通过螺柱与连接件六(26)固定。
7.根据权利要求5所述的机械臂控制装置，其特征在于：所述弹性绑带还包括电池弹性绑带(9)，电池弹性绑带(9)的外部与蓄电池(10)和主控芯片(8)固定。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于机械臂控制技术领域，具体涉及一种机械臂控制装置。
背景技术
目前的由多舵机构成的云台机械臂,通过传统的控制系统控制机械臂运转，但是不能很好的做到各关节的角度与整体姿态的对应。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种机械臂控制装置，解决目前的装置不能很好的做到各关节的角度与整体姿态的对应的问题。
本实用新型机械臂控制装置，包括主控芯片、弹性绑带、手套、通信模块、蓄电池和传感器，主控芯片连接蓄电池和通信模块，传感器包括电位器一、电位器二、电位器三和传感器一，弹性绑带包括大臂弹性绑带、小臂后端弹性绑带、小臂前端弹性绑带和手掌弹性绑带，大臂弹性绑带外侧固定有连接件一，传感器一固定在大臂弹性绑带上，连接件一通过销轴一铰接有连接件二，连接件二另一端转动安装有与销轴一垂直的转动轴一，转动轴一的一端与电位器一连接，另一端固定有连接件三，连接件三与小臂后端弹性绑带固定，小臂前端弹性绑带外部固定有连接件四，连接件四通过销轴二铰接有连接件五，连接件五另一端转动安装有与销轴二垂直的转动轴二，转动轴二的一端与电位器二连接，另一端固定有连接件六，连接件六另一端与电位器三固定，电位器三连接转动轴三，转动轴三另一端固定有连接件七，连接件七与手掌弹性绑带外部固定，手套的手指背部设置有曲变电阻，手套的手背处固定有与曲变电阻连接的比较电阻，主控芯片通过导线连接传感器一、电位器一、电位器二、电位器三和比较电阻。通过传感器和曲变电阻采集动作信息，传给主控芯片，主控芯片然后通过通信模块发送给机械臂完成一系列控制。工作方式为实时扫描式，控制延迟在通信距离无线通信不到50M内时，低于25ms。在有线通信方式时更短。
所述传感器一为MPU6050，用于大臂的姿态采集。
所述电位器一的外部固定有电位器壳体一，转动轴一通过轴承安装在电位器壳体一上，电位器壳体一通过螺柱与连接件二固定，转动轴一与电位器一的旋转轴固定，转动轴一另一端固定有连接件九，连接件九另一端通过螺柱与连接件三固定。
所述电位器二的外部固定有电位器壳体二，转动轴二通过轴承安装在电位器壳体二上，电位器壳体二通过螺柱与连接件五固定，转动轴二与电位器二的旋转轴固定。
所述电位器三的外部固定有电位器壳体三，转动轴三通过轴承安装在电位器壳体三上，电位器壳体三与连接件六固定，转动轴三与电位器三的旋转轴固定。
转动轴二另一端固定有连接件八，连接件八另一端通过螺柱与连接件六固定。
所述弹性绑带还包括电池弹性绑带，电池弹性绑带的外部与蓄电池和主控芯片固定。
通过绑定关节的电位器完成弯曲关节的动作采集是本设备动作采集的一大技术要点，其采集效果具有角度直接对应、信号及时性快速性高、精度高、抗干扰与复杂电磁环境下可靠性高的特点。采用的电位器可替换。
通过MPU6050采集机械结构无法部署的部分姿态信号是本设备的第二技术要点。由于手臂的轴向转动无法通过安装电位器采集，故通过MPU6050的四元数计算方案是较为可靠的采集方式。采集到的数据得出手臂的具体轴向旋转角度与对地角度(姿态角)等信息。
关节与手臂的信息为独立处理，即MPU6050在无法提供正确姿态信息的情况下，关节的姿态跟随仍可正常进行，是本设备的一大特点，其旨在保证设备的可靠性。
手掌的姿态采集设备为一个手套型的实体设备。传感器为近年出现的曲变电阻一种曲变半导体材料。通过固定在手套上的曲变电阻片完成对手指的弯曲程度的检测。
主控芯片在完成各姿态信息的采集后通过通信模块向机械臂发送执行信息。无线通讯中通过常见的checksum算法校验信息的完整性。
结构的设计是本设备第第四个技术要点。固定于手臂上的各个连接件需要在不造成测量误差的前提下尽量保证穿戴的舒适性、方便以及活动的灵活性。因此在固定的方式上，各固定点采用了柔性绑带来适应不同穿戴者。
手臂的固定处采用弹性与韧性好的绑带，具备可调的松紧，可通过尼龙扣来调节松紧，在不紧绷的状态下与手臂保持充足的摩擦，以保证固定点可以再手臂上不产生位移与旋转。
手臂上的固定绑带与连接件间有刚性固定，不会产生偏移。绑带与连接件间需要保持一定距离，采用刚性连接。
连接件的材料为一体式的高压注塑材料，在保证高强度的同时具备较低的密度以降低设备重量，方便穿戴时的移动与携带。
弹性绑带与连接件连接处利用支撑件连接，支撑件利用3D打印、环氧板或者标准件，
销轴一和销轴二的安装具有一定阻尼，在手臂活动时，可以适应骨骼位置变化带来的额外位移。销轴一和销轴二为过盈配合，以产生一定的摩擦使轴不易自由旋转。
电位器在穿戴后位于关节位置，电位器具有保护外壳，保护了电位器的实体结构与接线位置，材料采用注塑材料。电位器外壳具有一个固定轴，以保护电位器的轴。这个轴装有轴承，方便电位器灵活转动。小臂旋转处的电位器三的转动轴三采用了D形轴，其配合处也采用了同样形状。
曲变电阻其根部被完全固定，不会产生位移，而前段则可跟随手指弯曲而弯曲。前段没有设置任何固定措施，是为了保证材料的弯曲不会致使其在弯曲的过程中被拉伸从而导致误测。曲变电阻根部采用针线缝紧，且被保护于手套布料之下。由于曲变电阻为电阻式传感器件，因此需要使用电桥进行比较。比较电阻使用为单臂电桥结构。曲变电阻是一种功能类似于应变片的电阻式传感器，是一种半导体原件，通过半导体自身特性实现电阻随材料弯曲度变化的功能。曲变电阻的材料特性：材质相当柔软，具备很好地韧性，可以大角度弯曲。因此不同于传统的金属应变片被用于微小的形变检测，而是可以用于大角度的形变检测。
曲变电阻的型号为aruino flex sensor 2.2。
信息采集后的后续电路原设计为具备跟随器、反向放大器、调零电路的高精度放大电路，经过放大电路后输入主控芯片的A\/D转换单元中。主控芯片为单片机，其型号为Atmel的Mega328，在原设计上各传感器的导线应使用尼龙编织材料进行保护，且线材内部具有一层金属抗干扰层与一层韧带层，以保护线材。
导线应固定于连接件上以保证使用时导线不会被挂到。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
以控制多关节机械臂为主，以体感控制为主，通过不同于传统的图像采集体感设备的实体传感器采集动作信息以完成控制。在穿戴设备正常的情况下，可控制机械臂跟随操作者的手臂进行动作，可做到各关节的角度对应于整体姿态的对应，从而做到区别于传统操作设备的控制效果。动作跟随的范围包括了肩部、肘部、手掌关节的弯曲、胳膊的轴向旋转。手掌部分也可做到五指的独立动作跟随。
附图说明
图1为本实用新型的主视结构示意图；
图2为本实用新去除导线和手套部分的俯视结构示意图；
图3为手套的结构示意图；
图中：1、大臂弹性绑带，2、传感器一，3、连接件一，4、连接件二，5、电位器壳体一，6、连接件三，7、小臂后端弹性绑带，8、主控芯片，9、电池弹性绑带，10、蓄电池，11、小臂前端弹性绑带，12、连接件五，13、电位器壳体二，14、电位器壳体三，15、手掌弹性绑带，16、比较电阻，17、手套，18、转动轴三，19、连接件八，20、连接件四，21、支撑件，22、连接件九，23、转动轴一，24、转动轴二，25、连接件七，26、连接件六，27、曲变电阻。
具体实施方式
下面对照附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1至图3所示的机械臂控制装置，包括主控芯片8、弹性绑带、手套17、通信模块、蓄电池10和传感器，主控芯片8连接蓄电池10和通信模块，传感器包括电位器一、电位器二、电位器三和传感器一2，弹性绑带包括大臂弹性绑带1、小臂后端弹性绑带7、小臂前端弹性绑带11和手掌弹性绑带15，大臂弹性绑带1外侧固定有连接件一3，传感器一2固定在大臂弹性绑带1上，连接件一3通过销轴一铰接有连接件二4，连接件二4另一端转动安装有与销轴一垂直的转动轴一23，转动轴一23的一端与电位器一连接，另一端固定有连接件三6，连接件三6与小臂后端弹性绑带7固定，小臂前端弹性绑带11外部固定有连接件四20，连接件四20通过销轴二铰接有连接件五12，连接件五12另一端转动安装有与销轴二垂直的转动轴二24，转动轴二24的一端与电位器二连接，另一端固定有连接件六26，连接件六26另一端与电位器三固定，电位器三连接转动轴三18，转动轴三18另一端固定有连接件七25，连接件七25与手掌弹性绑带15外部固定，手套17的手指背部设置有曲变电阻27，手套17的手背处固定有与曲变电阻27连接的比较电阻16，主控芯片8通过导线连接传感器一2、电位器一、电位器二、电位器三和比较电阻16。
传感器一2为MPU6050，用于大臂的姿态采集。
电位器一的外部固定有电位器壳体一5，转动轴一23通过轴承安装在电位器壳体一5上，电位器壳体一5通过螺柱与连接件二4固定，转动轴一23与电位器一的旋转轴固定，转动轴一23另一端固定有连接件九22，连接件九22另一端通过螺柱与连接件三6固定。
电位器二的外部固定有电位器壳体二13，转动轴二24通过轴承安装在电位器壳体二13上，电位器壳体二13通过螺柱与连接件五12固定，转动轴二24与电位器二的旋转轴固定。
电位器三的外部固定有电位器壳体三14，转动轴三18通过轴承安装在电位器壳体三14上，电位器壳体三14与连接件六26固定，转动轴三18与电位器三的旋转轴固定。
转动轴二24另一端固定有连接件八19，连接件八19另一端通过螺柱与连接件六26固定。
弹性绑带还包括电池弹性绑带9，电池弹性绑带9的外部与蓄电池10和主控芯片8固定。弹性绑带与连接件连接处利用支撑件21连接。
穿戴时，大臂弹性绑带1绑在大臂下端，小臂后端弹性绑带7和小臂前端弹性绑带11分别绑在小臂的前后端，手套17操作者的手上，然后手掌弹性绑带15绑在手掌处，通过电池弹性绑带9把蓄电池10和主控芯片8绑在在小臂的中间处，随着操作者的活动，各个传感器可以采集信息，然后传给主控芯片8，由主控芯片8通过通信模块给机械臂发送操作信号，控制机械臂跟随操作者手臂动作。
综上所述，本实用新型以控制多关节机械臂为主，以体感控制为主，通过不同于传统的图像采集体感设备的实体传感器采集动作信息以完成控制。在穿戴设备正常的情况下，可控制机械臂跟随操作者的手臂进行动作，可做到各关节的角度对应于整体姿态的对应，从而做到区别于传统操作设备的控制效果。动作跟随的范围包括了肩部、肘部、手掌关节的弯曲、胳膊的轴向旋转。手掌部分也可做到五指的独立动作跟随。
在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920079276.1
申请日:2019-01-17
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:37(山东)
授权编号:CN209304578U
授权时间:20190827
主分类号:B25J 9/00
专利分类号:B25J9/00;B25J9/16
范畴分类:40E;
申请人:烟台市迈高机器人科技有限公司
第一申请人:烟台市迈高机器人科技有限公司
申请人地址:264010 山东省烟台市高新区航天路101号
发明人:姜辰东;隋金雪;张备;季永辉;刘强;宋时鹏
第一发明人:姜辰东
当前权利人:烟台市迈高机器人科技有限公司
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计