专利名称：电动抓手机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可人工控制的机器人，具体涉及一种能够仿人操作搬运物体
的电动抓手机器人。
背景技术：
工业机器人机械抓手是一种仿人操作，通过人工控制、可重复编程，能在三维空间 完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。机器人应用情况是反应一个国家工业自动化 水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动强度、保证 产品质量、实现安全生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等 恶劣的环境中，它能代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在搬运、机械加工、冲压、 铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引 用。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十 分重要的作用。 但是，现目前我国机械工业化水平相对还是比较落后，大多数的企业还是采用人 工的方式进行生产，特别是在采煤、化工、冶金等行业，传统的人工方式效率较低，而且事故 频发，对生产第一线的工作人工的生命安全造成了巨大的危害，也给企业带来了巨大的经 济损失，这已经成为了社会舆论关注的焦点，采用安全、高效的生产方式势在必行。
实用新型内容针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种可代替人工进行 物体搬运，控制灵活，运载量大，制作方便，成本较低的电动抓手机器人。 本实用新型的技术方案是一种电动抓手机器人，包括本体和电动控制装置，本体 由底盘和车身组成，所述底盘上安装有前轮和两个后轮，后轮均连接有电动机，电动机安装 在底盘上；在车身的前部设置有前滑槽，在前滑槽上连接有前爪，在前滑槽的上端设置有电 动机，在电动控制装置的控制作用下控制前爪在前滑槽内上下滑动。 进一步特征，在车身后部左右两端分别设置有后滑槽，在后滑槽上连接有后爪，在 后滑槽的上端分别设置有电动机，电动机分别与后爪连接，电动机分别控制后抓在后滑槽 内上下滑动。 所述前爪是分别由两条前臂和开合夹手组成，两条前臂的一端成一定角度连接，
其连接处安装于前滑槽上，前臂的另一端分别连接开合夹手，在开合夹手上还分别连接有
前上臂；在两条前臂的连接处设置有电动机，电动机可控制前臂张开的角度。 所述后抓均采用双层机械臂结构，其上层为固定平衡支杆，下层为开合夹手，后抓
的开合夹手分别与电动机连接。 所述电动控制装置采用SPCE061A芯片结构的单片机控制电动机的运转，单片机 的I0A0-12引脚接入控制手柄、I0A13-15引脚接入行走机构驱动电路、I0B0-15引脚接入抓 取机构驱动电路，行走机构驱动电路分别连接行走机构的电动机，抓取机构驱动电路分别
3连接抓取机构的电动机。 相对于现有技术，本实用新型具有以下优点 1、可代替人工进行物体搬运，特别是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气
体和放射性等恶劣的环境中，能够完成人工难以完成的工作，还能替代残疾人士完成生活 中的物品的拿取，极大的提升了人员工作的安全性和生活方便性。 2、控制灵活、运载量大，采用了后轮左右独立驱动，这样有利于减小转弯半径，从 而有利于机器人在比较狭小的地方进行灵活的工作运动，机械抓手采用了前后多机械臂设 计，这样不但有利于增大机器人单次运货量，而且安装不同形状的抓手可增加机械手可抓 取物体的种类。 3、制作方便，成本较低，机器人采用全铝合金制作，全部螺丝组构，便于拆装运输， 所需材料可根据需要尺寸进行选取，节约了生产成本。
图1为本实用新型的右视图；图2为本实用新型的主视图；图3为本实用新型的俯视图；图4为本实用新型的单片机的一种具体实施例图5为本实用新型的控制手柄的主视图；图6为本实用新型的控制手柄的后视图；图7为本实用新型的控制手柄的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。 本实用新型的电动抓手机器人，如图1所示，包括本体1和电动控制装置，本体1 由底盘2和车身3组成，所述底盘2上安装有前轮4和两个后轮5、6，后轮5连接电动机81 ， 后轮6连接电动机82，电动机81、82安装在底盘2上；在车身3的前部设置有前滑槽9，在 前滑槽9上连接有前爪12，在前滑槽9的上端设置有电动机72，电动机72与前爪12连接 并控制前爪12在前滑槽9内上下滑动。本实用新型的机器人采用全铝合金制作，全部螺丝 组构，其制作方便，便于拆装运输，机器人的细节部分采用铝合金加工而成。 如图2、图3所示，在车身3后部左右两端分别设置有后滑槽10、11，在后滑槽10 上连接有后爪17，在后滑槽11上连接有后爪18，在后滑槽10、11的上端分别设置有电动 机73、74，电动机73与后爪17连接，电动机74与后爪18连接，电动机73、74分别控制后 爪17、18在后滑槽10、11内上下滑动。在设计时，机器人底盘设计为长400mm，宽380mm的 矩形结构，车身为三角形斜拉式结构，高度为1000mm，这样的结构有很强的稳定性，而且内 部空间也更大，可以给与机载电池电路板等有更多安全的隐蔽位置。由于考虑的机器人抓 取物体后使得机器人整体的重心上升，所以我们把机器人的重心尽量做低，而且为了保持 机器人的稳定性，所以要求机器人的底盘尺寸与机器人的整体尺寸比例适中。机器人车身 的最低高度为70mm，较低的车身有助于降低机器人的重心，从而使机器人行驶更加平稳、安 全。机器人底盘驱动采用两后轮独立动力驱动，前轮为万向轮，万向轮运动灵活，其结构允
4许360度旋转，能够灵活的控制机器人的转向。两个后驱动轮设计为独立电机驱动，可以灵 活的运用差速比进行机器人转向运动，轻松实现机器人原地360度的旋转掉头，这样，有利 于在一些比较狭窄的地方，机器人去放货物时的掉头运动。后轮直径设计为200mm，而且为 了防止轮子在制动时打滑，所以在轮子上包一层摩擦力比较大的橡胶皮来增大轮子与地面 的摩擦力。 如图1、图2和图3所示，所述前爪12是分别由两条前臂13和开合夹手14组成， 两条前臂13的一端成一定角度连接，其连接处安装于前滑槽9上，前臂13的另一端分别连 接开合夹手14，在开合夹手14上还分别连接有前上臂16 ;在两条前臂13的连接处设置有 电动机71，电动机71可控制前臂13张开的角度。 如图1、图2和图3所示，所述后爪17、18均采用双层机械臂结构，其上层为固定平 衡支杆，下层为开合夹手，后爪17的开合夹手与电动机75连接，后爪18的开合夹手与电动 机76连接。前抓和后抓的升降均是采用电机转动带动钢丝拉动抓取机构上下移动，其采用 两个齿轮外啮合的方式，电机转动其中一个齿轮带动另外一个齿轮，齿轮转动从而控制前 抓和后抓的张开和闭合。 如图4所示，本实用新型的机器人采用SPCE061A芯片结构的单片机控制电动 机的运转，单片机的I0A0-12引脚接入控制手柄、I0A13-15引脚接入行走机构驱动电路、 I0B0-15引脚接入抓取机构驱动电路，行走机构驱动电路分别连接电动机81 、82，抓取机构 驱动电路分别连接电动机71 、72、73、74、75、76。 所述行走机构(即电动机81 、82)采用空心杯电机，抓取机构电机(即电动机71、
72、73、74、75、76)采用有刷直流电机。采用空心杯电机其能量转换效率一般在70%以上，
部分产品可达到90%以上，而普通铁芯电机只有15 50%，空心杯电机激活、制动迅速，响
应极快，机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内，在高速运转状态下，转
速调节灵敏，并且其运行稳定，电磁干扰少，能量密度大，与同等功率的铁芯电机相比，其重
量、体积减轻l/3 l/2。但同时，空心杯电机的价格也相当昂贵，所以本实用新型仅在机器
人的行走机构上使用空心杯电机做驱动，其他抓手机构均采用普通有刷直流电机。 所述电动机的供电采用镍氢电池供电，并采用L7812稳压芯片对电池电压进行转
换。由于考虑到在电机会对单片机的工作产生干扰，所以本实用新型使用光耦将电机驱动
板和单片机隔离开，同时在电机驱动板中采用了信号地和电源地的分离使用。 具体操作流程如下，分别如图5、图6和图7所示 按下POWER键，当按键POWER拨至中间状态时，机器人行走机构处于关闭状态；当 拨向后时机器人处于低速前进等待状态(即给行走电机加12V驱动电压)；当POWER开关 拨向前时，机器人处于全速前进等待状态。 按键31和32，当按键向前按住时，按键所对应的电机(按键31对应行走机构左电 机，按键32对应右电机)前进；按键向后按住时，电机后退(即反转)。 当按键31、32同时向前按时，机器人前进；同时向后按时，机器人后退。键31向前 按、键32不按或后按时，机器人向右转；键32向前按、键31不按或后按时，机器人向左转。 按键33、34控制前面抓取机构上升或下降；按键35、36控制前面抓取机构抓住或 者放开物体；按键37、38控制后面两个抓取机构同时上升或下降；按键39、40控制后面左 面抓取机构的升降；按键41、42控制后面左面下开合夹手的抓住和放开；按键43、44控制后面右面抓取机构的升降；按键45、46控制后面右面下开合夹手的抓住和放开。 所有抓取机构的升降和抓放都可以在两个按键之间任意切换操作，只需将电机电
源线与电机驱动板驱动该电机的两个端口与原位置交换一下即可。
权利要求一种电动抓手机器人，包括本体(1)和电动控制装置，本体(1)由底盘(2)和车身(3)组成，其特征在于，所述底盘(2)上安装有前轮(4)和两个后轮(5)、(6)，后轮(5)连接电动机(81)，后轮(6)连接电动机(82)，电动机(81)、(82)安装在底盘(2)上；在车身(3)的前部设置有前滑槽(9)，在前滑槽(9)上连接有前爪(12)，在前滑槽(9)的上端设置有电动机(72)，电动机(72)与前爪(12)连接，在电动控制装置的控制作用下控制前爪(12)在前滑槽(9)内上下滑动。
2. 根据权利要求l所述的电动抓手机器人，其特征在于，在车身(3)后部左右两端分别 设置有后滑槽(10)、(11)，在后滑槽(10)上连接有后爪(17)，在后滑槽(11)上连接有后爪 (18)，在后滑槽(10)、 (11)的上端分别设置有电动机(73) 、 (74)，电动机(73)与后爪(17) 连接，电动机(74)与后抓(18)连接，电动机(73) 、 (74)分别控制后爪(17) 、 (18)在后滑槽 (10)、 (11)内上下滑动。
3. 根据权利要求l所述的电动抓手机器人，其特征在于，所述前爪(12)是分别由两条 前臂(13)和开合夹手(14)组成，两条前臂(13)的一端成一定角度连接，其连接处安装于 前滑槽(9)上，前臂(13)的另一端分别连接开合夹手(14)，在开合夹手(14)上还分别连 接有前上臂(16);在两条前臂(13)的连接处设置有电动机(71)，电动机(71)可控制前臂 (13)张开的角度。
4. 根据权利要求2所述的电动抓手机器人，其特征在于，所述后爪(17)、 (18)均采用 双层机械臂结构，其上层为固定平衡支杆，下层为开合夹手，后爪(17)的开合夹手与电动 机(75)连接，后爪(18)的开合夹手与电动机(76)连接。
5. 根据权利要求l所述的电动抓手机器人，其特征在于，所述电动控制装置采用 SPCE061A芯片结构的单片机控制电动机的运转，单片机的I0A0-12引脚接入控制手柄、 I0A13-15引脚接入行走机构驱动电路、I0B0-15引脚接入抓取机构驱动电路，行走机构驱 动电路分别连接电动机(81)、 (82)，抓取机构驱动电路分别连接电动机(71)、 (72)、 (73)、 (74)、 (75)、 (76)。
6. 根据权利要求5所述的电动抓手机器人，其特征在于，所述电动机(81)、 (82)采用 空心杯电机，电动机(71) 、 (72) 、 (73) 、 (74) 、 (75) 、 (76)采用有刷直流电机。
专利摘要一种电动抓手机器人，包括本体和电动控制装置，本体由底盘和车身组成，所述底盘上安装有前轮和两个后轮，后轮均连接有电动机，电动机安装在底盘上；在车身的前部设置有前滑槽，在前滑槽上连接有前爪，在前滑槽的上端设置有电动机，电动机与前爪连接，在电动控制装置的控制作用下控制前爪在前滑槽内上下滑动。本实用新型的电动抓手机器人可代替人工进行物体搬运，控制灵活，运载量大，制作方便，成本也较低，有利于推广。
文档编号B25J5/00GK201455989SQ200920127458
公开日2010年5月12日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者李勤, 李毅, 王黄卿, 罗小龙, 郑昌帝, 陈志军, 龚小勇 申请人:重庆电子工程职业学院