一种书写擦除的机械强手臂结构的制作方法

本发明涉及一种书写擦除的机械强手臂结构。

背景技术：

服务机器人是机器人重要组成。

如图1所示，服务机器人与老人对弈象棋，服务机器人关注从棋盘哪个位置拿取象棋及将象棋放回棋盘哪个位置，也包括机械强手臂从棋盘上拿取象棋及把象棋再放回棋盘上的细节过程。

如图2所示，服务机器人与运动员教练员对打羽毛球。自对方发球或我方发球，双方来来回回击球，直至羽毛球落地，依羽毛球规则判定一方得一分。在这一分球过程中服务机器人机械强手臂必须不间断地动作，这些动作包括低位挑球、平位推球、高位杀球、高位吊球、高位远球、网前搓球等。

如图3所示，服务机器人主要包括控制主机、全向移动车底、电源模块、双目视觉、单目视觉、机械强手臂、腰间小手臂；全向移动车底在平坡面自由移动行走，双目视觉单目视觉跟踪目标识别对象，机械强手臂腰间小手臂互相配合以完成动作行为，服务机器人配置不同末端夹持器及控制主机运行不同的功能模块才实现如服务机器人与老人对弈象棋、服务机器人与运动员教练员对打羽毛球情景应用。

机械手臂是由多关节组成的,包括第一关节、第二关节、第三关节及末端关节。

机械手臂末端机构的不同配置及控制主机应用功能相应配置，机械强手臂、腰间小手臂之间协调合作；才使得服务机器人完成一个个功能应用。如图3所示，机械强手臂固定夹握羽毛球拍，在球场、户外服务机器人可与爱好者对抗对练羽毛球。

学校教室上课及公司研讨培训的主要特点是一人主讲，其他人倾听做记录，辅助以互动交流讨论。现代教育经历了百年以上，“板书、讲解、问答”模式有其深远作用与积极意义；板书具备一个字一个字、一行字一行字、一面板书一面板书步步呈现特点，这个特点有助于倾听者边观看边思考边做笔录。服务机器人走进教室走进会议室成为教师演讲人帮手，教师离开讲台专心讲解、走到学生周边观察学生、与学生交流，由服务机器人在黑板上板书并由服务机器人擦除黑板上已有板书，这就要求服务机器人独立地完整地实现书写及擦除全功能。

灵巧手大小如人类手掌具有五指14个关节，机械强手臂配合灵巧手可在桌面上拿取书写笔，放下书写笔；拿取擦子，放下擦子。需要时机械强手臂配合灵巧手可独立完成在黑板上书写，需要时可独立完成擦除黑板上已有书写内容。

灵巧手造价昂贵，迫切需要更经济技术方案替代。

直接在机械强手臂末端绑定书写笔，尽管可以完成板书书写功能，但擦除黑板上已有书写内容需要人工亲自完成，当书写笔损耗时，也需要人工亲自更换全新书写笔。整个书写擦除更换过程需要人工不断地干涉的特点，将导致这样的服务机器人仅仅在实验室演示用，是难以走进广大用户、难以普遍应用的。

如何在灵巧手之外、如何在末端捆绑书写笔之外，为机器强手臂末端配置具经济友好的机构部件，仅在腰间小手臂配合下，服务机器人独立地完整地实现板书书写及擦除已有板书内容双重任务，是目前迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于现有技术的不足之处，提供一种书写擦除的机械强手臂结构。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种书写擦除的机械强手臂结构，包括服务机器人、夹笔器、擦子支撑架、金属壳擦子、书写笔和控制主机。

服务机器人包括机身、全向移动车底、电源模块、单双目视觉、机械强手臂和腰间小手臂。

机械强手臂的关节末端下侧设有夹笔器，夹笔器上设有书写笔，机械强手臂的关节末端上侧面顶端设有擦子支撑架，擦子支撑架上设有金属壳擦子。

控制主机安装于服务机器人机身，控制主机为工业控制计算机，配置wifi模块及4g模块，多回路串行及usb接口，支持tcp\ip通讯。

控制主机通过串行线与全向移动车底、单双目视觉、机械强手臂、腰间小手臂、夹笔器和擦子支撑架相连接。

进一步，机械强手臂包括第一关节、第二关节和第三关节，第一关节的上部连接机身，第一关节的上部连接第二关节，第二关节连接第三关节，第三关节连接关节末端，关节末端上设有夹笔器和擦子支撑架。

进一步，夹笔器包括安装框、微型气缸、凸轮、凸轮轴承随动器、夹紧臂和夹具，安装框固定安装于关节末端上，安装框内设有供书写笔通过的竖直通孔，安装框的侧部设有微型气缸，微型气缸的输出端设有凸轮，凸轮连接凸轮轴承随动器，凸轮轴承随动器连接夹紧臂，夹紧臂连接夹具。

进一步，夹紧臂包括前端臂部、中部连接臂部和后端臂部，前端臂部上设有前端安装孔，前端安装孔通过螺钉连接有夹具，中部连接臂部上设有中端安装孔，中端安装孔连接有悬臂销，后端臂部上设有后端安装孔，后端安装孔连接有凸轮轴承随动器。

进一步，凸轮轴承随动器、夹紧臂和夹具均设置有两副，凸轮轴承随动器包括第一凸轮轴承随动器和第二凸轮轴承随动器，夹紧臂包括第一夹紧臂和第二夹紧臂，夹具包括第一夹具和第二夹具，第一凸轮轴承随动器与凸轮相匹配，第二凸轮轴承随动器与凸轮相匹配，第一凸轮轴承随动器安装于第一夹紧臂的后端，第二凸轮轴承随动器安装于第二夹紧臂的后端，第一夹具安装于第一夹紧臂的前端，第二夹具安装于第二夹紧臂的前端，第一夹具和第二夹具相匹配。

进一步，悬臂销的下部设有u型座，u型座的两端均连接有导向轴，导向轴连接安装于安装框的侧壁上，导向轴的外径上设有两根第一水平螺旋弹簧，两根第一水平螺旋弹簧分别安装于u型座的外部两侧，第一水平螺旋弹簧的内端连接于u型座的外侧，第一水平螺旋弹簧的外端连接于安装框上。

进一步，后端臂部上设有水平通槽，水平通槽内横穿有水平杆，水平杆的两端固定安装于安装框上，水平杆的外径上设有两根第二水平螺旋弹簧和两个限位弹簧座，两根第二水平螺旋弹簧分别安装于夹紧臂的外部两侧，第二水平螺旋弹簧的一端连接夹紧臂，第二水平螺旋弹簧的一端连接限位弹簧座，限位弹簧座的上部有弹簧座孔，弹簧座孔与水平杆相匹配。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种书写擦除的机械强手臂结构，该结构通过夹笔器和擦子支撑架代替灵巧手，可在桌面上拿取书写笔，放下书写笔；拿取金属壳擦子，放下金属壳擦子。需要时机械强手臂配合夹笔器和擦子支撑架可独立完成在黑板上书写，需要时可独立完成擦除黑板上已有书写内容。且夹笔器和擦子支撑架的造价比灵巧手，更加经济和实惠，为机器强手臂末端配置具经济友好的机构部件，仅在腰间小手臂配合下，服务机器人独立地完整地实现板书书写及擦除已有板书内容双重任务。全程的工作不需要人工亲自完成，当书写笔损耗时，也不需要人工亲自更换全新书写笔。整个书写擦除更换过程不需要人工干涉即可完成其工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为实战型象棋机器人与老人对弈示意图；

图2为实战型机器人与运动员实战对抗示意图；

图3为实战型机器人组成示意图；

图4为一种书写擦除的机械强手臂结构的示意图；

图5为夹笔器、擦子支撑架与机械强手臂连接的结构示意图；

图6为夹笔器、擦子支撑架连接的结构示意图；

图7为夹笔器的结构示意图；

图8为图7中去掉安装框的结构示意图；

图9为服务机器人的控制结构示意图；

图10为夹紧臂的结构示意图。

图中：1-服务机器人；2-夹笔器；3-擦子支撑架；4-书写笔；5-控制主机；6-全向移动车底；7-电源模块；8-单双目视觉；9-机械强手臂；10-腰间小手臂；11-金属壳擦子；12-第一关节；13-第二关节；14-第三关节；15-关节末端；16-安装框；17-微型气缸；18-凸轮；19-前端臂部；20-中部连接臂部；21-后端臂部；22-前端安装孔；23-中端安装孔；24-后端安装孔；25-第一凸轮轴承随动器；26-第二凸轮轴承随动器；27-第一夹紧臂；28-第二夹紧臂；29-第一夹具；30-第二夹具；31-悬臂销；32-u型座；33-导向轴；34-第一水平螺旋弹簧；35-水平通槽；36-水平杆；37-第二水平螺旋弹簧；38-限位弹簧座；39-弹簧座孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图4至图10所示，一种书写擦除的机械强手臂结构，包括服务机器人1、夹笔器2、擦子支撑架3、金属壳擦子11、书写笔4和控制主机5。

服务机器人1包括机身、全向移动车底6、电源模块7、单双目视觉8、机械强手臂9和腰间小手臂10。全向移动车底6、单双目视觉8、机械强手臂9、腰间小手臂10都是相对独立的智能机电模块，都带有自已嵌入控制器，以串行数据接口与控制主机5连接。全向移动车底6在平坡面自由移动行走，双目视觉单目视觉跟踪目标，机械强手臂9和腰间小手臂10互相配合以完成动作行为，机械强手臂9的末端配置夹笔器2及擦子支撑架3，完成相应的书写工作和擦除版面的工作。

由于服务机器人1机身是刚性的，不可弯曲；在机械强手臂99下至膝盖上过头顶的背景下，当书写笔4和金属壳擦子11因误动掉至地面时，由服务机器人1通过单双目视觉8扫描地面，当出现书写笔4或金属壳擦子11时确定书写笔4擦子方位，由腰间小手臂10的夹笔器2夹握书写笔4或夹握金属壳擦子11，移至桌面后松放。

机械强手臂9的关节末端15下侧设有夹笔器2，夹笔器2上设有书写笔4，机械强手臂9的关节末端15上侧面顶端设有擦子支撑架3，擦子支撑架3上设有金属壳擦子11。

机械强手臂9为现有的dobot机械手臂，它书写过程中需要更换书写笔4，需要擦除板面，为此，专门配置夹笔器2和擦子支撑架3为末端机构，末端更换为夹笔器2和擦子支撑架3，由夹笔器2握住书写笔4，由擦子支撑架3控制金属壳擦子11擦除版面。

通过设置擦子支撑架3，擦子支撑架3包括两个支撑斜杆和位于支撑斜杆顶部的擦子放置板，擦子放置板的前部设有与金属壳擦子11相匹配的擦子放置槽，擦子放置槽内设有电磁薄片，电磁薄片连接有三根控制线和两根电源线，控制线与控制主机5连接，电源线与电源模块7相连接，当电源模块7给电磁薄片通电时，在电磁薄片的作用下，顺利将金属壳擦子11拿住，由控制主机5控制机械强手臂9运动，从而配合金属壳擦子11完成擦除版面的工作。

控制主机5安装于服务机器人1机身，控制主机5为工业控制计算机，配置wifi模块及4g模块，多回路串行及usb接口，支持tcp\ip通讯。

控制主机5通过串行线与全向移动车底6、单双目视觉8、机械强手臂9、腰间小手臂10、夹笔器2和擦子支撑架3相连接。

在本实施例中，参看图5，机械强手臂9包括第一关节12、第二关节13和第三关节14，第一关节12的上部连接机身，第一关节12的上部连接第二关节13，第二关节13连接第三关节14，第三关节14连接关节末端15，关节末端15上设有夹笔器2和擦子支撑架3。机械强手臂9可以为dobot四自由度机械手臂，它是市销主流桌面机械手臂，书写内容按照指定位图格式传至dobot机械手臂嵌入控制器后，夹握书写笔4的dobot机械手臂可在黑板白板上书写指定内容，实现静态书写行为。

在本实施例中，参看图5，图6、图7和图8，夹笔器2包括安装框16、微型气缸17、凸轮18、凸轮轴承随动器、夹紧臂和夹具，安装框16固定安装于关节末端15上，安装框16内设有供书写笔4通过的竖直通孔，安装框16的侧部设有微型气缸17，微型气缸17的输出端设有凸轮18，凸轮18连接凸轮轴承随动器，凸轮轴承随动器连接夹紧臂，夹紧臂连接夹具。

在本实施例中，参看图5，图6、图7和图8，夹紧臂包括前端臂部19、中部连接臂部20和后端臂部21，前端臂部19上设有前端安装孔22，前端安装孔22通过螺钉连接有夹具，中部连接臂部20上设有中端安装孔23，中端安装孔23连接有悬臂销31，后端臂部21上设有后端安装孔24，后端安装孔24连接有凸轮轴承随动器。

在本实施例中，参看图5，图6、图7和图8，凸轮轴承随动器、夹紧臂和夹具均设置有两副，凸轮轴承随动器包括第一凸轮轴承随动器25和第二凸轮轴承随动器26，夹紧臂包括第一夹紧臂27和第二夹紧臂28，夹具包括第一夹具29和第二夹具30，第一凸轮轴承随动器25与凸轮18相匹配，第二凸轮轴承随动器26与凸轮18相匹配，第一凸轮轴承随动器25安装于第一夹紧臂27的后端，第二凸轮轴承随动器26安装于第二夹紧臂28的后端，第一夹具29安装于第一夹紧臂27的前端，第二夹具30安装于第二夹紧臂28的前端，第一夹具29和第二夹具30相匹配。

夹笔器2通过控制主机5控制微型气缸17的运动，微型气缸17上设有三根控制线和两根电源线，控制线与控制主机5连接，电源线与电源模块7相连接，当电源模块7给微型气通电时，微型气缸17带动活塞杆向外运动，带动活塞杆端部的凸轮18跟着做直线运动，在凸轮18和左右两个凸轮轴承随动器的匹配作用下，同时带动两个夹紧臂运动，由于夹紧臂分为前端臂部19、中部连接臂部20和后端臂部21三部分，当凸轮18带动两个凸轮轴承随动器运动时，将后端臂部21向外挤压，整个夹紧臂以中部连接臂部20的悬臂销31为旋转中心，这样前端臂部19的端部就带动两个夹具向内运动，相互靠近，从而顺利夹住放置在笔架上的书写笔4，夹笔器2与机械强手臂9末端固定安装，随机械强手臂9协同动作的同时，夹笔器2与服务机器人1的控制主机5串行数据线连接，在机械强手臂9带动下，夹笔器2在桌面上自动完成握拿书写笔4、放下书写笔4、可在黑板白板上书写指定内容，实现静态书写行为。

在本实施例中，参看图5，图6、图7和图8，悬臂销31的下部设有u型座32，u型座32的两端均连接有导向轴33，导向轴33连接安装于安装框16的侧壁上，导向轴33的外径上设有两根第一水平螺旋弹簧34，两根第一水平螺旋弹簧34分别安装于u型座32的外部两侧，第一水平螺旋弹簧34的内端连接于u型座32的外侧，第一水平螺旋弹簧34的外端连接于安装框16上。通过设置u型座32、导向轴33及第一水平螺旋弹簧34，当凸轮18带动两个凸轮轴承随动器运动时，将后端臂部21向外挤压，夹紧臂以中部连接臂部20的悬臂销31转动，导向轴33和u型座32可发生偏移，并在水平螺旋弹簧的作用下实现复位，这样即使一开始夹笔器2没有精确地运动到笔架位置，仍然可以通过导向轴33和u型座32的偏移，使夹笔器2顺利夹住书写笔4，方便后续的书写工作。但是由于导向轴33和u型座32的偏移量有限，可适用于精确误差较小时，当误差大到一定程度，仍然需要借助机械强手臂9的作用，找准笔架位置，才能实现夹笔器2的握笔。

在本实施例中，参看图5，图6、图7和图8，后端臂部21上设有水平通槽35，水平通槽35内横穿有水平杆36，水平杆36的两端固定安装于安装框16上，水平杆36的外径上设有两根第二水平螺旋弹簧37和两个限位弹簧座38，两根第二水平螺旋弹簧37分别安装于夹紧臂的外部两侧，第二水平螺旋弹簧37的一端连接夹紧臂，第二水平螺旋弹簧37的一端连接限位弹簧座38，限位弹簧座38的上部有弹簧座孔39，弹簧座孔39与水平杆36相匹配。通过设置第二水平螺旋弹簧37、水平杆36及其水平通槽35的设置，方便对夹紧臂的位置进行限位，使其在运动过程中，始终在运动量程范围内。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。