一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂

1.本实用新型涉及声悬浮器物料运输技术领域，具体是指一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂。


背景技术：

2.声悬浮是利用强声波产生的声辐射力抵消重力而实现物体悬浮的一种无容器处理技术。随着时代的发展，在研究材料的特性或者是制备高纯度材料时，都需要一些特定的环境，比如超高压环境、超净间环境、失重环境等。其中，失重环境可以通过微重力落管、零重力航天器、中性浮力池、可回收卫星或悬浮等技术实现。在各种悬浮技术中，电磁悬浮是各种悬浮技术中发展最成熟的一种，但是它不适用于无机玻璃、陶瓷和有机材料等非导电材料。中、低熔点的金属材料在高频电磁场中容易过热挥发和发生滴流，因此也不适合采用电磁悬浮。静电悬浮要求对材料进行预先充电或极化处理，气动悬浮的稳定性较差。
3.然而声悬浮却具有无机械支撑、对悬浮体无附加效应、无材料要求等优点，理论上可以悬浮任何物质。但是，在以往的声悬浮设备中大多都局限于原位地实现物体悬浮，无法对声悬浮器无接触物料运输进行更好的多维度、多自由度的研究，精准度也非常受限。
4.加入机械臂，可以实现悬浮物的多自由度操控以及精准定位输送。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂，具有灵活性好、精准度高、结构简单的特点。
6.本实用新型可以通过以下技术方案来实现：
7.本实用新型公开了一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂，包括第一轴臂下支撑底板，第一轴臂下支撑底板通过第一轴支撑件连接有第一轴臂。第一轴臂的端部连接有第二轴臂，第二轴臂通过第二轴臂连接件连接有第三轴臂，第三轴臂通过第三轴臂连接件连接有第四轴臂，第四轴臂通过悬浮器主体连接件连接有声波探头板。
8.进一步地，第二轴臂连接件、第三轴臂连接件均为万向法兰联轴器。
9.进一步地，第一轴臂为腰部组件单元，第一轴臂包括底座，底座上垂直设置有第一步进电机，第一步进电机的输出端的第一轴臂本体连接有基座。
10.进一步地，第二轴臂为连接在腰部组件单元的大臂组件单元，第二轴臂包括连接在基座上的第二步进电机，第二步进电机的移动方向与第一步进电机呈正交方向，第二步进电机的输出轴连接有第二轴臂本体。
11.进一步地，第三轴臂为连接在大臂组件单元的小臂组件单元，第三轴臂包括第三步进电机，第三步进电机通过万向法兰联轴器与第二轴臂本体连接，第三步进电机的输出轴连接有第三轴臂本体。
12.进一步地，第四轴臂为连接在小臂组件单元的腕部组件单元，第四轴臂包括第四步进电机，第四步进电机通过万向法兰联轴器与第三轴臂本体连接。
13.进一步地，第四轴臂通过声波探头板连接有声波悬浮器，声波悬浮器环绕阵列式设置有若干声波探头。
14.进一步地，第一轴臂、第二轴臂、第三轴臂、第四轴臂彼此连接处或其内部不同组件连接处均设有对应的轴承件。
15.进一步地，阵列式的声波探头为两组，两组阵列式的声波探头形成声悬浮组件单元。
16.进一步地，机械臂上还设有进行移动过程图像识别控制的识别监测器，识别监测器与第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机的控制器电连接。
17.本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂，具有如下的有益效果：
18.第一、灵活性好，声悬浮器是在具有稳定悬浮能力的基础上，本实用新型应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂可以为无接触空间运输提供了多维度、多自由度的控制载体，具有较高的控制灵活性；
19.第二、精准度高，本实用新型应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂可以为无接触空间运输提供了多维度、多自由度的控制载体，可以对无接触物料传输的过程进行可视化调控，具有较高的精准度；
20.第三、结构简单，本实用新型应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂通过第一轴臂、第二轴臂、第三轴臂、第四轴臂的彼此连接形成相对移动关系，形成四个自由度的调节控制，其组成结构无需采用复杂连接部件即可实现。
附图说明
21.附图1为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂的分解结构示意图；
22.附图2
‑
3为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂第一轴臂结构示意图；
23.附图4为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂第二轴臂结构示意图；
24.附图5为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂第三轴臂结构示意图；
25.附图6为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂第四轴臂结构示意图；
26.附图7为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂与声悬浮组件单元连接关系结构示意图；
27.附图8为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂声悬浮组件单元分解结构示意图；
28.附图9为本实用新型一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂声波探头阵列结构示意图；
29.附图中的标记包括：100、第一轴臂下支撑底板；101、推力轴承；200、第一轴支撑件；300、第一轴臂；301、底座；302、第一步进电机；303、第一轴臂本体；304、基座；400、第二
轴臂；401、第二步进电机；402、第二轴臂本体；403、盖板；500、第二轴臂连接件；600、第三轴臂；601、第三步进电机；602、第三轴臂本体；603、滚动轴承；700、第三轴臂连接件；800、第四轴臂；801、第四步进电机；802、第四轴臂本体；900、悬浮器单元；901、悬浮器主体连接件；902、声波探头板；903、连接支架。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。
31.如图1～6所示，本实用新型公开了一种应用于声悬浮器无接触物料运输的机械臂，包括第一轴臂下支撑底板100，第一轴臂下支撑底板100通过第一轴支撑件200连接有第一轴臂300。第一轴臂300的端部连接有第二轴臂400，第二轴臂400通过第二轴臂连接件500连接有第三轴臂600，第三轴臂600通过第三轴臂连接件700连接有第四轴臂800，第四轴臂800通过悬浮器主体连接件901连接有声波探头板902。悬浮器主体连接件901和声波探头板902均是悬浮器单元900的组成部件。在本实用新型中，通过第一轴臂、第二轴臂、第三轴臂、第四轴臂的连接和动作关系，机械臂可以实现在四个自由度方向的移动。第二轴臂连接件、第三轴臂连接件均为万向法兰联轴器。
32.如图2至3所示，第一轴臂300为腰部组件单元，第一轴臂300包括底座301，底座301上垂直设置有第一步进电机302，第一步进电机302的输出端的第一轴臂本体303连接有基座304。基座304的旋转动作是由第一步进电机302驱动完成的，使得基座304和底座301相对运动，基座304的可旋转角度为360
°
。
33.如图4所示，第二轴臂400为连接在腰部组件单元的大臂组件单元，第二轴臂400包括连接在基座304上的第二步进电机401，第二步进电机401的移动方向与第一步进电机302呈正交方向，第二步进电机401的输出轴连接有第二轴臂本体402。同时，第二轴臂400设有用于保护作用的盖板403。通过控制第二步进电机401使得电机轴旋转，实现基座304和第二轴臂400产生相对运动。从而达到抬高或者降低第二轴臂的目的。
34.在如图5所示，第三轴臂600为连接在大臂组件单元的小臂组件单元，第三轴臂600包括第三步进电机601，第三步进电机601通过万向法兰联轴器与第二轴臂本体602连接，第三步电机601的输出轴连接有第三轴臂本体602。第二轴臂400与第三轴臂600之间设有滚动轴承603实现两者之间的转动连接。当第三步进电机601的电机轴通电转动时，第二轴臂400和第三轴臂600便会产生相对运动，从而带动第三轴臂600的转动。
35.如图6所示，第四轴臂800为连接在小臂组件单元的腕部组件单元，第四轴臂800包括第四步进电机801，第四步进电机801通过万向法兰联轴器与第三轴臂本体802连接。当第四步进电机801的电机轴通电转动时，第三轴臂600和第四轴臂800产生相对运动，从而带动第四轴臂的转动。
36.如图7
‑
9所示，第四轴臂800通过声波探头板902连接有声波悬浮器，声波悬浮器环绕阵列式设置有若干声波探头。
37.在本实用新型中，第一轴臂、第二轴臂、第三轴臂、第四轴臂彼此连接处或其内部不同组件连接处均设有对应的轴承件。如在图3中第一轴臂中，基座与底座之间设有推力轴承102，从而减少摩擦，使基座的旋转动作更加顺畅。通过在关节之间连接处均装配轴承件
来减少摩擦。使其相对运动时更加的顺滑。整个机械臂悬浮器具有四个自由度，通过四个轴臂之间的连贯配合，可将悬浮器按指定方向运动到指定位置，实现点、线、面和弧线的高精度物料抓取。
38.在本实用新型中，阵列式的声波探头为两组，两组阵列式的声波探头形成声悬浮组件单元。声悬浮组件单元是由两对阵列式声探头组成，采用单片机arduino mega2560作为主控，使用l298n驱动板作为声波换能器的驱动，启动时arduino根据程序指令产生40khz的pwm波输出到l298n驱动板，声波换能器与l298n驱动板连接，从而使声波换能器输出能量波，实现物体悬浮。
39.在本实用新型中，机械臂上还设有进行移动过程图像识别控制的识别监测器，识别监测器与第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机的控制器电连接。识别检测器采用摄像头进行视觉识别，如视觉识别采用基于嘉楠k210芯片的主控板maix
‑
bit，摄像头为单目ov2640。为了确保设备识别球体目标的可靠性，程序初始化后帧格式设定为灰度图以降低芯片算力占用。随后循环执行摄像获取图像，当置信度达到40％以上时执行maix
‑
bit与声浮主控芯片相连的引脚并输出一个代表目标捕获成功的值，屏显显示全绿则一轮视觉识别过程完成；若识别置信度低于40％，屏显显示为红色，则声浮捕获目标失败。加入智能识别，可以避免人员与物品之间的接触。
40.在本实用新型的实施例中，结合关节控制需要，第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机可以选择42步步进电机，第四步进电机可以选择28步步进电机。
41.在本实用新型中，为了实现悬浮器的无接触控制，机械臂的控制引入智能联控方式，无接触搬运机械臂的控制板采用ramps1.4加mege2560进行控制，步进电机驱动采用三个a4988和一个42步进电机驱动器。并且可以通过蓝牙通讯，使手机app与机械臂装置建立通讯，手机app可以直接对机械臂进行无线操作。无线操作通过app界面可以明了地操作设备，不再需要多人配合，减少了应用的人工成本。并且蓝牙通讯拥有快捷的信号更改能力，可以随时随地通过计算机更改主控与app间的自定义指令。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语诸如
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、
ꢀ“
左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
44.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
45.上述实施例仅为本实用新型的具体实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因
此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。