多功能双臂教育机器人制造技术

多功能双臂教育机器人属于机电控制领域。本发明专利技术主要包括：左臂、右臂、肩、摄像机、基座、绘图笔装配、倒立摆、控制器和计算机，左臂所用的电机是步进电机，右臂所用电机是交流伺服电机，其连接方式为：左臂和右臂通过螺钉固定在肩的两侧，摄像机设置在肩的中间，肩设置在基座上，绘图笔装配设置在左臂前端下方，倒立摆固定在右臂的前端上方，控制器通过控制板与左臂和右臂的电机连接，另一端与计算机连接。本发明专利技术具有实质性特点和显著进步，本发明专利技术可针对机电系统设计中的机构、控制等多方面的内容设计实验，教学功能丰富，有较强的实践教学功能，是一种高水平的教学实验平台。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种教育机器人，特别是一种多功能双臂教育机器人，属于机电控制领域。
技术介绍
目前国内机电系统的综合实验平台主要偏重于教学演示，系统封闭，学生难以进行动手实践，同时表演功能单一，仅仅反映机电系统教学的某一方面的内容。经检索发现，英国Feedback仪器集团公司生产的MONTOR-桌面教育机器人，该教学机器人本体主要由基座、大臂、小臂和手爪构成，其中，基座与大臂通过关节(一)及关节(二)相连，大臂可以实现方位和俯仰运动，小臂通过关节(三)可以相对于大臂作上下运动，手爪通过关节(四)及关节(五)与小臂连接，可以相对小臂作旋转和左右摆动，同时手爪可以通过气动装置开闭。该机器人采用闭环伺服控制，控制器完成机器人的点位和连续轨迹控制，学生通过示教盒进行编程控制，该机器人的主要教学功能如下(1)示教再现和离线编程技术；(2)机器人操作作业演示，如抓取、路径等演示。该机器人的主要缺陷是(1)教学功能单一，只能完成机器人课程的部分功能演示；(2)控制系统封闭，学生动手实践内容单调。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，提供一种多功能双臂教育机器人，使其可以针对机电系统设计中的机构、控制等多方面的内容设计实验，有较强的实践教学功能，是一种高水平的教学实验平台。本专利技术主要包括左臂、右臂、肩、摄像机、基座、绘图笔装配、倒立摆、控制器和计算机，其连接方式为左臂和右臂通过螺钉固定在肩的两侧，摄像机设置在肩的中间，肩设置在基座上，绘图笔装配设置在左臂前端下方，倒立摆固定在右臂的前端上方，控制器通过控制板与左臂和右臂的电机连接，另一端与计算机连接。计算机作为人-机交互和编程设备把各种命令和规划信息发给控制器，控制器经运算后分别给左、右臂的大臂电机减速器组和小臂电机减速器组发送运动控制命令，从而分别带动左、右臂的大臂和小臂运动，完成所需的规划任务。左右两臂的机械结构相同，主要包括大臂电机减速器组、大轴承轴、过度盘、大轴承、小轴承、大臂、过度轴、小臂电机减速器组、摆杆、肩，其连接方式大臂电机减速器组通过过度盘连接到肩，大臂电机减速器组的输出轴通过键连接到大轴承轴，大轴承轴通过螺钉与大臂连接，小臂电机减速器组通过一过度盘连接到肩上，小臂电机减速器组的输出轴通过键与平行四边形的摆杆连接，带动小臂运动，小轴承的外圈与大臂相连，内圈与过度轴相连，过度轴通过螺钉与摆杆连成一体，过度轴保证了大臂电机减速器组与小臂电机减速器组在同一轴线上。不同的是右臂所用电机是交流伺服电机，左臂所用的电机是步进电机，因此，左右两臂工作过程和原理有所不同右臂的工作过程和原理右臂的交流伺服电机接受到控制器的运动信号后，其大臂电机减速器组带动大臂运动，小臂电机减速器组通过平行四边形机构带动小臂运动。在运动过程中，连在交流伺服电机上的位置传感器随时向控制器发送实际位置信号，控制器根据规划的目标位置信号与实际位置信号之差，修改发往交流伺服电机的运动信号，从而形成闭环控制，最终精确地达到目标位置。左臂工作过程和原理左臂的步进电机接受到控制器发来的步进信号(脉冲串)后，其大臂电机减速器组带动大臂运动，小臂电机减速器组通过平行四边形机构带动小臂运动，当大、小臂步进电机接受完规划的脉冲数后，就停止运动，即表示已达到了指定的目标位置，因此这是一种开环控制。绘图笔装配主要包括笔架、活动杆、连杆、笔套、弹簧、笔、电磁铁，笔架通过螺钉设置在手臂上，电磁铁通过螺钉设置在笔架下面，活动杆与笔架、点磁铁连接，连杆与笔相连，弹簧设置在笔套里。当电磁铁电源接通时，活动杆向上运动，通过连杆带动笔向下运动，完成“落笔”过程，当电磁铁电源断开时，安装在笔套里的弹簧使笔抬起，完成“抬笔”任务。本专利技术具有以下功能(1)两臂分别用了步进电机和交流伺服电机驱动，所以学生可以通过比较两只手臂演示性能(如分辨率、精度、速度等)的不同，深动了解开环和闭环控制系统的特点，并通过本机器人设计实例，牢固掌握现代机电控制系统的设计方法，为今后的研究和工程设计打下良好的基础。(2)大臂电机减速器组和小臂电机减速器组设计在同一轴线上。因此大臂电机减速器组和小臂电机减速器组都可以安装在肩上，而不需象传统设计那样把小臂电机减速器组放在大臂，从而降低了大臂的负载。(3)双臂教学机器人可以进行双手绘图和写字表演，输入通过AUTOCAD软件，学生通过在AUTOCAD环境中进行绘图和写字，并可进行相应的机器人程序编制。(4)图像识别和处理编程。通过摄像机采集图像并进行辨识，并进行相应的机器人程序编制，可以丰富学生的图像处理和编程教学。(5)倒立摆是进行控制理论教学的平台。在机器人右手末端设计了二维倒立摆，学生通过控制算法设计，可以对控制理论的基本概念加深理解。(6)在双臂机器人上可以进行双手协调教学。双手协调涉及大量的机器人学、力学知识，作业也更为复杂，是较高层次的教学内容。本专利技术具有实质性特点和显著进步，本专利技术可针对机电系统设计中的机构、控制等多方面的内容设计实验，教学功能丰富，有较强的实践教学功能，是一种高水平的教学实验平台。附图说明图1本专利技术结构示意2本专利技术小臂驱动机构结构示意3本专利技术绘图笔装配结构示意图具体实施例方式如图1、图2和图3所示，本专利技术主要包括左臂1、右臂2、肩3、摄像机4、基座5、绘图笔装配6、倒立摆7、控制器8和计算机9，其连接方式为左臂1和右臂2通过螺钉固定在肩3的两侧，摄像机4设置在肩3的中间，肩3设置在基座5上，绘图笔装配6设置在左臂1前端下方，倒立摆7固定在右2臂的前端上方，控制器8通过并行端口一端与左臂1或右臂2连接，另一端与计算机9连接，左臂1所用的电机是步进电机，右臂2所用电机是交流伺服电机。左臂1、右臂2的机械结构相同，主要包括大臂电机减速器组10、大轴承轴11、过度盘12、大轴承13、小轴承14、大臂15、过度轴16、小臂电机减速器组17、摆杆18、肩19，其连接方式大臂电机减速器组10通过过度盘12连接到肩19，大臂电机减速器组10的输出轴通过键连接到大轴承轴11，大轴承轴11通过螺钉与大臂15连接，小臂电机减速器组17通过一过度盘连接到肩19上，小臂电机减速器组17的输出轴通过键与平行四边形的摆杆18连接，带动小臂27运动，小轴承14的外圈与大臂15相连，内圈与过度轴16相连，过度轴16通过螺钉与摆杆18连成一体，大臂电机减速器组10与小臂电机减速器组17在同一轴线上。绘图笔装配6主要包括笔架20、活动杆21、连杆22、笔套23、弹簧24、笔25、电磁铁26，笔架20通过螺钉设置在小臂27上，电磁铁26通过螺钉设置在笔架20下面，活动杆21与笔架20、电磁铁26连接，连杆22与笔25相连，弹簧24设置在笔套23里。权利要求1.一种多功能双臂教育机器人，主要包括肩(3)、基座(5)、控制器(8)和计算机(9)，其特征在于还包括左臂(1)、右臂(2)、摄像机(4)、绘图笔装配(6)和倒立摆(7)，左臂(1)所用的电机是步进电机，右臂(2)所用电机是交流伺服电机，其连接方式为左臂(1)和右臂(2)通过螺钉固定在肩(3)的两侧，摄像机(4)设置在肩(3)的中间，肩(3)设置在基座(5)上，绘图笔装配(6)设置在左臂(1)前端下方，倒立摆(7)固定在右臂(2)的前端上方，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能双臂教育机器人，主要包括：肩（３）、基座（５）、控制器（８）和计算机（９），其特征在于还包括：左臂（１）、右臂（２）、摄像机（４）、绘图笔装配（６）和倒立摆（７），左臂（１）所用的电机是步进电机，右臂（２）所用电机是交流伺服电机，其连接方式为：左臂（１）和右臂（２）通过螺钉固定在肩（３）的两侧，摄像机（４）设置在肩（３）的中间，肩（３）设置在基座（５）上，绘图笔装配（６）设置在左臂（１）前端下方，倒立摆（７）固定在右臂（２）的前端上方，控制器（８）通过并行端口一端与左臂（１）或右臂（２）连接，另一端与计算机（９）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨汝清，张伟军，翁新华，赵维江，顿向明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]