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1. (WO2019007428) MECHANICAL HAND STRUCTURE
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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

1   2  

说明书

发明名称 : 机械手结构

[0001]
本申请要求了申请日为2017年07月07日,申请号为201710549416.2,发明名称为“一种内置音频识别模块的机械手结构”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

[0002]
本发明涉及机械手的技术领域,具体为一种机械手结构。

背景技术

[0003]
现有的机械手结构,通常采用人眼观察机械臂末端的位置和对应的环境,来判断机械手结构、机械手结构作业环境内的其他机构或设备的运行是否正常。而对于人眼无法观测到的封闭环境,正常工作中机械手“盲目地”进行作业,例如在机械手对工件进行抓取时,工件稍有偏移,就会导致碰撞损坏事件,然而操作人员或管理人员无法及时发现异常的存在和发生。
[0004]
发明内容
[0005]
本发明的目的在于提供一种机械手结构,以解决现有技术中无法监测机械手结构作业环境中异常状态的问题。
[0006]
为实现上述发明目的,本发明一实施例提供了一种机械手结构,所述机械手结构包括机械臂和操作系统,所述机械手结构还包括与所述操作系统相连接的音频模块,所述音频模块设置于所述机械臂末端,所述音频模块用于收集作业环境内的音频信息并将所述音频信息传输至所述操作系统,所述操作系统用于根据所述音频信息控制所述机械臂的作业状态。
[0007]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述操作系统将所述音频信息与其声音模块中的工况预设音频信息进行比对,并根据比对结果控制所述机械臂的作业状态。
[0008]
作为本发明一实施例的进一步改进,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统控制所述机械臂停止作业;当所述比对结果为工况正常时,所述操作系统控制所述机械臂继续作业。
[0009]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述机械手结构还包括报警装置,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统还用于控制所述报警装置启动报警。
[0010]
作为本发明一实施例的进一步改进,当比对结果为所述音频信息无法匹配至所述工况预设音频信息时,所述操作系统将所述音频信息保存为一条新的工况预设音频信息并保存经人工分析得到的所述音频信息的对应工况。
[0011]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述机械臂末端具有朝向操作区域的端面,所述音频模块设置于所述端面上。
[0012]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述音频模块设置为暴露于所述机械臂的所述端面外的麦克风。
[0013]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述麦克风的数目设置为两个。
[0014]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述机械手结构还包括摄像头,所述摄像头安装于所述机械臂上并朝向操作区域设置,所述摄像头用于获取操作区域影像将所述操作区域影像传输至所述操作系统,所述操作系统还用于根据所述操作区域影像控制所述机械臂的作业状态。
[0015]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述摄像头设置为两个。
[0016]
作为本发明一实施例的进一步改进,所述机械手结构还包括于所述机械臂近端依次连接的移动机构、摆动机构和旋转机构;
[0017]
所述移动机构包括沿第一方向移动的第一传动座;所述摆动机构的近端连接至所述第一传动座上并能够在与第一方向垂直的第一平面内摆动;所述旋转机构安装在所述摆动机构远端,并带动所述机械臂围绕一旋转轴旋转,所述旋转轴与所述第一方向垂直。
[0018]
与现有技术相比,本发明的有益效果体现在:通过在机械臂上组装结合音频模块,通过音频模块实时收集作业环境中的各种声音,从而辅助操作人员监测机械手结构的运行状态、监测机械手结构作业环境内的其他机构或设备的运行状态,以便及时发现机械手结构作业环境内的异常工况,避免机械手结构或机械手结构作业环境内的其他机构和设备盲目地在异常状态下长时间运行而造成严重的生产事故。

附图说明

[0019]
图1为本发明一实施例的机械臂的立体图;
[0020]
图2为本发明一实施例的机械手结构的立体图。

具体实施方式

[0021]
以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0022]
参图1至图2所示的本发明一实施例的机械手结构,所述机械手结构配合至操作台或其他机构(例如工装夹具)或设备(例如机加工设备),所述机械手结构需进行作业的位置附近空间构成所述机械手结构的作业环境。所述机械手结构包括机械臂1和操作系统(图未示),机械臂1活动对应至操作区域处,所述操作区域定义为机械臂1进行作业时所对应的物体表面,例如放置有工件的操作台面、在机械臂1配合下进行加工/组装的设备工位等。机械臂1可在所述操作系统的控制下对操作区域内的工件进行作业,例如当所述操作区域为放置有工件的操作台面时,机 械臂1在所述操作系统的控制下可对放置在操作区域内的工件进行抓取、吸取、搬运、装配、打磨、测量、拆解等作业。
[0023]
在本申请中,所述机械手结构还包括与所述操作系统相连接的音频模块2,音频模块2设置于机械臂1末端从而使音频模块2位于机械臂1的作业环境内,音频模块2用于收集作业环境内的音频信息并将所述音频信息传输至所述操作系统,所述操作系统可以根据所述音频信息控制机械臂1的作业状态(包括控制机械臂1继续作业或停止作业)。这样,通过在机械臂1上组装结合音频模块2,通过音频模块2实时收集作业环境中的各种声音,从而辅助操作人员监测机械手结构的运行状态、监测机械手结构作业环境内的其他机构或设备的运行状态,以便及时发现机械手结构作业环境内的异常工况,避免机械手结构或机械手结构作业环境内的其他机构和设备盲目地在异常状态下长时间作业而造成严重的生产事故。
[0024]
具体地,音频模块2通过传输线连接至所述操作系统,音频模块2可通过所述传输线将其收集到的音频信息传输至所述操作系统。对应的,所述操作系统接收到音频模块2传输来的所述音频信息后,所述操作系统将所述音频信息与其声音模块中的工况预设音频信息进行比对,并根据比对结果控制机械臂1的作业状态。
[0025]
其中,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统控制机械臂1停止作业;当所述比对结果为工况正常时,所述操作系统控制机械臂1继续作业。
[0026]
进一步地,所述机械手结构还包括报警装置,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统还用于控制所述报警装置启动报警,从而便于操作人员发现异常,及时中止出现异常工况的机械手结构或机械手结构作业环境内的其他机构和设备的运行。
[0027]
在本实施例中,所述机械手结构还具有语音学习能力。具体地,所述操作系统接收到音频模块2传输来的音频信息后,所述操作系统将该音频信息与工况预设音频信息进行比对,若比对结果为“该音频信息无法匹配至工况预设音频信息”时,所述操作系统将所述音频信息保存为一条新的工况预设音频信息并保存经人工分析得到的所述音频信息的对应工况。
[0028]
对上述进行举例说明:所述操作系统的声音模块中预存有若干条工况预设音频信息,每条所述工况预设音频信息具有相对应的工况;所述操作系统对接收到的所述音频信息与所述工况预设音频信息进行比对,比对结果有三种情况:第一,若音频信息与对应于工况为“异常磨损”的某条工况预设音频信息一致(例如所述音频信息与某条所述工况预设音频信息为相同的尖锐噪音),则比对结果为工况异常,所述操作系统的控制模块控制机械臂1停止作业,同时控制所述报警装置启动报警,从而提醒操作人员及时发现并维修;第二,若音频信息与对应于工况为“正常切削”的某条工况预设音频信息一致(例如所述音频信息与某条所述工况预设音频信息为相同的切削声 音),则比对结果为工况正常,所述操作系统的控制模块控制机械臂1继续作业;第三,若音频信息无法与任何一条工况预设音频信息相匹配,则比对结果为“该音频信息无法匹配至工况预设音频信息”,所述操作系统则将该音频信息保存为一条新的工况预设音频信息,并且后续经操作人员人工分析该音频信息对应的工况后,所述操作系统将分析结果保存下来,以便于以后音频模块2再获取到该音频信息时所述操作系统可自行判断出工况是否异常。进一步地,机械臂1设置于所述机械手结构的末端,机械臂1末端具有朝向操作区域的端面,音频模块2设置于所述端面上,以使音频模块2对准操作区域,从而便于音频模块2高灵敏地收集到操作区域上的微小声音。
[0029]
在本实施例中,音频模块2为暴露于机械臂1的所述端面外的麦克风2-1,麦克风2-1的数目设置为两个。
[0030]
另外,所述机械手结构还包括摄像头6,摄像头6安装于机械臂1上并朝向操作区域设置(也即对准操作区域),摄像头6用于获取操作区域影像,所述操作系统用于根据所述操作区域影像控制机械臂1作业。这样,通过在机械臂1上组装结合摄像头6,不仅可以利用摄像头6获取操作区域影像,而后控制机械臂1准确精准地匹配工件,保证所述机械手结构可精准作业,避免异常工况发生,而且随机械臂1的运动,摄像头6对准的操作区域灵活变换,从而获取实时影像,进一步提升作业效率和精准度,降低环境布置成本和操作人员工作量,另外还可以利用摄像头6及时观测到异常工况的发生。
[0031]
摄像头6通过传输线连接至所述操作系统,当摄像头6获取操作区域影像后,其可通过所述传输线将所述操作区域影像传输至所述操作系统。对应的,所述操作系统接收到摄像头6传输来的所述操作区域影像后,所述操作系统对所述操作区域影像进行处理(如分析工件的边界、确定工件的几何中心等),并参照处理结果控制机械臂1作业。
[0032]
进一步地,摄像头6也设置在机械臂1末端的朝向操作区域的所述端面上,便于摄像头6更易于对准操作区域,而且无论机械臂1在作业过程中如何运动,摄像头6都可准确获取机械臂1对应位置处的操作区域影像。
[0033]
优选地,摄像头6的数量设置为两个。这样,可便于操作人员根据实际需求(例如工件的尺寸、操作区域的面积、工件的边界形状、精度需求等),有针对性地搭配合适地摄像头。例如,其中一个摄像头6设置为长焦摄像头,以用于对操作区域内的工件进行精准成像,便于识别工件的细节结构;其中另一摄像头6设置为短焦摄像头,以用于获得更大范围的操作区域影像。
[0034]
进一步地,所述机械手结构还包括卧式布置的底座10、移动机构、摆动机构和旋转机构,底座10、所述移动机构、所述摆动机构、所述旋转机构、机械臂1依次连接。为便于描述,本申请中,定义由底座10指向机械臂1末端的方向定义为“远”,相反的,由机械臂1末端指向底 座10的方向定义为“近”。相应的,底座10、所述移动机构、所述摆动机构、所述旋转机构、机械臂1由近及远依次连接,也就是说,底座10、所述移动机构、所述摆动机构、所述旋转机构于机械臂1近端依次连接。
[0035]
所述移动机构包括第一传动座12及驱动第一传动座12沿第一方向移动的第一电机11。具体地,第一电机11固设于底座10的一端,底座10沿其长度方向设置两根轴向导杆20,两根轴向导杆20平行于第一电机11的输出轴,第一传动座12套装于轴向导杆20上。第一电机11的输出端通过丝杆13螺纹连接第一传动座12内的丝杆螺母(未示出)。也就是说,本发明中的第一方向构造为轴向导杆20的长度方向。当第一电机11工作时,第一传动座12可沿轴向导杆20的长度方向(即为第一方向)水平移动。
[0036]
所述摆动机构近端连接至第一传动座12上并能够在与第一方向垂直的第一平面内摆动。具体地,第一传动座12上垂直于所述第一方向向上延伸,第一传动座12上设置有第二电机14;所述摆动机构包括第二传动座17,第二传动座17的近端通过第二轴15连接至第一传动座12的远端;第二电机14的输出端通过齿轮传动机构连接第二传动座17上的第二输入齿轮16。当第二电机14工作时,第二电机14驱动第二传动座17绕第二轴15在与第一方向垂直的第一平面内摆动(也即第二传动座17绕第二轴15相对第一传动座12转动)。
[0037]
在本实施例中,所述摆动机构还包括第三传动座22,第三传动座22的近端通过第三轴18连接至第二传动座17的远端;第二传动座17上固装有第三电机19,第三电机19的输出端通过齿轮传动机构连接第三传动座22的第三输入齿轮。当第三电机19工作时,第三电机19驱动第三传动座22绕第三轴18在与第一方向垂直的第一平面内摆动(也即第三传动座22绕第三轴18相对第二传动座17转动)。
[0038]
其中,第二轴15和第三轴18相平行,且均垂直于轴向导杆20。第一电机11的输出轴、第二电机14的输出轴及第三电机19的输出轴相互平行,可以确保整个结构占地面积少,并使得整个机械臂的工作范围大。并且,第一传动座12、第二传动座17、第三传动座22的端面相互平行,确保机械手工作所覆盖的范围足够大。
[0039]
所述旋转机构安装在所述摆动机构远端,并带动机械臂1围绕第四轴承26的旋转轴旋转,第四轴承26的旋转轴与第一方向垂直。具体地,所述旋转机构包括固定连接于第三传动座22远端的侧凸安装座25及设置在侧凸安装座25上的第四电机23;第四电机23的输出端固接至机械臂1近端,第四电机23的输出端和机械臂1的近端于第四轴承26内实现连接。当第四电机23工作时,第四电机23驱动机械臂1围绕第四轴承26的旋转轴旋转。其中,第四轴承26的旋转轴与第四电机23的输出轴同轴设置,二者均与第一方向相垂直。也即,第四电机23使得机械 臂1可绕机械臂1的中心轴回转,从而便于机械臂1的所述端面正对操作区域。
[0040]
这样,本发明的机械手结构,通过所述移动机构、所述摆动机构、所述旋转机构及机械臂1的配合,可使得整个机械臂1的工作范围大。
[0041]
另外,机械臂1上还设置有第五电机24,第五电机24的输出端垂直于机械臂1的长度方向布置,也即第五电机24的输出轴与第四电机23的输出轴相垂直,与第一电机11的输出轴、第二电机14的输出轴及第三电机19的输出轴相互平行,这样,第五电机24可用于驱动组装至机械臂1远端的机械手指进行角度定位。本发明通过设置机械手结构为五轴机械手,从而控制机械臂1完成精细作业。
[0042]
进一步地,在本实施例中,所述机械手结构还包括与第一电机11连接的第一编码器、与第二电机14连接的第二编码器、与第三电机19连接的第三编码器、与第四电机23连接的第四编码器以及与第五电机24连接的第五编码器。也即,每个上述电机均配套有编码器,各编码器分别用于检测对应的电机上齿轮机构的转动方向和转动角度,从而确保控制精确。
[0043]
与现有技术相比,本发明一实施例的机械手结构的有益效果在于:通过在机械臂1上组装结合音频模块2,通过音频模块2实时收集作业环境中的各种声音,从而辅助操作人员监测机械手结构的运行状态、监测机械手结构作业环境内的其他机构或设备的运行状态,以便及时发现机械手结构作业环境内的异常工况,避免机械手结构或机械手结构作业环境内的其他机构和设备盲目地在异常状态下长时间作业。
[0044]
应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0045]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种机械手结构,所述机械手结构包括机械臂和操作系统,其特征在于,所述机械手结构还包括与所述操作系统相连接的音频模块,所述音频模块设置于所述机械臂末端,所述音频模块用于收集作业环境内的音频信息并将所述音频信息传输至所述操作系统,所述操作系统用于根据所述音频信息控制所述机械臂的作业状态。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的机械手结构,其特征在于,所述操作系统将所述音频信息与其声音模块中的工况预设音频信息进行比对,并根据比对结果控制所述机械臂的作业状态。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的机械手结构,其特征在于,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统控制所述机械臂停止作业;当所述比对结果为工况正常时,所述操作系统控制所述机械臂继续作业。
[权利要求 4]
根据权利要求3所述的机械手结构,其特征在于,所述机械手结构还包括报警装置,当所述比对结果为工况异常时,所述操作系统还用于控制所述报警装置启动报警。
[权利要求 5]
根据权利要求3所述的机械手结构,其特征在于,当比对结果为所述音频信息无法匹配至所述工况预设音频信息时,所述操作系统将所述音频信息保存为一条新的工况预设音频信息并保存经人工分析得到的所述音频信息的对应工况。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的机械手结构,其特征在于,所述机械臂末端具有朝向操作区域的端面,所述音频模块设置于所述端面上。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的机械手结构,其特征在于,所述音频模块设置为暴露于所述机械臂的所述端面外的两个麦克风。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的机械手结构,其特征在于,所述机械手结构还包括摄像头,所述摄像头安装于所述机械臂上并朝向操作区域设置,所述摄像头用于获取操作区域影像将所述操作区域影像传输至所述操作系统,所述操作系统还用于根据所述操作区域影像控制所述机械臂的作业状态。
[权利要求 9]
根据权利要求8所述的机械手结构,其特征在于,所述摄像头设置为两个。
[权利要求 10]
根据权利要求1所述的可视觉的机械手结构,其特征在于,所述机械手结构还包括于所述机械臂近端依次连接的移动机构、摆动机构和旋转机构; 所述移动机构包括沿第一方向移动的第一传动座;所述摆动机构的近端连接至所述第一传动座上并能够在与第一方向垂直的第一平面内摆动;所述旋转机构安装在所述摆动机构远端,并带动所述机械臂围绕一旋转轴旋转,所述旋转轴与所述第一方向垂直。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]