一種機械手裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種機械手裝置。
【背景技術】
[0002]機械手是能模仿人手和臂的某些動作功能用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具，機械手是最早出現的工業機器人，也是最早出現的現代機器人。機械手研究始于20世紀中期，從1958年美國聯合控制公司研制出第一臺機械手，到20世紀70年代初期制造業開始引進機械手的使用，再到1972年我國第一臺機械手的開發以及隨之而來的全國范圍都開始研制和應用機械手，機械手的發展歷經了這短短幾十年，迎來的是制造業的全新面貌。工業機械手憑借其自身的顯著優點得到了廣泛的應用。
[0003]中國專利201020163658.1公開了一種四旋翼飛行抓捕手，四旋翼飛行抓捕手上部有一個四旋翼飛行器系統下部有一個機械手。
[0004]中國專利201410341528.5開了一種景區遙控飛行自動撿垃圾裝置，其機殼上設置有四個螺旋槳，每一螺旋槳分別與一個驅動電機連接，機殼內設置有氣栗和氣壓缸，氣栗通過氣管和換向閥與氣壓缸連接，氣壓缸的活塞桿外端與機械手抓連接，氣壓缸的中部與機殼鉸接固定，氣壓缸的后端與擺動機構連接，機殼內設置有控制器和蓄電池，蓄電池為驅動電機、控制器和氣栗提供電源，控制器分別控制四個驅動電機和氣栗的運轉，控制器還與接收天線連接，機械手抓伸出機殼外。
[0005]中國專利201520113123.6公開了一種基于多旋翼機的反恐排爆機器人，包括機械臂以及機械手爪，機械手爪連接在機械臂頂端，用于進行爆炸物體的抓取，其還包括旋翼飛行部分，旋翼飛行部分包括旋翼平臺及多個均勻分布在平臺邊緣的旋翼臂，在每個旋翼臂的頂端各設置有一個螺旋槳，由飛行電機驅動旋翼旋轉;機械臂固定連接在旋翼平臺上。
[0006]中國專利201520113125.5公開了一種陸空兩棲反恐排爆機器人，包括機械臂和地面行走機構，在機械臂頂端連接有機械手抓和旋翼飛行部分，旋翼飛行部分包括機架、置于其上的旋翼平臺及多個均勻分布在平臺邊緣的旋翼臂，在每個旋翼臂的頂端各設置有一個旋翼，由飛行電機驅動旋翼旋轉;機械臂固定連接在旋翼平臺上;地面行走機構包括三個以上的全向輪，每個全向輪由一個全向輪電機驅動，全向輪置于機架的底部。
[0007]現有技術中機械手通常直接安裝飛行器上，機械手抓取物品時受飛行器動力裝置氣流的影響不能準確抓取物品；另一種通過繩索吊掛機械手，但是飛行器下放機械手后會有擺動角度，也無法準確抓取物品，且繩索自旋也易使繩索斷裂。
【發明內容】
[0008]針對現有技術存在的問題，本發明的目的提供一種能夠定向抓取，大小可調，穩定性高，環境適應性強的機械手裝置。
[0009]為了實現上述目的，本發明提供了一種機械手裝置，該機械手裝置包括機架和同步開合的至少一對抓取機構;每個抓取機構包括位于上方的機械臂和位于下方的機械爪，機械臂的上端鉸接于機架上，機械爪連接于機械臂的下端;機械臂上設有涵道風扇。
[0010]本發明中，機械手安裝在無人機或無人車上，該機械手主要為了克服自然因素的影響，安裝在無人機上，通過繩索懸掛機械手，機械手通過涵道風扇實現定點抓取;安裝在無人車上，該機械手主要是為了對懸崖峭壁上的物品進行定點抓取。
[0011 ]本發明中，抓取機構的數目為至少一對，在此基礎上進一步優選為2-4對，在此基礎上進一步優選為2對。
[0012]本發明中，抓取物品時對涵道風扇進行調速控制，使機械手裝置沿水平方向移動到物品上端實現定向抓取。
[0013]本發明中，在機械臂設置了涵道風扇，抓取物品時通過對涵道風扇的控制，實現水平方向移動定向抓取，克服了橫風、重力和空間遮擋等影響物品抓取的問題。
[0014]根據本發明另一【具體實施方式】，每對抓取機構中的兩個抓取機構對稱設置;旋翼單元包括旋翼和涵道，涵道環繞設置于旋翼的外側。
[0015]根據本發明另一【具體實施方式】，至少一對旋翼的轉軸關于機械手裝置高度方向的中心線對稱，轉軸的延長線交點位于旋翼上方。通過這樣的設置，氣流支承跨度大，飛行穩定，不易干擾機械手底部的被抓物。
[0016]根據本發明另一【具體實施方式】，至少一對抓取機構同步開合。抓取機構同步開合，可以實現抓取物品。
[0017]根據本發明另一【具體實施方式】，機械手裝置進一步包括第一控制機構，第一控制機構包括第一舵機、第一升降板、上連桿，第一舵機設置于機架上;第一舵機具有第一輸出軸，第一輸出軸從第一舵機的底部向下伸出；第一升降板套在第一輸出軸上，且與第一輸出軸螺紋連接;上連桿對應于機械臂設置(與機械臂的數目一致)，其兩端分別與第一升降板和機械臂鉸接。該方案中，第一舵機正向旋轉(例如順時針旋轉)時，帶動第一輸出軸正向旋轉，進而帶動第一升降板上升，使上連桿的姿態轉為水平或者接近水平，從而使抓取機構的底端張開。第一舵機反向旋轉(例如逆時針旋轉)時，帶動第一輸出軸反向旋轉，進而帶動第一升降板下降，使上連桿的姿態轉為豎直或者接近豎直，從而使抓取機構的底端閉合。因而，第一舵機正向旋轉時抓取機構一級張開，第一舵機反向旋轉時抓取機構閉合。可以實現對物品的抓取。
[0018]根據本發明另一【具體實施方式】，機械手裝置進一步包括第二控制機構，第二控制機構包括下支撐板、第二舵機、第二升降板、下連桿;下支撐板位于第一升降板的下方，通過下固定柱與第一升降板固定連接;第二舵機設置于下支撐板上;第二舵機具有第二輸出軸，第二輸出軸從第二舵機的底部向下伸出；第二升降板套在第二輸出軸上，且與第二輸出軸螺紋連接;下連桿對應于機械臂設置(與機械臂的數目一致)，其兩端分別與第二升降板和機械爪鉸接。該方案中，下支撐板位于第一升降板的下方，通過下固定柱與第一升降板固定連接，第二舵機設置于下支撐板上；因而第二舵機的旋轉，可以實現抓取機構二級張開，即在一級張開的基礎上進一步張開，以抓取直徑較大的物品。具體而言，第二舵機正向旋轉(例如順時針旋轉)時，帶動第二輸出軸正向旋轉，進而帶動第二升降板上升，使下連桿的姿態轉為水平或者接近水平，從而使抓取機構的底端進一步張開。第二舵機反向旋轉(例如逆時針旋轉)時，帶動第二輸出軸反向旋轉，進而帶動第二升降板下降，使上連桿的姿態轉為豎直或者接近豎直，從而使抓取機構的底端閉合。因而，第二舵機正向旋轉時抓取機構開口擴大，第二舵機反向旋轉時抓取機構開口縮小。
[0019]該方案中，通過設置兩個控制機構，改變傳統標配機械手抓取物品直徑的最大值，能夠靈活多變的抓取物品。當物品直徑較小時，由第一控制機構控制實現抓取機構的一級張開(半張開)；當物品直徑較大時，由第二控制機構控制實現抓取機構的二級張開(全張開)O而且舵機正轉抓取機構張開，舵機反轉抓取機構閉合，可順利實現對物品的抓取。
[0020]根據本發明另一【具體實施方式】，機械手裝置進一步包括懸掛機構，懸掛機構包括下連接件、上支撐板;上支撐板位于機架的上方，通過上固定柱與機架固定連接;上支撐板的中部固定有軸承，下連接件穿過軸承的中心孔，下連接件的底部連接一限位塊，限位塊位于軸承的下方。這樣，懸掛時，即使機械手裝置受外力因素自旋，繩索也會通過軸承吸收扭矩，不會因為自旋導致斷裂，從而提高安全性。
[0021 ]根據本發明另一【具體實施方式】，懸掛機構進一步包括緩沖件和上連接件，緩沖件位于上連接件和下連接件之間；上連接件為柔性連接件(例如繩索)；下連接件為柔性連接件或者剛性連接件。通過設置緩沖件，可增強上連接件和下連接件的受力值。
[0022]根據本發明另一【具體實施方式】，下連接件為剛性連接件(例如鋼筋)，下連接件包括位于下方的豎直段和位于上方的彎折段，豎直段和彎折段鉸接;值得注意的是，彎折段也是直桿，只是彎折段能相對于豎直段進行例如180°的旋轉。這種多段結構主要是為了解決飛行器下放機械手時，繩索過長導致繩索錯放到涵道風扇上，通過鋼筋關節結構把繩索移動到機械臂外側，即使繩索過長也不會導致繩索與機械手纏繞。
[0023]根據本發明另一【具體實施方式】，機械爪包括爪體、橫桿、斜桿，爪體、橫桿、斜桿彼此鉸接，構成三角形結構。
[0024]根據本發明另一【具體實施方式】，機械臂的下端鉸接于橫桿上；下連桿的兩端分別與第二升降板和橫桿鉸接。
[0025]根據本發明另一【具體實施方式】，在抓取機構上設置有壓力傳感器，用于檢測抓取物體時所用的壓力;在機械手裝置的中心底部安裝有攝像頭和測距傳感器，便于抓取物品。
[0026]根據本發明另一【具體實施方式】，抓取機構有兩對四個，相鄰的抓取機構間距90°。
[0027]根據本發明另一【具體實施方式】，添加控制模塊，控制模塊上有飛控板、接收機、電調以及電源，用于控制涵道風扇的轉速、增減速。另外，在上固定柱上安裝備用電源，預防控制模塊斷電導致機械手失控。
[0028]根據本發明另一【具體實施方式】，涵道風扇安裝在上固定柱四周，與控制模塊配合實現定向移動，可以配合2個、3個、4個、6個實現多軸控制定點移動。
[0029]根據本發明另一【具體實施方式】，飛行機械手裝置進一步包括懸掛機構，懸掛機構包括與機架連接的第一連接部和與吊繩連接的第二連接部，第一連接部和第二連接部之間設置有測力傳感器，該測力傳感器可用于檢測被抓物的重量。防止機械手或懸吊機械手的設備及吊繩過載。
[0030]另一方面，本發明提供給了一種應用上述機械手的控制方法，該控制方法包括如下步驟:
[0031]A、抓取被抓物；
[0032]B、逐步收緊吊繩，并檢測測力傳感器的反饋值；
[0033]C、當所述反饋值大于預定閾值時，停止收緊吊繩并松開被抓物；當反饋值不大于預定閾值時，繼續收緊吊繩直至反饋值不再上升。
[0034]該方案有效防止機械手或懸吊機械手的設備及吊繩過載。
[0035]本發明通過設置兩個控制機構，改變傳統標配機械手抓取物品直徑的最大值，能夠靈活多變的抓取物品；設置了涵道風扇，抓取物品時通過對涵道風扇的控制，實現水平方向移動定向抓取，克服了懸繩式