一种展示机器人手爪的科普互动装置的制作方法

1.本实用新型涉及教学器材领域，特别涉及一种展示机器人手爪的科普互动装置。


背景技术：

2.机械手，指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。其主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。它可代替人进行繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，广泛应用于机械制造、轻工和原子能等部门。机器人的末端执行器是指安装于机器人手臂前端执行某种操作或作业的装置，它主要由手爪、防缠绕部件、连接部件、传感器检测部件等组成。其中，手爪直接与机器人周围作业环境相互接触，执行抓取、转移、操作物品的任务。因此，机器人手爪的好坏对提升机器人工作效率，以及机器人抓取的性能和操作物品的能力有着极大影响。针对不同的作业及操作要求，机器人手爪已发展出较多形式。随着机器人应用领域的不断延伸，机器人手爪的种类也在不断扩展，逐渐衍生出如仿人手的多指灵巧手、新型材料制成的仿生柔性手爪等新兴产品。机器人手爪正面向更多、更复杂的应用环境，朝着更标准、更柔性、更灵巧、更智能的方向不断发展。
3.现有对机器人手爪的科普展示较为少见，已有方案多采用单一种类的手爪进行自动演示，互动方式以观看为主，较为枯燥乏味，较难激发观众的参与兴趣，无法让观众全面认识机器人手爪的功能及作用，因此，本技术提供了一种展示机器人手爪的科普互动装置来满足不同机器人手爪的科普展示需求。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是提供一种展示机器人手爪的科普互动装置以解决现有多种型号的机器人手爪科普展示效果差等系列问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种展示机器人手爪的科普互动装置，包括展台以及安装在所述展台上的机器人手爪组，所述机器人手爪组包括四种机械手爪、三种柔性软体手爪、五指仿真人手及气动人工肌肉，四种机械手爪包括二指平动机械手、三指张角式机械手、四指定心机械手与o型机械手，三种柔性软体手爪包括三指圆周软体手爪、六指圆周软体手爪与六指对称软体手爪；所述展台上还设有互动机构，所述互动机构包括触摸屏、积木架及其支撑结构、不同形状和大小的夹持物、圆环、透明亚克力罩、摇杆、按钮、说明牌和图文板，多个所述摇杆分别控制对应的机器人手爪运动。
7.优先地，所述二指平动机械手、所述三指张角式机械手、所述四指定心机械手与所述o型机械手位于所述展台的同一侧，所述三指圆周软体手爪、所述六指圆周软体手爪及所述六指对称软体手爪均位于所述展台的另一侧，且所述五指仿真人手与所述气动人工肌肉分别位于所述展台的一端。
8.优先地，所述五指仿真人手与所述气动人工肌肉的外围均设有透明亚克力罩，所
述透明亚克力罩安装在所述展台上。
9.优先地，所述二指平动机械手、所述三指张角式机械手、所述四指定心机械手及所述o型机械手上均设有所述透明亚克力罩，所述摇杆位于所述透明亚克力罩的外部。
10.优先地，所述积木架前端为三叉结构，端部安装有不同形状、尺寸的积木块，转动积木架可调整积木块与机械手爪的相对位置。
11.优先地，所述积木架与其支撑结构处设置有直线轴承，在积木架的主轴上设置有限位环。
12.优先地，所述圆环通过弹簧伸缩绳与所述展台的顶部相连接，且所述圆环与所述气动人工肌肉的位置相对应。
13.优先地，所述气动人工肌肉具有与生物肌肉纤维相似的仿生编织结构以及与骨骼肌相似的可变刚度特性。
14.本实用新型与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
15.上述方案中，通过将四个类型共九种具有代表性的机器人手爪进行集中展示，既有工业中应用最广泛的机械手爪，又有近年兴起的针对异形易损物品分拣的柔性软体手爪，以及代表行业前沿及未来发展方向的五指仿真人手、仿象鼻的气动人工肌肉，让观众能够全面地、系统地了解机器人手爪的技术现状及发展趋势。
16.通过结合机械、电控、多媒体等技术手段，根据不同机器人手爪的特点设置不同的互动展示形式，尤其是通过积木架的机械结构实现观众对机械手爪的安全、稳定地操控，利用弹簧伸缩绳可自动恢复原状的原理实现观众反复操作气动人工肌肉提拉圆环后的自动复位，本装置所设计的展示形式具有较强的互动性和趣味性，同时有效确保了观众体验的安全性和装置运行的稳定性，让观众通过对比不同机器人手爪的外形、尺寸、材料及工作方式，了解不同手爪的研发背景、工作原理及应用场景，增强了观众在体验过程中的探究性。
附图说明
17.并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。
18.图1为一种展示机器人手爪的科普互动装置立体结构示意图；
19.图2为一种展示机器人手爪的科普互动装置另一视角立体结构示意图；
20.图3为一种展示机器人手爪的科普互动装置积木架立体结构示意图；
21.图4为一种展示机器人手爪的科普互动装置气动人工肌肉立体结构示意图。
22.[附图标记]
[0023]
1、二指平动机械手；2、三指张角式机械手；3、四指定心机械手；4、o型机械手；5、三指圆周软体手爪；6、六指圆周软体手爪；7、六指对称软体手爪；8、五指仿真人手；9、气动人工肌肉；10、触摸屏；11、积木架；12、夹持物；13、圆环；14、透明亚克力罩；15、摇杆；16、按钮；17、说明牌；18、图文板；19、展台；20、积木块；21、限位环；22、直线轴承；23、支撑结构；24、弹簧伸缩绳。
[0024]
如图所示，为了能明确实现本实用新型的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本实用新型限定在该特定结构、器件和环境中，
根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种展示机器人手爪的科普互动装置进行详细描述。同时在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本实用新型进行具体的限定。
[0026]
需要指出的是，在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
[0027]
通常，可以至少部分从上下文中的使用来理解术语。例如，至少部分取决于上下文，本文中使用的术语“一个或多个”可以用于描述单数意义的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义的特征、结构或特性的组合。另外，术语“基于”可以被理解为不一定旨在传达一组排他性的因素，而是可以替代地，至少部分地取决于上下文，允许存在不一定明确描述的其他因素。
[0028]
可以理解的是，本公开中的“在
……
上”、“在
……
之上”和“在
……
上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在
……
上”不仅表示“直接在”某物“上”而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义，并且“在
……
之上”或“在
……
上方”不仅表示“在”某物“之上”或“上方”的含义，而且还可以包括其“在”某物“之上”或“上方”且其间没有居间特征或层的含义。
[0029]
此外，诸如“在
…
之下”、“在
…
下方”、“下部”、“在
…
之上”、“上部”等空间相关术语在本文中为了描述方便可以用于描述一个元件或特征与另一个或多个元件或特征的关系，如在附图中示出的。空间相关术语旨在涵盖除了在附图所描绘的取向之外的在设备使用或操作中的不同取向。设备可以以另外的方式被定向，并且本文中使用的空间相关描述词可以类似地被相应解释。
[0030]
如图1-4所示的，本实用新型的实施例提供一种展示机器人手爪的科普互动装置，包括展台19以及安装在展台19上的机器人手爪组，机器人手爪组包括四种机械手爪、三种柔性软体手爪、五指仿真人手8及气动人工肌肉9，四种机械手爪包括二指平动机械手1、三指张角式机械手2、四指定心机械手3与o型机械手4，三种柔性软体手爪包括三指圆周软体手爪5、六指圆周软体手爪6与六指对称软体手爪7；展台19上还设有互动机构，互动机构包括触摸屏10、积木架11及其支撑结构23、不同形状和大小的夹持物12、圆环13、透明亚克力罩14、摇杆15、按钮16、说明牌17和图文板18，多个摇杆15分别控制对应的机器人手爪运动，本技术设计了一套展示内容全面、互动方式丰富的机器人手爪科普互动装置，通过选取多种具有代表性的机器人手爪，结合机电、多媒体等技术手段，根据各种手爪的特点设置不同的互动方式，观众可亲自操控机器人手爪对不同物件进行抓取或执行动作，通过对比了解不同机器人手爪的技术原理及用途，从中认识机器人手爪的技术现状及发展趋势。
[0031]
如图1-3所示，二指平动机械手1、三指张角式机械手2、四指定心机械手3与o型机
械手4位于展台19的同一侧，三指圆周软体手爪5、六指圆周软体手爪6及六指对称软体手爪7均位于展台19的另一侧，且五指仿真人手8与气动人工肌肉9分别位于展台19的一端，五指仿真人手8与气动人工肌肉9的外围均设有透明亚克力罩14，透明亚克力罩14安装在展台19上，二指平动机械手1、三指张角式机械手2、四指定心机械手3及o型机械手4上均设有透明亚克力罩14，摇杆15位于透明亚克力罩14的外部，积木架11前端为三叉结构，端部安装有不同形状、尺寸的积木块20，转动积木架11可调整积木块20与机械手爪的相对位置，积木架11与其支撑结构23处设置有直线轴承22，在积木架11的主轴上设置有限位环21，从而实现积木架11在限位内的平稳转动、移动，确保互动结构稳定耐用，由于机械手爪的手指多采用刚性材料，夹持力度较大，为确保观众体验时的安全，在展示过程中须避免观众与机械手爪直接接触以免夹伤，因此，在机械手爪部分的展示中使用透明亚克力罩14将观众与机械手爪隔离，让观众通过操纵积木架11来体验机械手爪的工作过程，观众通过转动积木架11将积木块20转至与机械手爪的中心相对的位置，然后推动积木架11将所选积木块20送入机械手爪中，再通过操控摇杆15选择机械手爪张开或闭合，摇杆15将张开或闭合信号传递给控制器，控制器通过改变机械手爪内部气压实现手爪的张开或闭合，通过以上操作，观众可观察对比机械手爪对于不同形状、尺寸积木块20的夹持情况，从而了解不同种类的机械手爪的功能特点及应用场景。
[0032]
参考附图1、2，柔性软体手爪广泛应用于易损物件夹取的柔性软体手爪，由于柔性软体手爪的手指采用柔性材料，且夹持动作轻柔，观众可近距离接触柔性软体手爪，因此，在此部分互动中，让观众亲自将夹持物12送入柔性软体手爪中，拉近了观众与机器人手爪的距离，观众可在台面凹槽中选取任意一种夹持物12，亲手将物品送入柔性软体手爪中，通过操控摇杆15选择柔性软体手爪张开或闭合，摇杆15将张开或闭合信号传递给控制器，控制器通过改变柔性软体手爪内部气压实现手爪的张开或闭合，通过以上操作，观众可观察对比柔性软体手爪对于不同形状、尺寸物品的夹取情况，从而了解不同种类的柔性软体手爪的功能特点及应用场景。
[0033]
参考附图2，五指仿真人手8部分展示了一款按照人手设计的拥有五根手指的灵巧型机械手，它的自由度较多，可以完成多种模仿人手的动作，由于五指仿真人手8结构精细，因此将其固定于台面并用透明亚克力罩14防护，让观众通过触摸屏10控制其做出不同动作，观众在触摸屏10中点击动作指令，触摸屏10中的程序经wifi局域网对五指仿真人手8的每一个关节所对应的电机进行精准位移控制，实现五指仿真人手8的关节运动，从而做出相应手势动作，如ok手势、点赞、胜利等，观众通过观看五指仿真人手8做不同手势，感受其手部各关节灵活且细腻的动作。
[0034]
如图1、2、4所示，圆环13通过弹簧伸缩绳24与展台19的顶部相连接，且圆环13与气动人工肌肉9的位置相对应，气动人工肌肉9具有与生物肌肉纤维相似的仿生编织结构以及与骨骼肌相似的可变刚度特性，气动人工肌肉9部分展示一款仿象鼻的新型材料的性能，在柔性机器人中具有广泛的应用前景，由于气动人工肌肉9的材料工艺精细，因此将其整体用透明亚克力罩14防护，让观众通过按钮16控制气动人工肌肉9执行动作，观众按下按钮16，气动人工肌肉9会做伸展、弯曲、提拉一系列动作去抓取前面的圆环13，上提圆环13到一定高度后松开，最后气动人工肌肉9归零位，圆环13自动复位，在此过程中，观众可观察气动人工肌肉9独特的运动方式，认识新型材料及结构工艺为机器人手爪的形式创造出更多可能
性，圆环13的摆放位置和角度是根据气动人工肌肉9的卷曲方向进行设置的，在圆环13下方设置弹簧伸缩绳24牵引，利用弹簧可自恢复原状的原理，实现气动人工肌肉9反复自动提拉圆环13并自动复位，观众通过按钮16将指令传递给控制器，控制气动人工肌肉9内部的压力变化，实现气动人工肌肉9在可控方向的弯曲。
[0035]
本实用新型提供的技术方案，通过将四个类型共九种具有代表性的机器人手爪进行集中展示，既有工业中应用最广泛的机械手爪，又有近年兴起的针对异形易损物品分拣的柔性软体手爪，以及代表行业前沿及未来发展方向的五指仿真人手、仿象鼻的气动人工肌肉，让观众能够全面地、系统地了解机器人手爪的技术现状及发展趋势。
[0036]
通过结合机械、电控、多媒体等技术手段，根据不同机器人手爪的特点设置不同的互动展示形式，尤其是通过积木架的机械结构实现观众对机械手爪的安全、稳定地操控，利用弹簧伸缩绳可自动恢复原状的原理实现观众反复操作气动人工肌肉提拉圆环后的自动复位，本装置所设计的展示形式具有较强的互动性和趣味性，同时有效确保了观众体验的安全性和装置运行的稳定性，让观众通过对比不同机器人手爪的外形、尺寸、材料及工作方式，了解不同手爪的研发背景、工作原理及应用场景，增强了观众在体验过程中的探究性。
[0037]
本实用新型涵盖任何在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。另外，为了避免对本实用新型的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
[0038]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
[0039]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，包括展台以及安装在所述展台上的机器人手爪组，所述机器人手爪组包括四种机械手爪、三种柔性软体手爪、五指仿真人手及气动人工肌肉，四种机械手爪包括二指平动机械手、三指张角式机械手、四指定心机械手与o型机械手，三种柔性软体手爪包括三指圆周软体手爪、六指圆周软体手爪与六指对称软体手爪；所述展台上还设有互动机构，所述互动机构包括触摸屏、积木架及其支撑结构、不同形状和大小的夹持物、圆环、透明亚克力罩、摇杆、按钮、说明牌和图文板，多个所述摇杆分别控制对应的机器人手爪运动。2.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述二指平动机械手、所述三指张角式机械手、所述四指定心机械手与所述o型机械手位于所述展台的同一侧，所述三指圆周软体手爪、所述六指圆周软体手爪及所述六指对称软体手爪均位于所述展台的另一侧，且所述五指仿真人手与所述气动人工肌肉分别位于所述展台的一端。3.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述五指仿真人手与所述气动人工肌肉的外围均设有透明亚克力罩，所述透明亚克力罩安装在所述展台上。4.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述二指平动机械手、所述三指张角式机械手、所述四指定心机械手及所述o型机械手上均设有所述透明亚克力罩，所述摇杆位于所述透明亚克力罩的外部。5.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述积木架前端为三叉结构，端部安装有不同形状、尺寸的积木块，转动积木架可调整积木块与机械手爪的相对位置。6.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述积木架与其支撑结构处设置有直线轴承，在积木架的主轴上设置有限位环。7.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述圆环通过弹簧伸缩绳与所述展台的顶部相连接，且所述圆环与所述气动人工肌肉的位置相对应。8.根据权利要求1所述的展示机器人手爪的科普互动装置，其特征在于，所述气动人工肌肉具有与生物肌肉纤维相似的仿生编织结构以及与骨骼肌相似的可变刚度特性。

技术总结
本实用新型提供一种展示机器人手爪的科普互动装置，属于教学器材领域；包括展台以及安装在所述展台上的机器人手爪组，所述机器人手爪组包括四种机械手爪、三种柔性软体手爪、五指仿真人手及气动人工肌肉，四种机械手爪包括二指平动机械手、三指张角式机械手、四指定心机械手与O型机械手，三种柔性软体手爪包括三指圆周软体手爪、六指圆周软体手爪与六指对称软体手爪；展台上还设有互动机构，互动机构包括触摸屏、积木架及其支撑结构、不同形状和大小的夹持物、圆环、透明亚克力罩、摇杆、按钮、说明牌和图文板。本实用新型通过机器人手爪组等设置，解决了现有多种型号的机器人手爪科普展示效果差等系列问题。展示效果差等系列问题。展示效果差等系列问题。


技术研发人员：魏蕾 王二超 毛立强 孙婉莹
受保护的技术使用者：中国科学技术馆
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/9/13