[发明专利]一种基于视觉的六自由度教育机械臂

说明书

本发明公开一种基于视觉的六自由度教育机械臂，包括机箱，臂体，末端工具，视觉模块；机箱包括下底板，前板，后板，左侧板，右侧板，上板，臂体包括底座、大臂、肘部、小臂、腕部、手部，末端工具包括夹持器、吸盘器，视觉模块包括工作空间板，摄像头，摄像头支架。本发明实现六自由度控制，对人体手臂进行高仿生；机箱上设计了多功能按钮，三色LED，I/O面板等，辅助功能丰富；两个风扇分别进行持续转动以及条件转动，解决设备的散热问题；手部快装手能够对末端工具进行快速更换，解决工具的多样使用需求以及降低拆装损耗；视觉模块使用图像处理与标记工作板，实现了对象姿态识别与精确空间坐标变换，并简化了编程难度，以满足学生机器人课程需求。

技术领域

本发明属于教育机器人技术领域，具体地说是一种基于视觉的六自由度教育机械臂。

背景技术

随着现代科技的迅速发展，机器人行业发展越来越迅速，在工厂自动化生产中机械臂的应用越来越多。在教育领域，机器人教育同样是一个热点，但由于硬件设备的限制，学生难以通过实际操作对机器人获得真实的体验，因此相关的教学机器人设备显得尤为重要。

机械臂是机器人技术领域得到最广泛应用的机械装置，现有的应用于教育的机械臂由于缺少多自由度，对人体手臂的仿生度不足，不足以锻炼学生的空间运动计算能力。此外，现有设备未充分考虑驱动设备散热及学生的编程控制课程，无法满足学生高阶编程能力训练的需求。再者，现有设备使用的工具有限，无法满足学生在使用时对不同工具的需求。

因此需要向学生提供一种高仿生度，驱动设计考虑充分，能够进行视觉编程，满足学生对机器人课程需求的教育机械臂，来帮助学生更好地学习机械臂的空间运动及编程技能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉的六自由度教育机械臂，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于视觉的六自由度教育机械臂，包括：机箱，臂体，末端工具，视觉模块；

所述机箱包括下底板，前板，后板，左侧板，右侧板，上板，所述臂体包括底座、大臂、肘部、小臂、腕部、手部，所述末端工具包括夹持器、吸盘器，所述视觉模块包括工作空间板，摄像头，摄像头支架；

所述下底板包括橡胶脚垫，树莓派4B，机械臂驱动板，开关电源；所述橡胶脚垫固定于下底板四角开孔处，所述树莓派4B固定于下底板靠近后板与左侧板的开孔位置，所述机械臂驱动板固定于树莓派4B上通过针脚相连，包括12V转7.4V、12V转5V两路DC-DC转换，每路最大3A电流，3路MOS管开关，风扇控制，UART转TTL部分，多功能按钮控制部分，所述开关电源固定于下底板靠近右侧板与前板的开孔位置，向设备提供12V直流电源；

所述后板包括I/O面板，AC插座；所述I/O面板安装于后板中央方孔处以四角开孔处进行固定，且I/O面板通过排线与下底板处的机械臂驱动板相连，所述AC插座安装于后板一侧以两侧开孔进行固定，且与所述开关电源L、N引脚相连，通电后向开关电源供电，后板另一侧开有三处方孔用于固定树莓派4B的USB接口与以太网口；

所述左侧板包括风扇；所述风扇固定于左侧板靠近前板的位置并通过四个开孔固定，且通过2pin接线与机械臂驱动板相连，并在通电后通过MOS开关控制风扇转动，且左侧板靠近后板处开有安装槽用于固定树莓派4B的电源接口与Micro HDMI端口；

所述右侧板包括风扇；所述风扇固定于右侧板靠近后板的位置并通过四个开孔固定，且通过2pin接线与机械臂驱动板相连，并在通电后常转进行持续散热；

所述上板包括按钮式电源开关，多功能按钮，三色LED；所述按钮式电源开关安装于上板靠近前板与右侧板的位置，且分别与开关电源+V、-V引脚以及机械臂驱动板相连，用于控制负载通电与断电，所述多功能按钮安装于上板靠近前板与左侧板的位置，且通过2pin接线与机械臂驱动板相连，所述三色LED固定于上板靠近前板中央的位置，且通过4pin接线与所述I/O面板相连；