專利名稱：一種機(jī)械臂、機(jī)械臂的控制方法及機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種機(jī)械臂、機(jī)械臂的控制方法及機(jī)器人。
背景技術(shù)：
機(jī)械臂是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業(yè)的自動控制設(shè)備，由這種機(jī)械臂構(gòu)成的機(jī)器人系統(tǒng)由多關(guān)節(jié)連結(jié)并且允許在二維或三維空間進(jìn)行運動或使用線性位移移動。常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)械臂一般使用一些剛度很強的材料如金屬制造，而且驅(qū)動電機(jī)都直接安裝在機(jī)械臂上，因此機(jī)械臂運動時的慣量會很大而且在開環(huán)控制的情況下缺乏順應(yīng)性，使得在設(shè)計過程中對機(jī)械臂的控制增加了難度。除此之外，當(dāng)這種利用金屬制造的機(jī)械臂與人或其他對象相互接觸時或者工作時容易因發(fā)生碰撞而導(dǎo)致較大的傷害。機(jī)械臂的碰撞問題在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中顯得更為重要，因工作環(huán)境會存在很多不確定性以及需要經(jīng)常與人相互動，從而增加了非預(yù)期的碰撞風(fēng)險。針對這個問題，
公開日為2012年8月7日，公開號為US8234949的美國授權(quán)發(fā)明專利提出了以鋼絲傳動的方法驅(qū)動機(jī)械臂的關(guān)節(jié)，其伺服電機(jī)能安裝在機(jī)械臂的底座以減輕機(jī)械臂運動時的慣量。但此類機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)件仍使用剛性材料制造，因此仍存在一定的碰撞傷害性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械臂在服務(wù)機(jī)器人的過程中安全性不足的問題，提供一種安全度高的機(jī)械臂，該機(jī)械臂由氣囊支撐并以拉索的方式驅(qū)動，從而大大地減輕了機(jī)械臂的慣量以及增加了該機(jī)械臂的順應(yīng)性，使得機(jī)械臂的使用更加安全而且更加美觀。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提供一種機(jī)械臂，機(jī)械臂包括至少一個伺服電機(jī)、封閉式的氣囊、至少一條繩索，氣囊包括至少一個關(guān)節(jié)，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，通過伺服電機(jī)調(diào)節(jié)繩索的長度來控制關(guān)節(jié)的姿態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，機(jī)械臂包括至少兩條繩索，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，且每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索控制，每個關(guān)節(jié)各條繩索的長度控制相互耦合，以控制關(guān)節(jié)的姿態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，機(jī)械臂包括至少兩個伺服電機(jī)、每一伺服電機(jī)獨立地控制一個繩索。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，關(guān)節(jié)位置的橫截面積小于氣囊其它位置的橫截面積。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，機(jī)械臂還包括用于嵌套繩索的套管，套管均設(shè)置在氣囊的內(nèi)部，每一套管的入口固定在其中一關(guān)節(jié)的頂端，其出口固定在機(jī)械臂的根部。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，氣囊包括連接在一起的至少兩個關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)的連接方式為樹狀連接方式、環(huán)形狀連接方式、或串聯(lián)連接方式。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，關(guān)節(jié)包括單自由度關(guān)節(jié),單自由度關(guān)節(jié)由兩條繩索控制，且兩條繩索位置在關(guān)節(jié)的橫截面中以180度平分。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，關(guān)節(jié)包括兩自由度關(guān)節(jié)，兩自由度關(guān)節(jié)由至少三條繩索控制，且兩自由度關(guān)節(jié)中的各條繩索的位置在關(guān)節(jié)的橫截面中以小于180度的角度組合劃分。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，兩自由度關(guān)節(jié)中的各條繩索的位置在關(guān)節(jié)的橫截面中以繩索的條數(shù)平分。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，機(jī)械臂包括用于給氣囊充氣的氣泵、用于檢測空氣壓力的氣壓傳感器以及用于接收氣壓指令的氣壓控制器，氣壓控制器接收氣壓指令和由氣壓傳感器發(fā)出的壓力信號后，由氣泵對氣囊中的氣壓進(jìn)行控制使其氣壓與氣壓指令一致；機(jī)械臂還包括姿態(tài)控制器，用于控制伺服電機(jī)調(diào)節(jié)繩索的長度來控制關(guān)節(jié)的姿態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種機(jī)械臂的控制方法，包括以下步驟對氣壓控制器發(fā)出氣壓指令，并由氣壓傳感器檢測空氣壓力并發(fā)出壓力信號；氣壓控制器接收氣壓指令和壓力信號后，由氣泵對氣囊充氣，并且由氣泵或氣囊上的氣閥對氣囊中的氣壓進(jìn)行控制，使其氣壓與氣壓指令一致；調(diào)整好氣囊內(nèi)的氣壓后，發(fā)出姿態(tài)指令；姿態(tài)控制器接收姿態(tài)指令，控制每一伺服電機(jī)根據(jù)姿態(tài)指令調(diào)整每一繩索的長度，使得由繩索控制的關(guān)節(jié)的姿態(tài)與姿態(tài)指令相一致。根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種機(jī)器人，包括如上述技術(shù)方案所述的機(jī)械臂。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果(I)本發(fā)明的機(jī)械臂采用了封閉式的不可伸展的氣囊為機(jī)械臂起支撐作用，大大的降低了機(jī)械臂在工作過程中與其他接觸物碰撞而帶來的危害性，保證了機(jī)械臂工作的安全性，除此之外，這種機(jī)械臂在不工作的時候可以收縮氣囊，減小了機(jī)械臂的占用空間，便于攜帶與運輸；(2)本發(fā)明機(jī)械臂采用了多段關(guān)節(jié)的機(jī)械臂設(shè)計，其中關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)之間相互獨立操控，不需要受其他關(guān)節(jié)的活動而做出相應(yīng)的調(diào)節(jié)，當(dāng)多段關(guān)節(jié)通過適當(dāng)?shù)慕M合后具有高度模仿人類手臂的活動能力；(3)本發(fā)明的機(jī)械臂采用的關(guān)節(jié)可以有多個自由度，即單個關(guān)節(jié)可以由多條繩索來控制，這樣構(gòu)成的關(guān)節(jié)比現(xiàn)有技術(shù)中單自由度的關(guān)節(jié)更加靈活，可以實現(xiàn)機(jī)械臂更加復(fù)雜的活動，最終實現(xiàn)機(jī)器人更多的功能；(4)本發(fā)明的機(jī)械臂將所有繩索設(shè)置于氣囊內(nèi)部，使得機(jī)械臂操控流程更加簡潔，且避免了因大量繩索外露于機(jī)械臂影響機(jī)械臂的外觀，使得使用該種機(jī)械臂的機(jī)器人更加美觀。(5)本發(fā)明套管的走線從關(guān)節(jié)內(nèi)部，特別是中心穿過能大大減小套管因關(guān)節(jié)活動而需預(yù)留的長度。
圖1是本發(fā)明第一實施方式的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明第二實施方式的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明多段關(guān)節(jié)的樹狀連接方式示意圖；圖4是本發(fā)明多段關(guān)節(jié)的環(huán)形狀連接方式示意圖；圖5是本發(fā)明多段關(guān)節(jié)的串聯(lián)連接方式示意圖；圖6A是本發(fā)明兩自由度關(guān)節(jié)的繩索分布俯視圖；圖6B是本發(fā)明兩自由度關(guān)節(jié)的繩索分布正視圖；圖6C是本發(fā)明兩自由度關(guān)節(jié)的繩索分布側(cè)視圖；圖7A是本發(fā)明單自由度關(guān)節(jié)的繩索分布俯視圖；圖7B是本發(fā)明單自由度關(guān)節(jié)的繩索分布正視圖；圖7C是本發(fā)明單自由度關(guān)節(jié)的繩索分布側(cè)視圖；圖8是本發(fā)明機(jī)械臂關(guān)節(jié)的活動示意圖；圖9是本發(fā)明氣壓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明姿態(tài)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明機(jī)械臂控制方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。如圖1所不,在本發(fā)明的第一實施方式中,機(jī)械臂包括至少一個伺服電機(jī)10、用于給氣囊充氣的氣泵21、用來釋放處于非工作狀態(tài)的氣囊的氣閥22、用于檢測空氣氣壓的氣壓傳感器23、封閉式的氣囊30以及至少一條繩索40，其中氣泵21、氣閥22以及氣壓傳感器23構(gòu)成調(diào)整氣囊30內(nèi)部氣壓的充氣管道，充氣管道設(shè)置在機(jī)械臂的根部附近，氣囊30包括連接在一起的至少一個關(guān)節(jié)，比如，圖1中的第一關(guān)節(jié)GJ1、還有沒在圖1中畫出的第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)等等，每個關(guān)節(jié)均由至少一條繩索來控制，其中每一繩索40的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端401，另一端與其中一伺服電機(jī)10連接，通過伺服電機(jī)10調(diào)節(jié)繩索40的長度來控制關(guān)節(jié)的姿態(tài)，當(dāng)伺服電機(jī)10收緊繩索40時，關(guān)節(jié)向一邊移動，當(dāng)伺服電機(jī)10放松繩索40時，關(guān)節(jié)回復(fù)原位。所有繩索均設(shè)置在該氣囊30的內(nèi)部，本發(fā)明的機(jī)械臂還包括用于嵌套繩索40的多根套管50，其中每個套管50內(nèi)均只嵌套一條繩索40，套管50可以彎曲，但是其在工作過程的時候橫截面積不發(fā)生改變，主要是為了保證繩索40拉伸的順暢。本發(fā)明通過將伺服電機(jī)10設(shè)置在機(jī)械臂的根部位置，減輕了機(jī)械臂運動時的慣量，使得機(jī)械臂更加容易控制與操作。如圖2所示，在本發(fā)明的第二實施方式中，機(jī)械臂包括至少兩個伺服電機(jī)10、用于給氣囊充氣的氣泵21、用來釋放處于非工作狀態(tài)的氣囊的氣閥22、用于檢測空氣氣壓的氣壓傳感器23、封閉式的氣囊30以及至少兩條繩索40，其中氣泵21、氣閥22以及氣壓傳感器23構(gòu)成調(diào)整氣囊30內(nèi)部氣壓的充氣管道，充氣管道設(shè)置在機(jī)械臂的根部附近，氣囊30包括連接在一起的至少兩個關(guān)節(jié)，比如，圖2中的第一關(guān)節(jié)GJ1、第二關(guān)節(jié)GJ2，還有沒在圖2中畫出的第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)等等，每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索來控制，其中每一繩索40的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端401，另一端與其中一伺服電機(jī)10連接，且每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索控制，每個關(guān)節(jié)各條繩索的長度控制相互耦合，以控制關(guān)節(jié)的姿態(tài)。所有繩索均設(shè)置在該氣囊30的內(nèi)部，本發(fā)明的機(jī)械臂還包括用于嵌套繩索40的多根套管50，其中每個套管50內(nèi)均只嵌套一條繩索40，套管50可以彎曲，但是其在工作過程的時候橫截面積不發(fā)生改變，主要是為了保證繩索40拉伸的順暢。本發(fā)明通過將伺服電機(jī)10設(shè)置在機(jī)械臂的根部位置，減輕了機(jī)械臂運動時的慣量，使得機(jī)械臂更加容易控制與操作。在上述兩個實施方式中，氣囊30由不可伸展或伸展度低的材料制成，氣囊30通過氣泵21進(jìn)行充氣，氣壓傳感器23安裝在充氣管道中以檢測空氣壓力。如圖2所示，關(guān)節(jié)位置的橫截面會做得比其他位置小，使得關(guān)節(jié)處的位置能較容易被彎曲。本發(fā)明中的所有繩索由不可伸延的材料構(gòu)成，其中繩索40穿過套管50，套管50的入口 502固定在關(guān)節(jié)的頂端，而套管50的出口 501固定在整個機(jī)械臂的一邊，如根部位置。套管50由只可彎曲、不可改變其橫截面形狀的材料構(gòu)成。套管50的出口 501位置與伺服電機(jī)10的距離固定，使伺服電機(jī)10拉出繩索的長度與關(guān)節(jié)位置中繩索的收縮長度一致。本發(fā)明中的關(guān)節(jié)的組合可以以串聯(lián)的連接方式、樹狀的連接方式、環(huán)形狀的連接方式或者上述三種連接方式的任意組合組成，其中關(guān)節(jié)之間的氣路都是貫通的，而套管50都會通過其他關(guān)節(jié)的中心最后到達(dá)機(jī)械臂的根部。相對從機(jī)械臂外部走，套管50的走線從關(guān)節(jié)中心穿過能大大減小套管50因關(guān)節(jié)活動而需預(yù)留的長度。下面以第二實施方式為例對本發(fā)明的原理和工作方式進(jìn)行具體說明其中的機(jī)械臂關(guān)節(jié)的種類包括萬向(兩自由度)關(guān)節(jié)、單自由度關(guān)節(jié)。圖6A至圖6C顯示了兩自由度關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，圖7A至圖7C顯示了單自由度關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。兩自由度關(guān)節(jié)由最少三條繩索控制，利用三條繩索控制的情況下，其中一種分布如圖6A中的橫截面所示以120度平分，當(dāng)然還有其他的分布方式，其角度可以隨意組合但少于180度。單自由度關(guān)節(jié)的繩索位置如圖7A中的橫截面所示能以180度平分，并且設(shè)置在關(guān)節(jié)的凹陷那側(cè)，如圖7C中的側(cè)視圖所示，否則不能有效地控制關(guān)節(jié)的活動，其中每側(cè)的繩索安裝數(shù)量可多于一條。本發(fā)明中機(jī)械臂中的關(guān)節(jié)組合可以由多個單自由度關(guān)節(jié)組合而成，也可以是多個兩自由度關(guān)節(jié)組合而成，還可以是由單自由度和兩自由度關(guān)節(jié)混合組合而成，這些可以根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置。本發(fā)明機(jī)械臂主要由氣壓控制系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)組成。如圖9和圖10所示，該氣壓控制系統(tǒng)包括封閉式的氣囊30、用于給氣囊30充氣的氣泵21、用于檢測空氣壓力的氣壓傳感器23以及用于接收氣壓指令的氣壓控制器60，氣壓控制器60接收氣壓指令和由氣壓傳感器23發(fā)出的壓力信號后，由氣泵21或氣閥22對氣囊中的氣壓進(jìn)行控制使其氣壓與氣壓指令一致，該氣囊30包括相互連通的多個關(guān)節(jié)；姿態(tài)控制系統(tǒng)包括至少兩個伺服電機(jī)10、至少兩條繩索40、以及姿態(tài)控制器70，每個關(guān)節(jié)均有至少兩條繩索控制，每個關(guān)節(jié)各條繩索的長度控制相互耦合；每一伺服電機(jī)10獨立地控制每一繩索40，通過姿態(tài)控制器70控制每一伺服電機(jī)10調(diào)整其所控制的繩索40的長度，從而使得由至少兩條繩索40控制的關(guān)節(jié)的姿態(tài)與姿態(tài)指令相一致。如圖11所示，機(jī)械臂的操控流程包括以下步驟SlOl :對氣壓控制器發(fā)出氣壓指令，并由氣壓傳感器23檢測空氣壓力并發(fā)出壓力信號;S102 :氣壓控制器接收氣壓指令和壓力信號后，由氣泵21對氣囊30充氣，并且由氣泵21或氣囊30上的氣閥22對氣囊中的氣壓進(jìn)行控制，使其氣壓與所述氣壓指令一致；氣壓的調(diào)整能改變整個機(jī)械臂的剛性，從而改變機(jī)械臂的順應(yīng)性，氣壓控制系統(tǒng)可以在機(jī)械臂使用時一直啟動，也可以在機(jī)械臂使用前先啟動，確保氣壓正確后關(guān)閉，然后才運用機(jī)械臂以節(jié)省電源；S103 :調(diào)整好氣囊30內(nèi)的氣壓后，發(fā)出姿態(tài)指令；S104 :姿態(tài)控制器70接收姿態(tài)指令，控制每一伺服電機(jī)10根據(jù)姿態(tài)指令調(diào)整每一繩索的長度，使得由繩索控制的關(guān)節(jié)的姿態(tài)與姿態(tài)指令相一致。每個關(guān)節(jié)的繩索40的長度控制都是耦合的，當(dāng)一個關(guān)節(jié)需要改變姿態(tài)時，其關(guān)節(jié)上每一根繩索都需要做出相應(yīng)的變動，例如，在單自由度關(guān)節(jié)中的兩個繩索，如果其中一根繩索執(zhí)行放松命令時，那么另一根繩索則執(zhí)行拉緊的命令，保證此處關(guān)節(jié)的順利活動，若其他關(guān)節(jié)不用改變姿態(tài)時，其繩索的長度保持不變。本發(fā)明的這種機(jī)械臂可以應(yīng)用于機(jī)器人上，能夠使得機(jī)器人活動自如而且安全性極聞。本發(fā)明的氣囊可以包括連接在一起的至少兩個關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)的連接方式為樹狀連接方式、環(huán)形狀連接方式、或串聯(lián)連接方式，下面分別以幾個實施例進(jìn)行說明實施例1如圖3所示，本實施例中的機(jī)械臂的多個關(guān)節(jié)組合為樹狀的連接方式，該機(jī)械臂包括機(jī)械臂根部DB、第一關(guān)節(jié)GJ1、第二關(guān)節(jié)GJ2、第三關(guān)節(jié)GJ3、第四關(guān)節(jié)GJ4以及圖3沒有畫出的氣泵21、氣閥22、氣壓傳感器23、氣壓控制器60、封閉式的氣囊30、多個伺服電機(jī)10以及多條繩索40，本實施例中的關(guān)節(jié)不僅僅是四個，可以是更多個關(guān)節(jié)，其中機(jī)械臂根部DB、第一關(guān)節(jié)GJ1、第二關(guān)節(jié)GJ2、第三關(guān)節(jié)GJ3以及第四關(guān)節(jié)GJ4依次相連，每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索來控制，其中每一繩索40的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端401，另一端與其中一伺服電機(jī)10連接，且所有繩索均設(shè)置在該氣囊30的內(nèi)部或者中央，本發(fā)明的機(jī)械臂還包括用于嵌套繩索40的多根套管50，其中每個套管50內(nèi)均只嵌套一條繩索40，套管50可以彎曲，但是其在工作過程的時候橫截面積不發(fā)生改變。本實施例中，還可以有多個關(guān)節(jié)，不僅僅是四個關(guān)節(jié)，所有的關(guān)節(jié)中有一部分關(guān)節(jié)是橫向設(shè)置，還有的關(guān)節(jié)是縱向設(shè)置。例如，如圖3所示，第一關(guān)節(jié)GJl和第三關(guān)節(jié)GJ3橫向設(shè)置，第二關(guān)節(jié)GJ2和第四關(guān)節(jié)GJ4縱向設(shè)置。本實施例中，所有關(guān)節(jié)的類型可以是單自由度關(guān)節(jié)，也可以是兩自由度關(guān)節(jié)，具體情況根據(jù)實際而定，本實施例中不做具體限定。本實施例中的機(jī)械臂主要由氣壓控制系統(tǒng)和姿態(tài)控制系統(tǒng)組成。氣壓控制系統(tǒng)可以在機(jī)械臂使用時一直啟動，也可以在機(jī)械臂使用前先啟動，確保氣壓正確后關(guān)閉，然后才運用機(jī)械臂以節(jié)省電源。氣壓控制器60接收氣壓指令和氣壓傳感器23檢測到的壓力信號，然后控制氣泵21及氣閥22對氣囊30中的氣壓進(jìn)行控制使之與氣壓指令一致。氣壓的調(diào)整能改變整個機(jī)械臂的剛性，從而改變機(jī)械臂的順應(yīng)性。姿態(tài)控制器70通過控制伺服電機(jī)10調(diào)整關(guān)節(jié)上繩索40的長度從而使機(jī)械臂的姿態(tài)與指令相配合。每個關(guān)節(jié)的繩索的長度控制都是耦合的，當(dāng)一個關(guān)節(jié)需要改變姿態(tài)時，其關(guān)節(jié)上每一根繩索都需要做出相應(yīng)的變動。若其他關(guān)節(jié)不用改變姿態(tài)時，其繩索的長度保持不變。實施例2
如圖4所示，本實施例中的機(jī)械臂的多個關(guān)節(jié)組合為環(huán)形狀的連接方式，該機(jī)械臂包括機(jī)械臂根部DB、第一關(guān)節(jié)GJ1、第二關(guān)節(jié)GJ2、第三關(guān)節(jié)GJ3、第四關(guān)節(jié)GJ4、第五關(guān)節(jié)GJ5、第六關(guān)節(jié)GJ6以及圖4沒有畫出的氣泵21、氣閥22、氣壓傳感器23、氣壓控制器60、封閉式的氣囊30、多個伺服電機(jī)10以及多條繩索40，本實施例中的關(guān)節(jié)不僅僅是六個，可以是更多個關(guān)節(jié)，其中第一關(guān)節(jié)GJ1、第二關(guān)節(jié)GJ2、第三關(guān)節(jié)GJ3、第四關(guān)節(jié)GJ4、第五關(guān)節(jié)GJ5以及第六關(guān)節(jié)GJ6共同構(gòu)成環(huán)形狀的關(guān)節(jié)組合，也可以為利用其中三個或者三個以上的關(guān)節(jié)共同構(gòu)成環(huán)形狀的關(guān)節(jié)組合，也可以組合成多個連接在一起的環(huán)形狀關(guān)節(jié)組合，具體根據(jù)實際情況而定。同樣，本實施例中，所有關(guān)節(jié)的類型可以是單自由度關(guān)節(jié)，也可以是兩自由度關(guān)節(jié)，具體情況根據(jù)實際而定，本實施例中不做具體限定。本實施例中的其他技術(shù)方案與實施例1相同，在此不再贅述。實施例3如圖5所示，本實施例中的機(jī)械臂的多個關(guān)節(jié)組合為串聯(lián)的連接方式，該機(jī)械臂包括依次相連的機(jī)械臂根部DB、第一關(guān)節(jié)GJl、第二關(guān)節(jié)GJ2、第三關(guān)節(jié)GJ3，本實施例中的關(guān)節(jié)不僅僅是三個，可以是更多個，其中，所有關(guān)節(jié)要么都是橫向設(shè)置，要么縱向設(shè)置。本實施例中的其他技術(shù)方案均與實施例1相同，在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明提供的機(jī)械臂采用封閉式的氣囊作為支撐物，降低了機(jī)械臂在工作和運輸?shù)臅r候與其他接觸物碰撞所帶來的危害，還采用多段具有多自由度的關(guān)節(jié)組合來控制機(jī)械臂的運動以及繩索內(nèi)藏于氣囊內(nèi)，使得機(jī)械臂更加靈活，外觀也更加美化。本發(fā)明的機(jī)械臂還可以應(yīng)用于運動機(jī)器人或者替身機(jī)器人上。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未違背本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂包括至少一個伺服電機(jī)、封閉式的氣囊、至少一條繩索，所述氣囊包括至少一個關(guān)節(jié)，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，通過所述伺服電機(jī)調(diào)節(jié)繩索的長度來控制所述關(guān)節(jié)的姿態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂包括至少兩條繩索，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，且每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索控制，每個關(guān)節(jié)各條繩索的長度控制相互耦合，以控制所述關(guān)節(jié)的姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂包括至少兩個伺服電機(jī)、每一伺服電機(jī)獨立地控制一個繩索。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述關(guān)節(jié)位置的橫截面積小于所述氣囊其它位置的橫截面積。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括用于嵌套所述繩索的套管，所述套管均設(shè)置在所述氣囊的內(nèi)部，每一所述套管的入口固定在其中一關(guān)節(jié)的頂端，其出口固定在所述機(jī)械臂的根部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述氣囊包括連接在一起的至少兩個關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)的連接方式為樹狀連接方式、環(huán)形狀連接方式、或串聯(lián)連接方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述關(guān)節(jié)包括單自由度關(guān)節(jié)，所述單自由度關(guān)節(jié)由兩條繩索控制，且兩條繩索位置在所述關(guān)節(jié)的橫截面中以180度平分。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述關(guān)節(jié)包括兩自由度關(guān)節(jié)，所述兩自由度關(guān)節(jié)由至少三條繩索控制，且所述兩自由度關(guān)節(jié)中的各條繩索的位置在所述關(guān)節(jié)的橫截面中以小于180度的角度組合劃分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述兩自由度關(guān)節(jié)中的各條繩索的位置在所述關(guān)節(jié)的橫截面中以所述繩索的條數(shù)平分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂包括用于給所述氣囊充氣的氣泵、用于檢測空氣壓力的氣壓傳感器以及用于接收氣壓指令的氣壓控制器，所述氣壓控制器接收氣壓指令和由氣壓傳感器發(fā)出的壓力信號后，由所述氣泵對所述氣囊中的氣壓進(jìn)行控制使其氣壓與氣壓指令一致；所述機(jī)械臂還包括姿態(tài)控制器，用于控制所述伺服電機(jī)調(diào)節(jié)繩索的長度來控制所述關(guān)節(jié)的姿態(tài)。
11.一種機(jī)械臂的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 對氣壓控制器發(fā)出氣壓指令，并由氣壓傳感器檢測空氣壓力并發(fā)出壓力信號； 氣壓控制器接收所述氣壓指令和壓力信號后，由氣泵對氣囊充氣，并且由氣泵或所述氣囊上的氣閥對氣囊中的氣壓進(jìn)行控制，使其氣壓與所述氣壓指令一致； 調(diào)整好氣囊內(nèi)的氣壓后，發(fā)出姿態(tài)指令； 姿態(tài)控制器接收姿態(tài)指令，控制每一伺服電機(jī)根據(jù)所述姿態(tài)指令調(diào)整每一繩索的長度，使得由繩索控制的關(guān)節(jié)的姿態(tài)與所述姿態(tài)指令相一致。
12.一種機(jī)器人，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-10中任一項所述的機(jī)械臂。
全文摘要
一種機(jī)械臂、機(jī)械臂的控制方法及機(jī)器人。本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，提供一種機(jī)械臂，包括至少一個伺服電機(jī)、封閉式的氣囊、至少一條繩索，氣囊包括至少一個關(guān)節(jié)，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，通過伺服電機(jī)調(diào)節(jié)繩索的長度來控制所述關(guān)節(jié)的姿態(tài)。在優(yōu)選實施方式中，機(jī)械臂包括至少兩條繩索，每一繩索的一端連接其中一關(guān)節(jié)的末端，另一端與其中一伺服電機(jī)連接，且每個關(guān)節(jié)均由至少兩條繩索控制，每個關(guān)節(jié)各條繩索的長度控制相互耦合，以控制所述關(guān)節(jié)的姿態(tài)。本發(fā)明提供一種安全度高的機(jī)械臂，機(jī)械臂由氣囊支撐并以拉索的方式驅(qū)動，從而大大地減輕了機(jī)械臂的慣量以及增加了該機(jī)械臂的順應(yīng)性，使得機(jī)械臂的使用更加安全而且更加美觀。
文檔編號B25J9/16GK103009401SQ20121054429
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者林天麟, 閻鏡予 申請人:安科智慧城市技術(shù)(中國)有限公司