机械手臂仿形控制器及机械手臂控制方法

摘要

本发明公开一种机械手臂仿形控制器及机械手臂控制方法，用以控制机械手臂，该机械手臂包括电动机、多个千斤顶、多个电动阀及与该电动机相连的通/断电开关；该机械手臂仿形控制器包括手持部件及控制部件，该手持部件具有与该机械手臂相对应的形状，且包括多个电位器。该控制部件包括与该电动阀及通/断电开关分别对应电连接的多个继电器；与该多个电位器连接的模数转换模块；与该模数转换模块连接的运算模块；以及根据该运算模块制定控制时间的定时模块；其中，该继电器与该定时模块连接，由该定时模块控制该继电器的输出电路导通/断开。本发明使机械手臂的操纵变得简单，操作者无需具备非常熟练的操作技能也能操纵机械手臂。

说明书

技术领域

本发明涉及机械手臂的控制，具体地说，是涉及一种机械手臂仿形控制器及机械手臂控制方法。

背景技术

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。

目前，机械手臂有液动、气动、电动等多种方式，其中，有关机械手臂的控制，有如申请号为“200810064780.0”，名称为“人机相互作用机械臂的控制方法”的发明专利申请中公开的，通过关节传感器实时采集关节扭矩，且通过笛卡尔阻抗控制计算出期望扭矩；通过电机动态性补偿计算机械臂关节的输入扭矩。虽然，该种机械手臂控制方式能有效的检测来自机械手臂各个关节的力，当接触对象时，机械臂能够柔顺的接触；当碰撞发生时，机械臂能够保证各方向的接触力在期望力范围内，从而保证机械臂和操作对象的安全。然而，该种控制方式的机械手臂在捕捉目标时，很难操纵，需要操作者具备非常熟练的操作技能方能掌握。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有机械手臂不易操纵，需要操作者具备非常熟练的操作技能的不足，提供一种机械手臂仿形控制器。

为了实现上述目的，本发明提供的机械手臂仿形控制器，用以控制机械手臂，该机械手臂包括电动机、多个千斤顶、与该多个千斤顶分别对应连接的多个电动阀及与该电动机相连的通/断电开关，该机械手臂仿形控制器包括手持部件及控制部件，该手持部件具有与该机械手臂相对应的形状，且包括与该多个千斤顶及该电动机一一对应的多个电位器；该控制部件包括

与该电动阀及通/断电开关分别对应的多个继电器；

与该多个电位器连接的模数转换模块；

与该模数转换模块连接的运算模块；以及

根据该运算模块制定控制时间的定时模块；

该继电器与该定时模块连接，由该定时模块控制该继电器的输出电路导通/断开。

上述的机械手臂仿形控制器，其中，与该多个千斤顶一一对应的电位器为滑动电位器。

上述的机械手臂仿形控制器，其中，与该电动机对应的电位器为盘式电位器。

上述的机械手臂仿形控制器，其中，该手持部件还包括一置零该定时模块控制时间的置零开关。

进一步地，本发明提供一种机械手臂控制方法，该机械手臂包括电动机、多个千斤顶、与该多个千斤顶分别对应连接的多个电动阀及与该电动机相连的通/断电开关，该方法通过一包括手持部件及控制部件的机械手臂仿形控制器来仿形控制，该手持部件具有与该机械手臂相对应的形状，该方法包括如下步骤：

(1)该手持部件上的一电位器模块基于操作者的实际操作给定出位移，该位移以原电位及现电位来体现；

(2)一模数转换模块将该原电位及现电位以数字形式送入一运算模块；

(3)该运算模块根据该数字形式的原电位及现电位计算出一时间值；

(4)一定时模块在该时间值内控制与该电动机及多个千斤顶分别对应的多个继电器的输出电路导通/断开，以控制该多个千斤顶及该电动机。

上述的机械手臂控制方法，其中，该电位器模块包括与该多个千斤顶及该电动机一一对应的多个电位器。

上述的机械手臂控制方法，其中，与该多个千斤顶一一对应的电位器为滑动电位器。

上述的机械手臂控制方法，其中，与该电动机对应的电位器为盘式电位器。

上述的机械手臂控制方法，其中，该继电器通过该电动阀控制该千斤顶，该电动阀为电液阀或电动气阀。

上述的机械手臂控制方法，其中，该继电器通过该通/断电开关控制该电动机，该通/断电开关为接触器。

本发明的有益功效在于，机械手臂仿形控制器无需传感器，从外观上看手持部件是机械手臂的相似形，当我们用双手根据实际需要来驱动手持部件时，机械手臂会根据手持部件上的电位器固定部分和滑动部分的位移随之作相应的动作，从而使机械手臂的操纵变得简单，操作者无需具备非常熟练的操作技能也能操纵机械手臂。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为常见的机械手臂的结构简图；

图2为本发明的机械手臂仿形控制器的手持部件的结构简图；

图3为本发明的机械手臂仿形控制器的电原理方框图；

图4为本发明的机械手臂仿形控制器的控制流程图。

其中，附图标记

1-基座              2-大齿轮

3-立柱              4-小齿轮

5-电动机            6-千斤顶

7-大臂              8-千斤顶

9-小臂              10-千斤顶

11-卡盘             12-千斤顶

11-底座             13-立柱

15-电位器           16-电位器

17-大臂             18-电位器

19-小臂             110-电位器

111-模拟卡盘        112-电位器

21-A/D转换模块      22-运算模块

23-定时模块         241～245-继电器

121、101、81、61-电液阀    51-接触器

S100～S400-步骤

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以便进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

图1为常见的机械手臂的结构简图，如图1所示的机械手臂，立柱3通过轴承安装在基座1上；大齿轮2通过键安装在立柱3上；小齿轮4通过键安装在电动机5上；电动机5安装在基座1上；大臂7通过销轴与立柱3连接；小臂9通过销轴与大臂7连接；卡盘11通过球面关节轴承与小臂9连接；千斤顶6通过销轴一端与立柱3连接，另一端与大臂7连接；千斤顶8通过销轴一端与大臂7连接，另一端与小臂9连接；千斤顶10通过球面关节轴承一端与小臂9连接，另一端与卡盘11连接；千斤顶12通过球面关节轴承一端与小臂9连接，另一端与卡盘11连接；千斤顶12、10、8、6分别连接电液阀121、101、81、61，电动机5连接有接触器51(见图3)。

本发明的机械手臂仿形控制器包括手持部件及控制部件。图2为本发明的机械手臂仿形控制器的手持部件的结构简图，如图2所示的机械手臂仿形控制器的手持部件用以实际操纵上述机械手臂，该手持部件具有与上述机械手臂相对应的形状，确切的说，是具有与上述机械手臂相似的形状：立柱13通过轴承安装在底座11上；电位器15为盘式电位器，其固定部分和转动部分分别固定在立柱13和底座11上；立柱13通过销轴与大臂17连接；小臂19通过销轴与大臂17连接；模拟卡盘111通过球面关节轴承与小臂19连接；电位器16为滑动电位器，其固定部分和滑动部分分别通过销轴与立柱13和大臂17连接；电位器18为滑动电位器，其固定部分和滑动部分分别通过销轴与大臂17和小臂19连接；电位器110为滑动电位器，其固定部分和滑动部分分别通过球面关节轴承与小臂19和模拟卡盘111连接；电位器112为滑动电位器，其固定部分和滑动部分分别通过球面关节轴承与小臂19和模拟卡盘111连接。上述的盘式电位器15与电动机5对应，而滑动电位器16、18、110、112分别一一对应千斤顶6、8、10、12。

进一步参阅图3，机械手臂仿形控制器的控制部件包括与千斤顶6、8、10、12及电动机5分别对应的继电器241、242、243、244、245，该继电器241、242、243、244分别与电液阀121、101、81、61对应(如，分别电连接)，以分别控制电液阀121、101、81、61，从而分别控制千斤顶12、10、8、6；继电器245与接触器51对应(如，电连接)，以控制电动机5。此处需要说明的是，与千斤顶连接的电动阀并不局限为电液阀，若千斤顶为液压缸，则与千斤顶连接的优选电液阀，若千斤顶为气压缸，则与千斤顶连接的优选电动气阀；与电动机5相连的也不局限于接触器，只要是能使电动机通电或断电的通/断电开关皆可。盘式电位器15及滑动电位器16、18、110、112一一连接模数转换模块21(A/D转换模块)，该模数转换模块21连接运算模块22，运算模块22再连接定时模块23，定时模块23与继电器241、242、243、244、245连接。较佳地，模数转换模块21包括与电位器112、110、18、16、15分别相连且一一对应的模数转换器，运算模块22包括与电位器112、110、18、16、15分别一一对应的运算器，定时模块也包括与电位器112、110、18、16、15分别一一对应的定时器。

采用上述的机械手臂仿形控制器控制机械手臂的步骤如下：

当操作者根据实际需要用双手驱动手持部件(如操作模拟卡盘111)时，手持部件上的每一电位器的电位将发生相应的变化，与该每一电位器对应的模数转换器将原电位和现电位以数字的形式送入对应的运算器，由于原电位和现电位之差对应的是电位器固定部分和滑动部分之间的位移，该位移对应的是千斤顶或电动机的位移或转角，并且位移越大原电位与现电位之差越大，定时器的时间越长，继电器接通的时间越长，电磁阀或接触器工作的时间越长，千斤顶位移越大或电动机转角越大，所以运算器运算的结果决定每一对应的定时器的时间，用定时器来控制与之连接的各继电器，各继电器控制与之对应的电液阀121、101、81、61或接触器51，电液阀121、101、81、61再控制与之连接的千斤顶12、10、8、6，接触器51控制与之连接的电动机5。这样就达到了仿形控制器仿形控制的随动目的。从而使机械手臂在捕捉目标时的操纵变的简单。

并且，机械手臂仿形控制器的手持部件还可包括一置零该定时模块23控制时间的置零开关(图中未示出)，该置零开关电连接控制部件的信号输入端，且设置在手持部件上的方便人手操作的位置。这样，当扳动此开关时可使所有的定时器的时间置零，此时可随意驱动机械手臂仿形控制器而无输出，从而可方便的消除累计操作误差。

本发明中的控制部分可以通过PLC或单片机来实现。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。