帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構和控制方法技術

本發明專利技術公開了一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構和控制方法，包括若干個指節和若干個手指根部，還包括動力組和牽動組，動力組包括若干個電機，牽動組包括若干根柔性繩；指節上均設有第一霍爾元件和磁片，第一霍爾元件通過磁片檢測指節上的壓力；還包括CPU控制電路板消除指節之間分別受力時第一霍爾元件存在的相互影響；電機的輸出端和固定端均安裝有磁環，還包括若干個第二霍爾元件，第二霍爾元件與磁環一一對應形成編碼器以控制電機的轉角和動態性能。本發明專利技術通過動力手臂的控制使仿生手掌與手指具有足夠的靈活性和抓取力量，曾強了實用性能，柔性控制各個手指使得運動更加平穩和擬人，專用于服務型擬人機器人。人。人。

【技術實現步驟摘要】
帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構和控制方法


[0001]本專利技術涉及擬人服務型機器人，具體是一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構。

技術介紹

[0002]擬人服務型機器人是機器人的一個重要領域，與工業機器人不同擬人服務型機器人一般服務于個人和家庭，需滿足完成各種家務工作的要求，實現對人的直接和間接的服務。
[0003]因此，擬人服務型機器人一般在外觀上須盡量采用擬人化設計，尤其手的結構設計不能采用工業機器人那種簡單夾具的機械方式，需像人手一樣靈敏且具有力量，能適應抓取不同形狀、重量、強度和柔軟性的物體。
[0004]目前，市場上的智能手產品可分為兩類，一類是智能義手，一類是教學機器手；智能義手一般采用肌電控制，利用欠驅動結構(即輸入量少于控制量的典型系統)控制手指的運動，手指的四指和拇指同步進行收縮和伸展運動，完成簡單的抓取動作，具有一定的抓取力。教學演示類機器手按動力源可分為氣動和電動，氣動元件可通過調節壓縮氣體的壓力實現使手部的力量在擬人的條件下滿足使用的要求，但由于產生壓縮氣體的設備無法獨立配置在擬人機器人身上，這一方式的實用性受到限制；采用電動方式有一種電機安裝在掌心部位的5軸擬人機械手掌，由于采用的是曲柄連桿機構原理，一方面由于力臂太長，電機輸出的扭力傳輸到指尖部位已經沒有實用的價值，另一方面位于掌心的動力電機受制于結構空間，能夠輸出的扭力十分有限，第三，由于一個手指的三個關節由一個減速電機控制，只能有一種固定的運動軌跡，不能夠滿足手部動作的復雜功能，上述三個問題制約了擬人機器手的實用性，只能用作教學模具和玩具。

技術實現思路

[0005]為解決上述現有技術的缺陷，本專利技術提供一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，通過仿生動力手臂使仿生手掌與手指具有足夠的靈活性和力量，能夠勝任各種工作任務，曾強了實用性能，柔性控制各個手指使得運動更加平穩和擬人，專用于服務型擬人機器人。
[0006]為實現上述技術目的，本專利技術采用如下技術方案：一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，包括若干個指節和若干個手指根部，還包括動力組和牽動組，所述牽動組的一端固定連接所述動力組，所述牽動組的另一端固定連接所述指節和所述手指根部；
[0007]所述動力組包括若干個電機，所述牽動組包括若干根柔性繩；
[0008]所述指節上均設有第一霍爾元件和磁片，所述第一霍爾元件通過所述磁片非接觸式檢測所述指節上的壓力；
[0009]還包括CPU控制電路板，所述CPU控制電路板接收所述第一霍爾元件的數據并消除
所述指節之間分別受力時所述第一霍爾元件存在的相互影響；
[0010]所述電機的輸出端和固定端均安裝有磁環，還包括若干個第二霍爾元件，所述第二霍爾元件與所述磁環一一對應形成編碼器以控制所述電機的轉角和動態性能。
[0011]進一步地，每一所述指節上均設有第一動力軸和第一轉動軸，其中，所述指節能夠繞著所述第一轉動軸彎曲，所述第一動力軸能夠給對應的所述指節提供彎曲動力；所述柔性繩的一端固定在相應的所述第一動力軸上，且所述柔性繩置于前一個或者前兩個所述第一動力軸的下方后穿過手掌與對應所述電機固定連接；所述第一轉動軸上套設有扭簧，其中，所述扭簧用于所述指節彎曲后的復位。
[0012]進一步地，所述手指包括與手掌軸接的連接座以及通過所述第一轉動軸順次連接的第一指節、第二指節和第三指節，所述第一指節也通過一個所述第一轉動軸連接在所述連接座上；所述第一動力軸設于每一所述指節靠近手掌的端部。
[0013]進一步地，所述連接座的底板上開設有弧形的腰孔，所述腰孔內設有導向桿，其中，所述導向桿固定于手掌上；所述底板遠離所述指節的端部設有第三轉動軸，其中，所述第三轉動軸固定于手掌上。
[0014]進一步地，所述連接座的側壁上連接一個所述柔性繩，所述柔性繩拉動所述連接座做轉動運動；相鄰兩個所述手指之間設有第二復位件，所述第二復位件的轉軸置于手掌上；或者，食指根部和小拇指根部在位于手背的側面上均開設有小孔，其中2個所述電機所對應的2個所述柔性繩分別固定在兩個所述小孔內，相鄰兩個所述連接座之間固定有一個彈簧。
[0015]進一步地，包括大拇指，所述大拇指的根部設置有第二轉動軸和第二動力軸，其中，所述大拇指能夠繞著所述第二轉動軸實現拇指左右運動，所述第二動力軸能夠給所述大拇指提供左右運動的動力；所述第二動力軸上固定有齒輪，所述齒輪配合有弧形齒條，其中，所述弧形齒條固定于所述大拇指的第一大拇指節上；所述齒輪由電機驅動帶動所述弧形齒條運動。
[0016]進一步地，所述指節上設有柔性手指護套，手掌上設有柔性手掌護套；柔性手指護套內設置所述磁片。
[0017]進一步地，還包括上電路板和下電路板，其中一部分所述第二霍爾元件置于所述上電路板上，用于與所述電機輸出端的所述磁環形成絕對值編碼器以控制所述電機的轉角精度，另外一部分所述第二霍爾元件置于所述下電路板上，用于與所述電機固定端的所述磁環形成增量編碼器以改善所述電機的動態性能。
[0018]一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的控制方法，所述控制方法包括：所述電機動作時通過相應的所述柔性繩控制對應所述指節的彎曲、所述手指根部的并攏或者手掌的手腕彎曲，彎曲或者并攏后通過復位件復位；由電機驅動手掌的三軸轉動和大拇指的左右運動。
[0019]所述電機在需要較大功率時可以集中分布在小臂上，在一般功率需求下可以集中分布在所述手掌板的底面兩側和所述支板上，其中所述手掌板的底面兩側能夠分布5個電機，所述支板上能夠分布11個電機。
[0020]綜上所述，本專利技術取得了以下技術效果：
[0021]1、本專利技術采用柔性動力控制，通過鋼纜將動力源與手部分離，電機外置于手掌，同
時每一個指節都對應一個動力電機，負載力臂大大縮短，手部力量由分布式動力源合成，通過傳感器作為電機驅動的反饋元件，可根據不同的動作要求分配力量控制的不同大小，有效節約驅動能源，提高驅動效率，基本上能夠實現手的全部仿真動作和功能要求；
[0022]2、本專利技術通過采用分布式非接觸磁傳感器和電機功率復合檢測，可同時適應對輕至十幾克重至幾千克的不同形狀、重量、材質和柔軟性的物體的抓取要求，能實現實時自動調整抓取力的功能；
[0023]3、本專利技術提供了一種采用電機驅動的具有很高性價比的結構設計，通過柔性動力線將動力源產生的扭力同時作用在手部，即能減少手部結構的體積，又能產生足夠的扭力，通過分布式非接觸磁傳感器與CPU的控制，能消除與調整手指與手腕動作時的相互影響，實現對人的手部動作的全部仿真，是一種擬人服務型機器人的實用型手部仿真機構。
附圖說明
[0024]圖1是本專利技術實施例提供的機器手示意圖；
[0025]圖2是前小臂內部結構示意圖；
[0026]圖3是手掌內部示意圖；
[0027]圖4是電機端部示意圖；
[0028]圖5是手指分解示意圖；
[0029]圖6是手本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，包括若干個指節和若干個手指根部，其特征在于：還包括動力組和牽動組，所述牽動組的一端固定連接所述動力組，所述牽動組的另一端固定連接所述指節和所述手指根部；所述動力組包括若干個電機(6)，所述牽動組包括若干根柔性繩；所述指節上均設有第一霍爾元件(14)和磁片(13)，所述第一霍爾元件(14)通過所述磁片(13)非接觸式檢測所述指節上的壓力；還包括CPU控制電路板，所述CPU控制電路板接收所述第一霍爾元件(14)的數據并消除所述指節之間分別受力時所述第一霍爾元件(14)存在的相互影響；所述電機(6)的輸出端和固定端均安裝有磁環(606)，還包括若干個第二霍爾元件，所述第二霍爾元件與所述磁環(606)一一對應形成編碼器以控制所述電機(6)的轉角和動態性能。2.根據權利要求1所述的一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，其特征在于：每一所述指節上均設有第一動力軸(312)和第一轉動軸(310)，其中，所述指節能夠繞著所述第一轉動軸(310)彎曲，所述第一動力軸(312)能夠給對應的所述指節提供彎曲動力；所述柔性繩的一端固定在相應的所述第一動力軸(312)上，且所述柔性繩置于前一個或者前兩個所述第一動力軸(312)的下方后穿過手掌與對應所述電機(6)固定連接；所述第一轉動軸(310)上套設有扭簧(313)，其中，所述扭簧(313)用于所述指節彎曲后的復位。3.根據權利要求2所述的一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，其特征在于：所述手指(3)包括與手掌軸接的連接座(301)以及通過所述第一轉動軸(310)順次連接的第一指節(302)、第二指節(303)和第三指節(304)，所述第一指節(302)也通過一個所述第一轉動軸(310)連接在所述連接座(301)上；所述第一動力軸(312)設于每一所述指節靠近手掌的端部。4.根據權利要求3所述的一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，其特征在于：所述連接座(301)的底板(308)上開設有弧形的腰孔(306)，所述腰孔(306)內設有導向桿(307)，其中，所述導向桿(307)固定于手掌上；所述底板(308)遠離所述指節的端部設有第三轉動軸(305)，其中，所述第三轉動軸(305)固定于手掌上。5.根據權利要求4所述的一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，其特征在于：所述連接座(301)的側壁(309)上連接一個所述柔性繩，所述柔性繩拉...

【專利技術屬性】
技術研發人員：華宏偉，
申請(專利權)人：華宏偉，
類型：發明
國別省市：