[发明专利]一种拟人式6自由度机器人重力平衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人重力平衡方法。特别是涉及一种拟人式6自由度机器人重力平衡方法。

背景技术

（1）目前国际上已经推出的力感机器人，如美国SensAble Technologies的PHANTOM系列力感机器人和法国Haption公司的Virtuose系列力感机器人等均没有实现完全重力平衡，仅是进行了位置机构的重力平衡设计。

如果主手没有完全重力平衡，表明机器人没有满足力雅克比计算前提条件，所计算出的关节力矩值存在一定的误差，将在一定程度上影响到主手机器人的力感精度。

（2）在专利号为CN102320040A的发明专利中，其自主调节平衡机构采用一个直流电机通过减速装置驱动和控制一个平衡滑块自动地对手臂机构进行自重补偿。考虑到腕部要作3维运动，因此其补偿效果受到不小的限制，除非腕部质心始终位于手臂上某一定点。

在专利号为CN102152299A的发明专利中，为腕关节机构各姿态架提供动力的电机置于小臂及姿态架内部。考虑到电机的质量不容无视，因此该发明机构存在较大的动态惯性力，会对力感精度与力感方向造成不小的影响。

在专利号为CN101623864A的发明专利中，其位置机构实现了重力平衡，但姿态机构没有进行重力平衡设计。

在专利号为CN101480798A的发明专利中，公开了一种力反馈手控器的高精度低惯性直线位移机构，能够实现单自由度的力觉反馈。

在专利号为CN101439514A的发明专利中，公开了一种滑块式结构解耦六维力反馈装置，可做到六自由度无条件解耦，结构简单，容易控制，运动精度高。但由于没有进行重力平衡设计，除非能够采用其他的办法实现重力补偿，否则难以实现主动力感。

在专利号为CN101439515A的发明专利中，公开了一种平行四杆式结构解耦六维力反馈装置，由固定基座、三自由度并联移动单元、三自由度并串联转动单元构成。由于也没有进行重力平衡设计，因此除非能够采用其他的办法实现重力补偿，否则也难以实现主动力感。

在专利号为CN101444431A的发明专利中，公开了一种用于辅助微创外科手术机器人的三维力反馈主操作手。没有提及重力平衡问题。

在专利号为CN201224104Y的发明专利中，公开了一种力反馈三自由度手控器的机构，由菱形连杆机构组件、手部机构、配重、支架、手柄连接件和配重连接件组成。实现了重力平衡，但发明机构仅具有3个自由度。

在专利号为CN101261781A的发明专利中，公开了一种五自由度力反馈虚拟手术器械，其允许的人体运动关节包括手臂的腕关节、肘关节和肩关节。没有提及重力平衡问题。

专利号为CN2772746Y的发明专利，涉及一种实现遥控操作机器人控制的人机接口装置，由数据手套和力反馈装置组成，在数据手套的手指和手掌上分别连接有连接扣，力反馈装置由缸体和活塞组成，在缸体的活塞运动空间内充有电流变液体。在工作原理上与新申请专利完全不同。

在专利号为CN1593861A的发明专利中，公开了一种可穿戴式的柔性外骨骼机械手，由肩部大3RPS并联机构、肩部滑环机构、两个肘部四杆机构、腕部滑环机构和腕部小3RPS并联机构依次串连而成，具有9个自由度，可满足人体上臂全方位运动的要求。该机械手采用气缸作为执行元件。在工作原理上与新申请专利完全不同。

专利号为CN1488474A的发明专利也是一种面向人机交互的带有力反馈的外骨架式可佩戴数据臂。在工作原理上与新申请专利完全不同。

在专利号为CN1410232A的发明专利中，公开了一种6自由度通用型异构式机器人手控器（图1），由手部转动机构、支架和配重组成，支架上设双平行连杆机构，由3～4根联杆构成，联杆上有三个万向节。双平行连杆机构进行了重力平衡。在机器人构型等方面与新申请专利完全不同。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够解决6自由度力感主手实现完全重力平衡问题的拟人式6自由度机器人重力平衡方法。

本发明所采用的技术方案是：一种拟人式6自由度机器人重力平衡方法，包括如下步骤：

1）采用拟人式布置方式设置整个6自由度主手机器人，将6自由度主手机器人的第一个关节轴垂直布置，并使所述的第一个关节在重力作用下不会产生绕垂直轴线的回转运动；

2）将手腕3个关节机构呈腕心布置，通过对称设计或配重设计使手腕机构的质心位于腕心处并与小臂杆件交于一点；

3）利用平行四边形机构将小臂驱动电机后移到大臂关节一侧；