[发明专利]一种旋提机器人颈椎关节控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种旋提机器人颈椎关节控制装置，其特征在于，所述控制装置包括电机、减速器、柔性关节及控制器；所述电机的输出轴与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端连接所述柔性关节；所述控制器分别与所述电机和所述柔性关节连接，所述控制器用于根据所述电机与所述柔性关节的转动情况，调整所述电机的位置；

所述柔性关节包括：

负载壳体；

后驱动轴，设置于所述负载壳体内，且与所述减速器的输出端连接；

转动盘，所述转动盘的底部设置有至少一个转轮；

至少一个弹性部件，各所述弹性部件分别固定在所述负载壳体与转动盘之间；

凸轮，所述后驱动轴穿过所述转动盘固定在所述凸轮上；且所述凸轮上开设有凹槽，所述凹槽的数量与所述转轮的数量相同，且各所述转轮能够在对应的凹槽中运动。

根据所述电机与所述柔性关节的转动情况，确定所述电机的第一期望位置，具体包括：

根据以下公式计算弹性部件的等效刚度K(t)：

Δx＝(R-r)(1-cosα)

F＝kΔx＝k(R-r)(1-cosα)

τ＝Fatanα＝katanα(R-r)(1-cosα)

其中，R表示凹槽表面每一时刻的曲率半径，r表示转轮的半径，a表示底面凸轮所在圆的半径，θ_s表示在提扳力作用下凸轮旋转的角度，k表示弹性部件的刚度，t表示时刻，α表示偏移角，τ表示转动力矩，F表示弹性部件的弹力；

通过电机上设置的光电编码器检测电机的转动角度θ；

通过柔性关节上设置的磁编码器检测柔性关节的转动角度q；

根据所述弹性部件的等效刚度K(t)、电机的转动角度θ及柔性关节的转动角度q确定弹性部件的弹力F₁(t)：

F₁(t)＝K(t)(q-θ)；

根据弹性部件的弹力F₁(t)建立基于位置的第一阻抗控制策略方程：

其中，表示期望轨迹；X表示柔性关节的加速度、速度以及位置；M表示目标惯性矩阵，B表示目标阻尼矩阵；

基于加速度误差公式和速度误差公式，对基于位置的第一阻抗控制策略方程进行拉普拉斯变换，得到柔性关节的第一期望位置函数；

对所述柔性关节的第一期望位置函数进行拉式逆变换，得到电机在时域的第一期望位置。

2.根据权利要求1所述的旋提机器人颈椎关节控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

光电编码器，设置在所述电机的电机轴末端，与所述控制器连接，用于检测电机的转动角度，并发送至所述控制器。

3.根据权利要求1所述的旋提机器人颈椎关节控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

磁编码器，设置在所述柔性关节上，与所述减速器的输出端处的磁铁对应设置，且与所述控制器连接，用于检测柔性关节的转动角度，并发送至所述控制器。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的旋提机器人颈椎关节控制装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

在提扳之前，根据电机与柔性关节的转动情况，确定电机的第一期望位置，根据所述电机的第一期望位置对电机进行位置调整；

在提扳阶段，将电机位置锁定于提扳之前的角度，在柔性关节处施加提扳力，确定电机的第二期望位置，根据所述电机的第二期望位置对电机进行位置调整。