[发明专利]一种多连杆自检协作机械臂及控制方法

说明书

本发明属于协作机械臂技术领域，公开了一种多连杆自检协作机械臂及控制方法,包括底座、机械臂、执行舵机，机械臂包括第一驱动箱、四连杆机构、第二驱动箱、套轴机臂、末端传动头和末端执行头；底座上设有第一转轴，第一驱动箱与第一转轴上端连接固定，底座上设有蜗轮蜗杆驱动组件，蜗轮蜗杆驱动组件连接第一转轴并同步传动；第二驱动箱内设有减速传动机构，套轴机臂包括内层输出轴和外层输出轴，外层输出轴带动末端传动头同轴转动，内层输出轴末端执行头连接传动。本发明结构简单，自重小，成本低，可实现比同类协作机械臂更长的臂展和更大的负重；各部位相对独立，可通过提升功率或传动比的变化将臂展或负载进一步提升，具有良好的可扩展性。

技术领域

本发明属于协作机械臂技术领域，具体涉及一种多连杆自检协作机械臂及控制方法。

背景技术

机械臂是一个多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用；随着机械臂的伸入研发，其结构和精度均得到极大的改善，已不仅仅在目前的领域应用，还拓展至诸多直接辅助人进行操作的技术领域，甚至能部分代替人的工作，在诸多工业领域，包括敏感环境和复杂环境，协作机械臂的运用能够保护人员、保证生产质量、提高效率和减少设备损坏。例如在AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)技术领域，协作机械臂能够与AGV配合使用，参与生产自动化的各项工序，例如码垛、分拣、视觉检查等。

当下的协作机械臂要求速度、刚性、工作半径、负荷、定位精度等指标尽可能达到更高的标准，从而能够参与更多领域的工作。协作机械臂一般包括多个工作轴，通过相互配合实现多个自由度的协调运转，达到精确控制方向的目的，最终实现操作指令动作。

目前市场上能与人共存、不用专门划分安全工作区域的小型机械臂大致分为两类。

第一类是基于步进电机或者舵机的小型机械臂。此类机械臂由于使用步进电机或者舵机，其控制原理是开环控制，即如果电机由于干扰或负载等原因没有达到指定目标，机械臂无法得知此反馈，因此无法进行调整以消除误差。这就完全限制了此类机械臂的运动性能，即只能实现从一个点到另一个点的移动任务，而不能精确地从位置、速度、以及加速度三个指标上跟随一条完整的轨迹。此外在带有额外负重后，由于仅仅采用开环控制，该类机械臂可能会有较大的稳态误差。另外，由于采用开环控制，此类机械臂无法实现碰撞检测这一功能，因此为了能与人安全共存，只能通过降低功率，减小尺寸来确保即便碰到了人，也不会造成太大伤害，这导致此类机械臂多用于轻负载的视觉检查，电子元件分拣，以及儿童智力开发等领域，无法承担广泛的工业与非工业的自动化任务。

第二类是叫做“协作机器人”的机械臂。这类机械臂精度高，运动性能好，且由于能与人共存，被越来越多应用在各类生产流水线上。目前市面上这类协作机械臂全部采用“力矩电机”或者“盘式电机”。此种电机的优点是扭矩大，可以直接驱动其负载，而无需任何传动装置，如齿轮、皮带等。但是这类电机最大的缺点是成本高，且成本与扭力大小不成线性关系。因此基于力矩电机的协作机械臂，出于成本考虑尺寸都被迫限制在一个范围内，因为一旦超出此范围，就需要搭载成本高得多的力矩电机。此外，这类不使用传动系统的设计结构还有一重大缺点，就是可延展性很差。这是因为由于没有传动系统，每一个电机都必须安装在关节本身的位置，这就导致低位的电机需要承受所有高位电机的质量。例如低位轴电机不仅要承担末端负载的质量，还要承担高位轴电机的自重。这使得机械臂的最大负重很难提高，因为要提高最大负重，就要增加每一个电机的功率及自重，但因此带来的是每一个低位电机承受的高位电机的自重增加了，结果就是增加的功率有很大一部分还是用在了承载电机自重上。

因此，在本领域为了将协作机械臂的多项性能进一步提高，需要提出更为合理的技术方案予以解决。

发明内容