[发明专利]基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法

摘要

本发明提供一种基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法，机械助力臂包括第一控制系统、提升系统、第二控制系统和机械助力臂本体；第1控制器，用于接收第2控制器上传的操作力信号，并根据操作力信号，通过伺服驱动器而控制交流伺服电机的输出转矩；由于交流伺服电机与提升系统的缠绕轮的缠绕轴相连，进而控制缠绕轮的缠绕状态，最终达到控制夹具紧锁装置进行上升、下降或悬停的动作。优点为通过检测操作者通过末端操作器发送的操作指令，实现对负载进行上升、下降、悬停和定位；具有整体结构简单、占用体积小以及成本低的优点，为一种实现人机合作作业的特殊作业机器人，可满足各种装配生产线、物流传送作业等。

主权项

一种基于交流伺服控制的机械助力臂，其特征在于，包括：第一控制系统、提升系统、第二控制系统和机械助力臂本体(1)；其中，所述提升系统包括：缠绕轮(21)、钢丝绳(22)、导向轮(23)和夹具紧锁装置(24)；所述缠绕轮(21)设置于所述机械助力臂本体(1)的尾端，所述导向轮(23)设置于所述机械助力臂本体(1)的头端；所述钢丝绳(22)的尾端缠绕在所述缠绕轮(21)上后，沿水平设置的所述机械助力臂本体(1)的轴向方向延伸，其头端从所述导向轮(23)引出后，在所述钢丝绳(22)的头端固定安装所述夹具紧锁装置(24)，使所述夹具紧锁装置(24)悬挂于所述机械助力臂本体(1)的下方；所述夹具紧锁装置(24)用于与夹具连接；所述第二控制系统包括：末端操作器(31)和第2控制器(32)；所述末端操作器(31)，固定安装于所述夹具紧锁装置(24)，用于感应操作者手指发出的操作力信号，并将所述操作力信号发送给所述第2控制器(32)；其中，所述操作力信号为控制所述夹具紧锁装置(24)进行上升、下降或悬停信号；所述第2控制器(32)，固定安装于所述夹具紧锁装置(24)，用于接收所述末端操作器(31)发送的所述操作力信号，并将所述操作力信号发送到所述第一控制系统；所述第一控制系统包括：第1控制器(41)、伺服驱动器和交流伺服电机(42)；所述第1控制器(41)，用于接收所述第2控制器(32)上传的所述操作力信号，并根据所述操作力信号，通过所述伺服驱动器而控制所述交流伺服电机(42)的输出转矩；由于所述交流伺服电机(42)与所述提升系统的所述缠绕轮(21)的缠绕轴相连，进而控制所述缠绕轮(21)的缠绕状态，最终达到控制所述夹具紧锁装置(24)进行上升、下降或悬停的动作；所述第1控制器(41)采用三环控制模式，通过所述伺服驱动器控制所述交流伺服电机(42)的输出转矩；所述三环控制模式具体包括：比较单元、延时单元、速度环调节器、电流环调节器、位置环调节器、电流检测器、制动器和编码器；所述比较单元和所述延时单元设置于所述第1控制器(41)的内部；所述速度环调节器、所述电流环调节器和所述位置环调节器设置于所述伺服驱动器的内部；所述电流检测器安装于所述交流伺服电机(42)的前部，用于检测所述伺服驱动器向所述交流伺服电机(42)输出的各相相电流；所述编码器和所述制动器安装于所述交流伺服电机(42)的尾部，所述编码器用于采集所述交流伺服电机(42)的转动速度信息和转动位置信息；所述制动器用于制动所述交流伺服电机(42)，所述制动器的输入端通过所述延时单元连接到所述比较单元；所述制动器的输出端与所述交流伺服电机(42)连接；所述电流环调节器为最内环，其输入端与所述速度环调节器的输出端连接，其反馈端与所述电流检测器的输出端连接，其输出端与所述交流伺服电机(42)的输入端连接；所述电流环调节器的输出即为所述交流伺服电机(42)的各相相电流，使所述交流伺服电机(42)的输入电流等于设定电流；所述速度环调节器为中间环，其输入端分别与所述比较器和所述位置环调节器连接；其反馈端与所述编码器连接，用于接收所述编码器采集到的所述交流伺服电机(42)的当前转动速度信息；其输出端与所述电流环调节器连接，用于向所述电流环调节器输出电流给定；所述位置环调节器为最外环，其输入端与所述比较器连接；其反馈端与所述编码器连接，用于接收所述编码器采集到的所述交流伺服电机(42)的当前转动位置信息；其输出端与所述速度环调节器连接，用于向所述速度环调节器输出速度给定。