机械臂制造技术

本说明书实施例公开了一种机械臂，该机械臂包括：关节，关节包括电机端和与电机端驱动连接的负载端；与电机端和负载端通信连接，用于基于输入的期望力矩值和负载端的实际力矩值确定第一控制电流，并将第一控制电流反馈到电机端的力矩控制器；与电机端和负载端通信连接，用于基于电机端的角速度和负载端的角速度确定第二控制电流，并将第二控制电流反馈到电机端的速度偏差控制器；与电机端和负载端通信连接，用于基于电机端的角速度、负载端的实际力矩值以及当前时刻电机端的输入电流确定第三控制电流，并将第三控制电流反馈到电机端的扰动补偿器；电机端基于第一控制电流、第二控制电流和第三控制电流驱动负载端运动。制电流和第三控制电流驱动负载端运动。制电流和第三控制电流驱动负载端运动。

【技术实现步骤摘要】
机械臂


[0001]本说明书涉及机器人
，特别涉及一种机械臂。

技术介绍

[0002]随着自动化设备的普及，机械臂广泛的应用于工业和医疗等领域。在一些情况下，为了更好实现人机交互，需要用户手动拖动机械臂。
[0003]因此，有必要提供一种机械臂控制方法，使用户在拖动机械臂时，机械臂运动更轻快、平稳和顺滑，提升机械臂的拖动手感，提高用户体验。

技术实现思路

[0004]本说明书实施例提供一种机械臂，所述机械臂包括关节，所述关节包括电机端和与所述电机端驱动连接的负载端；力矩控制器，所述力矩控制器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述力矩控制器用于基于输入的期望力矩值和所述负载端的实际力矩值确定第一控制电流，并将所述第一控制电流反馈到所述电机端；速度偏差控制器，所述速度偏差控制器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述速度偏差控制器用于基于所述电机端的角速度和所述负载端的角速度确定第二控制电流，并将所述第二控制电流反馈到所述电机端；扰动补偿器，所述扰动补偿器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述扰动补偿器用于基于所述电机端的角速度、所述负载端的实际力矩值以及当前时刻所述电机端的输入电流确定第三控制电流，并将所述第三控制电流反馈到所述电机端；所述电机端基于所述第一控制电流、所述第二控制电流和所述第三控制电流驱动所述负载端运动。
附图说明
[0005]本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
[0006]图1是根据本说明书一些实施例所示的机械臂运动控制系统的应用场景示意图；
[0007]图2是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的简易结构示意图；
[0008]图3是根据本说明书一些实施例所示的机械臂控制流程示意图；
[0009]图4是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的工作原理示意图；
[0010]图5是根据本说明书一些实施例所示的力矩控制器的工作原理示意图；
[0011]图6是根据本说明书一些实施例所示的速度偏差控制器的工作原理示意图；
[0012]图7是根据本说明书一些实施例所示的扰动补偿器的工作原理示意图；
[0013]图8是根据本说明书一些实施例所示的机械臂运动控制系统的示例性模块图。
具体实施方式
[0014]为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
[0015]应当理解，本文使用的“系统”、“装置”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
[0016]如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
[0017]本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0018]本说明书一些实施例提供了一种机械臂以及机械臂控制方法，该机械臂包括关节、与关节通信连接的多个控制器，以及设置在关节上的多个传感器。其中，关节包括电机端和负载端。在一些实施例中，本说明书提供的机械臂可以利用传感器检测关节运动时的运动学参数(例如，力矩、角速度等)，并将运动学参数反馈至控制器，控制器可以结合运动学参数和其他参数输出控制电流并反馈至电机端的电机，使得电机输出相应的力矩。在一些实施例中，本说明书涉及的控制器可以包括力矩控制器、速度偏差控制器以及扰动补偿器。通过力矩控制器控制电机输出的力矩，并通过速度偏差控制器和扰动补偿器对力矩控制器的输出控制量(例如，控制电流)进行修正，提高机械臂的控制精度。在一些实施例中，多个传感器可以包括用于检测电机端和负载端角速度的角速度传感器(例如，检测负载端角速度的第一编码器和检测电机端角速度的第二编码器)，该角速度可以反馈至速度偏差控制器，速度偏差控制器可以结合该角速度和其他参数生成相应的控制电流。在一些实施例中，多个传感器还可以包括用于检测负载端实际力矩值的力矩传感器。该实际力矩值可以反馈至力矩控制器和扰动补偿器，两者可以结合实际力矩值和其他参数分别确定各自输出的控制电流。在一些情况下，本说明书通过上述多个传感器对关节的运动参数直接进行测定，结果更加准确。在一些情况下，本说明书利用多个控制器基于这些测定的运动参数确定的控制电流误差也更小，具有更好的控制效果。
[0019]图1是根据本说明书一些实施例所示的机械臂控制系统的应用场景示意图。如图1所示，在一些实施例中，机械臂控制系统100可以包括机械臂110、网络120、至少一个终端 130、处理设备140和存储设备150。该系统100中的多个组件之间可以通过网络120互相连接。例如，处理设备140和机械臂110可以通过网络120连接或通信。
[0020]图2是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的简易结构示意图；图3是根据本说明书一些实施例所示的机械臂控制流程示意图。如图2和图3所示，在一些实施例中，机械臂110可以包括关节111、与关节111通信连接的力矩控制器116、速度偏差控制器117和扰动补偿器118，以及设置在关节111上的力矩传感器114和角速度传感器115。其中，关节111 可以
包括电机端112和与电机端112驱动连接的负载端113。电机端112可以是指一个关节 111中电机所在的一端。负载端113是指一个关节111中承受负载的一端。在一些实施例中，电机可以与力矩控制器116、速度偏差控制器117和扰动补偿器118通信连接。电机可以接收力矩控制器116、速度偏差控制器117和扰动补偿器118反馈的与力矩值相关联的控制电流并输出相应大小的力矩，驱动电机端112和负载端113运动。
[0021]在一些实施例中，电机端112和负载端113之间设置有传动装置(例如，减速器1101)，电机输出力矩时，不仅驱动电机端112运动，还可以通过传动装置将力矩传递给负载端113 进而驱动负载端113运动。在一些实施例中，由于机械臂110的负载端113通常需要具有较大的力矩，因此传动装置可以为减速器1101。在一些情况下，当电机的输出功率相同时，减速器可以降低转速，进而提高传递至负载端113的力矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：关节，所述关节包括电机端和与所述电机端驱动连接的负载端；力矩控制器，所述力矩控制器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述力矩控制器用于基于输入的期望力矩值和所述负载端的实际力矩值确定第一控制电流，并将所述第一控制电流反馈到所述电机端；速度偏差控制器，所述速度偏差控制器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述速度偏差控制器用于基于所述电机端的角速度和所述负载端的角速度确定第二控制电流，并将所述第二控制电流反馈到所述电机端；扰动补偿器，所述扰动补偿器与所述电机端和所述负载端通信连接，所述扰动补偿器用于基于所述电机端的角速度、所述负载端的实际力矩值以及当前时刻所述电机端的输入电流确定第三控制电流，并将所述第三控制电流反馈到所述电机端；所述电机端基于所述第一控制电流、所述第二控制电流和所述第三控制电流驱动所述负载端运动。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述关节还包括设置在所述负载端的力矩传感器，所述力矩传感器用于检测负载端的所述实际力矩值并产生电压信号。3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括第一滤波器，所述第一滤波器与所述力矩传感器、所述扰动补偿器以及所述力矩控制器通信连接，所述第一滤波器用于基于设定的第一预设频率范围对所述电压信号进行过滤。4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括误差补偿装置，所述误差补偿装置与所述第一滤波器、所述扰动补偿器以及所述力矩控制器通信连接，所述误差补偿装置用于在将已过滤的所述电压信号转换为力矩值反馈到所述扰动补偿器和所述力矩控制器之前，对所述力矩值进行零...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，郑建林，孙赞鹏，闻嘉鼎，
申请(专利权)人：宁波睿达医疗器械有限公司，
类型：新型
国别省市：