[發(fā)明專利]包含多個(gè)鉸接元件的機(jī)械臂以及用于確定機(jī)械臂形狀的裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680022079.1
• 申請(qǐng)日: 2006-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN101237964A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·O·白金漢;A·C·格拉厄姆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 奧利弗克里斯品機(jī)器人有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/06
• 分類號(hào): B25J9/06
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 浦易文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂，特別是涉及具有“尖頂從動(dòng)”功能的機(jī)械臂。

背景技術(shù)

在機(jī)器人領(lǐng)域，具有尖頂從動(dòng)功能的機(jī)械臂是發(fā)展的方向；也就是說(shuō)，機(jī)械臂以類似蛇形的方式縱向前進(jìn)。這種機(jī)械臂能夠承載工作負(fù)荷和工具，而且可用于對(duì)具有有限通道的設(shè)備，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部零件，進(jìn)行檢查。

尖頂從動(dòng)裝置通常在醫(yī)療領(lǐng)域以內(nèi)窺鏡的的形式和在工業(yè)領(lǐng)域某種程度上以內(nèi)孔表面檢查儀的形式廣泛應(yīng)用。然而，這些裝置依賴于外部環(huán)境來(lái)控制工作臺(tái)或者傳感裝置在一個(gè)合適的部位執(zhí)行給定的任務(wù)。內(nèi)窺鏡通常由本體內(nèi)的孔來(lái)引導(dǎo)，雖然在內(nèi)窺鏡末端可以執(zhí)行一定的控制，但事實(shí)上內(nèi)窺鏡的主要部分本質(zhì)上是被動(dòng)的，其中僅有的引導(dǎo)由裝置移動(dòng)在其中的本體中的孔或者管來(lái)提供。

用于機(jī)械臂的尖頂從動(dòng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在我們同時(shí)待審的專利申請(qǐng)No.WO0216995中進(jìn)行描述。該申請(qǐng)描述和保護(hù)一種機(jī)械臂，該臂由多個(gè)縱向鏈段組成，每一鏈段包含多個(gè)被動(dòng)連接元件。每一鏈段的末端由導(dǎo)線“引導(dǎo)”，這樣通過(guò)改變導(dǎo)線的長(zhǎng)度，可以使臂彎曲。在典型的機(jī)械臂中，可以具有許多鏈段，比方說(shuō)4到20個(gè)，每個(gè)鏈段比方可以包含10到20個(gè)連接元件。通過(guò)調(diào)整每一鏈段的控制線的張力，臂可以移動(dòng)和采取多種空間外形和結(jié)構(gòu)。例如可以通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的軸上纏繞每一根控制線來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)例如由電腦控制系統(tǒng)控制。

臂固定在底座上且向目標(biāo)推進(jìn)，同時(shí)外形不斷改變以“跟隨”著尖端。

用這種機(jī)械臂，連接元件的關(guān)節(jié)處于壓緊狀態(tài)下，即在每一控制線上提供張力，“繃緊”每一關(guān)節(jié)。這樣使臂具有空間確定性，可以更好的控制臂的空間位置。這樣，就可以控制一個(gè)鏈段里的一組連接元件，而不是單獨(dú)的控制每一個(gè)元件，利用這種連接元件的剛度設(shè)計(jì)來(lái)傳遞負(fù)荷，使得任何運(yùn)動(dòng)和/或負(fù)荷變化或者力矩的改變?cè)阪湺蔚倪B接元件中傳遞。我們同時(shí)待審的申請(qǐng)WO02/100608也涉及一種機(jī)械臂，其中通過(guò)插入一層橡膠或者人造橡膠粘接或者鎖緊兩個(gè)形成鏈段間相鄰連接元件間的關(guān)節(jié)的部件，橡膠層在鏈接部件間形成固定的接觸表面，同時(shí)提供彈性剪切力產(chǎn)生連接的“剛度”。

為了提供一種能夠沿著空間內(nèi)預(yù)定路徑且其與預(yù)定路徑偏離或者改變很小的尖頂從動(dòng)的機(jī)械臂，有必要了解臂的大量組件或者元件相對(duì)的精確位置和結(jié)構(gòu)。在“理想”的沒(méi)有摩擦的鏈段中，當(dāng)外部作用力，如負(fù)荷、重力、摩擦等不存在時(shí)，每一鏈段將保持沿其長(zhǎng)度方向恒定半徑的圓弧形。此外，對(duì)導(dǎo)線繞筒或絞盤的角位移的測(cè)量將提供精確的測(cè)量以控制導(dǎo)線長(zhǎng)度。

然而實(shí)際上，外部因素對(duì)每一鉸鏈都有影響，其會(huì)改變外形，使得臂不再是一個(gè)圓的正圓弧。而且臂負(fù)荷變化時(shí)導(dǎo)線可能在繞筒上滑動(dòng)。這使控制臂沿一預(yù)定路徑更加困難，因?yàn)楦淖儽鄣淖藨B(tài)將改變臂的負(fù)荷、重量/摩擦力的分布，因此改變臂本身的形狀，引起至少部分的偏離預(yù)定路徑。雖然在某些情況下可以接受與預(yù)定路徑有一些偏離，但是其它偏離情況是一定不能接受的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就為了緩解這些問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種機(jī)械臂，其包含至少一個(gè)鏈段，所述鏈段具有多個(gè)鉸接元件；一控制裝置，通過(guò)作用一個(gè)鏈段或每個(gè)鏈段的控制元件來(lái)控制機(jī)械臂的位置；和一測(cè)量裝置，所述測(cè)量裝置與控制裝置相關(guān)聯(lián)，用來(lái)測(cè)量臂中一個(gè)或每個(gè)鏈段中的至少一個(gè)連接元件與至少另一個(gè)連接元件的相對(duì)位置，用以以確定臂的實(shí)際形狀。

因而測(cè)量裝置提供與實(shí)際臂外形有關(guān)的信息，使得臂的控制能夠被調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償臂外形由于外界因素導(dǎo)致的與預(yù)定外形產(chǎn)生的差異。例如，臂可以包括與控制裝置和測(cè)量裝置相關(guān)聯(lián)的運(yùn)算裝置，用來(lái)計(jì)算臂實(shí)際外形與預(yù)定外形差異，其將修正值提供給控制裝置。

優(yōu)選地，測(cè)量裝置測(cè)量每對(duì)相鄰元件，或者至少一個(gè)或每個(gè)鏈段末端的每對(duì)元件間的相對(duì)位置。這樣就可以得到臂實(shí)際外形的精確圖像，使任何要求的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)能夠計(jì)算出來(lái)。

例如，可以通過(guò)觀察和測(cè)量臂上的外部記號(hào)的位置來(lái)測(cè)得相對(duì)位置。在另一個(gè)例子中，測(cè)量裝置被用來(lái)測(cè)量元件或連接元件之間的橫向平面的角度關(guān)系。

為了全面描述兩本體間的空間關(guān)系，需要六個(gè)獨(dú)立的描述符。最簡(jiǎn)單的形式記為X，Y，Z(平移)，α，β，γ(方向)。平移和方向通常用來(lái)確定“姿態(tài)”。而在依照本發(fā)明的一個(gè)更精確的臂中，測(cè)量裝置可以測(cè)量元件的相對(duì)位置。