[發明專利]五自由度機械手、驅動電路和控制方法

有效

• 申請號: 201210349174.X
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102873684A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 秦志強
• 申請（專利權）人: 深圳市中科鷗鵬智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J15/00
• 代理公司: 深圳市世紀恒程知識產權代理事務所 44287
• 代理人: 胡海國;劉榮鑫

技術領域

本發明涉及機械手領域，尤其涉及一種五自由度機械手、驅動電路和控制方法。

背景技術

如今，機械手的作用越來越大，它能代替人的繁重勞動以實現生產的機械化和自動化，能在有害環境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構組成。為了能抓取空間中的物體，機械手需要多個自由度。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結構也越復雜。一般專用機械手有2或3個自由度，其種類按驅動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手。

目前，電動式機械手主要采用單舵機驅動控制單個機械手臂。由于整個機械手臂的重量較大，所需驅動力矩也較大，對所用的舵機要求較高。如若為了更大范圍的抓取空間物體，需要增加機械手臂的自由度，亦使機械手臂的機構更加復雜，重量也隨之增加。現有的利用單舵機驅動的機械大臂，其驅動力有限，其自由度一般都比較少，當自由度較多時，會出現大臂驅動力不足和機械手抖動的現象。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種機械手大臂驅動力穩定的五自由度機械手及其控制電路和控制方法。

本發明提出的一種五自由度機械手，包括依次連接的機械手大臂、機械手小臂、第一手腕、第二手腕和機械手手掌，所述五自由度機械手還包括設置在所述機械手大臂底端兩側并聯設置的、用于控制所述機械手大臂運轉的第一舵機和第二舵機；用于帶動所述機械手小臂運動的第三舵機；帶動所述第一手腕運動的第四舵機；帶動所述第二手腕運動的第五舵機；帶動所述機械手手掌運動的第六舵機。

優選地，所述第一舵機與第二舵機相對設置，使同一時刻所述第一舵機控制所述機械手大臂一側運轉的角度與所述第二舵機控制所述機械手大臂另一側運轉的角度互補。

優選地，所述機械手手掌包括左手指與右手指，所述左手指與右手指上分別設置有用于帶動該左手指與右手指運動的主動齒輪與從動齒輪，所述主動齒輪與所述第六舵機連接。

優選地，所述主動齒輪與從動齒輪的規格相同。

本發明進一步還提出一種五自由度機械手的驅動電路，用于控制上述五自由度機械手，該驅動電路包括控制器，與該控制器連接的驅動電路芯片，所述驅動電路芯片的移位時鐘輸入端與鎖存時鐘輸入端連接所述控制器的同一輸出端，所述驅動電路芯片的串行數據引腳輸入端連接所述控制器的另一輸出端，所述驅動電路芯片并行數據輸出端的六個輸出端依次連接所述第一舵機至第六舵機。

本發明進一步還提出一種五自由度機械手的控制方法，基于上述驅動電路控制五自由度機械手，該控制方法包括以下步驟：

設置機械手大臂向前轉動初始角度α，根據所述初始角度α設定所述第一舵機和第二舵機的目標角度值；

根據所述第一舵機和第二舵機的目標角度值生成目標脈寬值；

根據所述目標脈寬值，同步控制第一舵機和第二舵機達到目標角度值，使機械手大臂到達目標位置。?

優選地，在設置機械手大臂向前轉動初始角度α之前，還包括以下步驟：

初始化控制器的驅動引腳；

初始化第一舵機至第六舵機到90°位置；

初始化控制器中的定時器。

優選地，所述根據初始角度α設定1號舵機和2號舵機的目標角度值具體為：

第一舵機的目標角度值設定為90°－α，第二舵機的目標角度值設定為180°－（90°－α）。

優選地，所述同步控制第一舵機和第二舵機達到目標角度值具體為：

按照一定的周期更新第一舵機與第二舵機的當前脈寬值，使第一舵機的當前脈寬值依次增加一個單位角度值，同時第二舵機的當前脈寬值依次減少一個單位角度值，直到第一舵機與第二舵機的當前脈寬值達到相應的目標脈寬值。

優選地，所述角度單位值為舵機帶動機械手大臂運動1°所對應的脈寬值。

本發明提供的五自由度機械手，通過設置舵機分別帶動機械手大臂、機械手小臂、第一手腕、第二手腕和機械手手掌運動，實現了機械手的五自由度。五自由度機械手與2或3自由度機械手相比，活動更加靈活，同時也增大了機械手手掌抓取物體的范圍。

附圖說明

圖1為本發明五自由度機械手的結構示意圖；

圖2為本發明五自由度機械手的驅動電路的結構示意圖；

圖3為本發明五自由度機械手的控制方法的一實施例的流程示意圖；

圖4為本發明五自由度機械手的控制方法的另一實施例的流程示意圖。

本發明目的的實現、功能特點及優點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。