[實用新型]欠驅動機械臂

有效

• 申請號: 201220249052.9
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN202656183U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 楊伽利;王建國
• 申請（專利權）人: 深圳市元創興科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J18/00
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 孫偉

技術領域

本實用新型涉及一種機械臂教學實驗裝置，特別是涉及一種欠驅動冗余機械臂實驗裝置。

背景技術

機械臂廣泛應用于太空機器人，水下機械人等領域，該欠驅動機械臂實驗裝置主要用于欠驅動優化控制的研究。

存在非驅動關節的運動系統稱為欠驅動系統，即獨立控制變量（驅動單元）少于系統的自由度（關節數）的系統。欠驅動系統非驅動關節的加速度僅受到來自其它關節的動力學約束，一般屬于非完整系統。

欠驅動機器臂是一類含有被動關節、控制輸入少于系統自由度的機械系統，由于系統中某個或某些關節不具有驅動裝置，所以減輕了機器人的重量，降低了成本，同時也減少了能源的消耗，非常適用于對能源和重量有要求的場合，如水下機器人、太空機器人等。同時，當全驅動機器人的某個關節驅動裝置失靈時，可以將其處理成被動關節，實現操作任務。諸多優點使這種機器人不僅具有理論研究價值，而且具有較好的應用前景，成為機器人研究領域的新熱點。

驅動系統為2階非完整系統，具有特殊的非線性結構，滿足驅動系統為2階非完整系統，具有特殊的非線性結構，滿足Brockett(布羅克特)條件，即在不完整的狀態反饋控制下，就可使系統保持在平衡點上，所以用于控制全驅動機器人的控制系統對欠驅動機器人無效，在控制系統設計時要依據動力學模型，利用動力學影響實現被動關節的控制，到目前為止，國內外一些學者就欠驅動機器人運動控制問題進行了研究。De?Luca（德魯卡）和Iannitti(伊安尼提)研究了欠驅動機器人系統的小范圍局部可控性(STLC)問題，從理論上證明了可以通過適當的控制策略對其實現類似全驅動機器人的控制。Arai(新井)運用反饋控制策略實現對平面3R機器人的位置控制。Bullo(布魯)研究了欠驅動系統的局部指數穩定性。這些成果大都側重于欠驅動機器人的控制方面，并且控制策略的提出往往依賴于對系統動力學特性的深入分析。Yoshikawa(吉川)將平面3桿運動方程轉換成2階鏈形式，而后對其進行軌跡控制。Martinez(馬丁內斯)以Acrobot（機器人）為例，將欠驅動動力學方程轉換成便于控制設計的階梯規范形式，指出這些規范形式是在特定條件下得到的，是否分部可積取決于系統的慣性矩陣。De?Luca（德魯卡）分析了串聯機械臂運動規劃、軌跡跟蹤和設定點調節的可行性，并用動力學反饋線性化的方法有效地解決了4自由度2被動關節機器人和欠驅動3R第3關節被動時機器人的運動規劃問題。灤楠等提出了一種基于學習的動力學前饋方法，解決了欠驅動系統由于系統不可控造成的反饋控制失效、運動軌跡難以實現的問題。以上這些方法基本都要用到大量的數學知識，實現起來比較困難。劉慶波等運用模糊控制理論分別對2R欠驅動機器人與3R欠驅動機器人進行了位置分析，此類文獻均需要復雜的模糊控制規則，因此其控制規則制定比較困難。

欠驅動機械臂主要集中在理論和仿真分析，到目前為止，能夠應用于實驗的比較少見。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種欠驅動機械臂的實驗裝置，該裝置為平面三連桿串聯結構，一級桿和二級桿為驅動桿，末端桿為被動桿，關節部分配有編碼器和制動器；是機械臂動力學模型建立、無碰撞運動規劃控制、動力學耦合奇異研究、機械臂的動態自重構、機器人位置算法研究等的理想實驗平臺。

本實用新型提供了一種欠驅動機械臂，其包括機械臂本體和電器控制系統，所述機械臂本體為三連桿串聯結構，三連桿分別為一級桿、二級桿、末端桿，一級桿活動鏈接到機械臂本體基座，三連桿依次首尾順序活動鏈接，三連桿的的首端分別為第一關節、第二關節、第三關節，第一關節和第二關節處設有驅動器和減速器，驅動器連接減速器，減速器與相應的關節處的連桿連接，電器控制系統包括計算機控制系統、驅動控制、位置信息反饋三大部分，運動控制卡設置在計算機上，運動控制卡與端子板連接，端子板與伺服電機驅動器連接，第一關節、第二關節、第三關節分別設有編碼器。

作為本實用新型的進一步改進，所述驅動器為交流伺服電機。

作為本實用新型的進一步改進，所述編碼器為增量式編碼器。

作為本實用新型的進一步改進，所述減速器為行星減速器。

作為本實用新型的進一步改進，所述機械臂本體為平面三連桿串聯結構。

本實用新型采用交流伺服電機驅動連桿，可實現小型，超輕化，全容量連接化。

采用行星減速器連接傳動進行減速，減速比大，體積小，可使設備小型化。