[實用新型]一種帶運動控制器的小型高精度串聯機械臂

有效

• 申請號: 201821626710.5
• 申請日: 2018-10-08
• 公開（公告）號: CN208854627U
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 程皓;王太軍
• 申請（專利權）人: 成都阿童智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J18/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 代述波

本實用新型公開了一種帶運動控制器的小型高精度串聯機械臂，包括包括機械結構和運動控制器，所述運動控制器包括：軌跡計算器、上級微控制器、下級微控制器、運動補償控制器、主動式動態平衡控制器、驅動單元、所述機械結構包括第1軸、第2軸、第3軸、第4軸、第5軸、第6軸、聯軸器、錐齒器1、錐齒器2、6路滑環、三指靈巧手、14路滑環、5路滑環、五自由度電機安全套，本實用新型具有低成本、精度高、體積小且應用范圍廣、對機械臂本身剛度的依賴小的優點。

技術領域

本實用新型涉及機械臂技術領域，具體為一種帶運動控制器的小型高精度串聯機械臂。

背景技術

機械臂是一個多輸入多輸出、高度非線性、強耦合的復雜系統。因其獨特的操作靈活性,已在工業裝配、安全防爆等領域得到廣泛應用。

串聯機械臂是機械臂的一種。串聯機械臂的精度取決于許多因素的交互影響，串聯機械臂組成構件的尺寸誤差、裝配誤差、運動部件間隙、運動軸線的歪斜、構件受力后產生的彈性變形、溫度變化后所產生的熱變形、摩擦磨損等原始誤差，以及在實際操作過程中機械臂負載變化帶來的尺寸延展變化等因素，都可能對串聯機械臂造成幾何偏差和運動偏差，從而影響串聯機械臂的運動精度。由于產生的誤差原因復雜，目前的運動控制器，尤其是小型、低成本運動控制器大多滿足不了機械臂的精度要求。

部分帶有高精度控制器的機械臂大都存在體積龐大、能耗高、算法復雜、開發難度大、成本居高不下的特點，對機械臂的民用化普及產生了阻礙。同時，能夠達到相應精度的控制器除了上述對控制器本身的要求高以外，對機械臂的剛度也有更高的要求，這就使得要滿足高精度要求，機械臂本身成本也居高不下。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種帶運動控制器的小型高精度串聯機械臂，采用控制器對機械臂進行控制，具有低成本、精度高、體積小且應用范圍廣、對機械臂本身剛度的依賴小的優點，解決了現有機械臂精度低、體積大的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種帶運動控制器的小型高精度串聯機械臂，包括包括機械結構和運動控制器，所述運動控制器包括：

軌跡計算器，用于接收機械結構的關節信息、位姿信息，并采用空間直線、圓弧等基本元素對機械臂在笛卡爾空間的運動軌跡進行規劃，并根據任務空間的運動軌跡，將其轉換至機械臂的關節空間，并通過逆運動學計算獲取運動軌跡對應的關節空間內各關節位置相對時間的序列值；

上級微控制器，包括嵌入式微處理器，用于負責整個系統管理以及運動學計算、軌跡規劃、主控邏輯、數字I/O和傳感器信息處理等；

下級微控制器，包括嵌入式微處理器，用于軌跡插補計算、運動伺服控制；

運動補償控制器，用于接收上級微控制器傳來的規劃后軌跡點位圖，和下級微控制器傳來的補差數據，然后采用實時預測補償控制方法，將關節位置期望輸入信號和跟蹤位姿誤差預測估計來控制變量補償量，作為控制系統的參考輸入，優化關節位置閉環控制系統，對機械臂末端執行器的位姿誤差進行補償，減小由連桿參數幾何誤差造成的積累誤差；

主動式動態平衡控制器，包括力矩傳感器、平衡機構，用于接受來自運動補償控制器的補償信號，采用力矩傳感器測量機械臂在運動過程中產生的振動力矩，根據檢測的振動力矩信號驅動平衡機構工作，驗證該機構的動態性能以及其主動消振性能；

驅動單元，包括伺服電機，用于接受主動式動態平衡控制器的位姿信息），并驅動機械臂正常工作，所述伺服電機設置在各個軸的連接位置，

所述機械結構包括第1軸、第2軸、第3軸、第4軸、第5軸、第6軸、聯軸器、錐齒器1、錐齒器2、6路滑環、三指靈巧手、14路滑環、5路滑環、五自由度電機安全套，所述第1軸與第2軸連接，第2軸與第3軸連接，第3軸與第4軸連接，第4軸與第5軸連接，第5軸與第6軸連接，第6軸與三指靈巧手連接；所述聯軸器與五自由度電機安全套通過螺栓連接。