[發明專利]帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構和控制方法

有效

• 申請號: 202111521073.1
• 申請日: 2021-12-13
• 公開（公告）號: CN114029990B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 華宏偉
• 申請（專利權）人: 華宏偉
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J9/10;B25J9/12;B25J9/16
• 代理公司: 無錫智睿風行知識產權代理事務所(普通合伙) 32631
• 代理人: 鳳婷

本發明公開了一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構和控制方法，包括若干個指節和若干個手指根部，還包括動力組和牽動組，動力組包括若干個電機，牽動組包括若干根柔性繩；指節上均設有第一霍爾元件和磁片，第一霍爾元件通過磁片檢測指節上的壓力；還包括CPU控制電路板消除指節之間分別受力時第一霍爾元件存在的相互影響；電機的輸出端和固定端均安裝有磁環，還包括若干個第二霍爾元件，第二霍爾元件與磁環一一對應形成編碼器以控制電機的轉角和動態性能。本發明通過動力手臂的控制使仿生手掌與手指具有足夠的靈活性和抓取力量，曾強了實用性能，柔性控制各個手指使得運動更加平穩和擬人，專用于服務型擬人機器人。

技術領域

本發明涉及擬人服務型機器人，具體是一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構。

背景技術

擬人服務型機器人是機器人的一個重要領域，與工業機器人不同擬人服務型機器人一般服務于個人和家庭，需滿足完成各種家務工作的要求，實現對人的直接和間接的服務。

因此，擬人服務型機器人一般在外觀上須盡量采用擬人化設計，尤其手的結構設計不能采用工業機器人那種簡單夾具的機械方式，需像人手一樣靈敏且具有力量，能適應抓取不同形狀、重量、強度和柔軟性的物體。

目前，市場上的智能手產品可分為兩類，一類是智能義手，一類是教學機器手；智能義手一般采用肌電控制，利用欠驅動結構（即輸入量少于控制量的典型系統）控制手指的運動，手指的四指和拇指同步進行收縮和伸展運動，完成簡單的抓取動作，具有一定的抓取力。教學演示類機器手按動力源可分為氣動和電動，氣動元件可通過調節壓縮氣體的壓力實現使手部的力量在擬人的條件下滿足使用的要求，但由于產生壓縮氣體的設備無法獨立配置在擬人機器人身上，這一方式的實用性受到限制；采用電動方式有一種電機安裝在掌心部位的5軸擬人機械手掌，由于采用的是曲柄連桿機構原理，一方面由于力臂太長，電機輸出的扭力傳輸到指尖部位已經沒有實用的價值，另一方面位于掌心的動力電機受制于結構空間，能夠輸出的扭力十分有限，第三，由于一個手指的三個關節由一個減速電機控制，只能有一種固定的運動軌跡，不能夠滿足手部動作的復雜功能，上述三個問題制約了擬人機器手的實用性，只能用作教學模具和玩具。

發明內容

為解決上述現有技術的缺陷，本發明提供一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，通過仿生動力手臂使仿生手掌與手指具有足夠的靈活性和力量，能夠勝任各種工作任務，曾強了實用性能，柔性控制各個手指使得運動更加平穩和擬人，專用于服務型擬人機器人。

為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：一種帶多傳感器的仿生機器人智能動力手臂的結構，包括若干個指節和若干個手指根部，還包括動力組和牽動組，所述牽動組的一端固定連接所述動力組，所述牽動組的另一端固定連接所述指節和所述手指根部；

所述動力組包括若干個電機，所述牽動組包括若干根柔性繩；

所述指節上均設有第一霍爾元件和磁片，所述第一霍爾元件通過所述磁片非接觸式檢測所述指節上的壓力；

還包括CPU控制電路板，所述CPU控制電路板接收所述第一霍爾元件的數據并消除所述指節之間分別受力時所述第一霍爾元件存在的相互影響；

所述電機的輸出端和固定端均安裝有磁環，還包括若干個第二霍爾元件，所述第二霍爾元件與所述磁環一一對應形成編碼器以控制所述電機的轉角和動態性能。

進一步地，每一所述指節上均設有第一動力軸和第一轉動軸，其中，所述指節能夠繞著所述第一轉動軸彎曲，所述第一動力軸能夠給對應的所述指節提供彎曲動力；所述柔性繩的一端固定在相應的所述第一動力軸上，且所述柔性繩置于前一個或者前兩個所述第一動力軸的下方后穿過手掌與對應所述電機固定連接；所述第一轉動軸上套設有扭簧，其中，所述扭簧用于所述指節彎曲后的復位。