[发明专利]基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法

说明书

技术领域

本发明属于机械助力技术领域，具体涉及一种基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法。

背景技术

随着现代化工业生产的不断发展，工业机器人得到广泛应用，但受成本和功能限制，现有工业机器人还不能独立完成所有的物料搬运工作，大量的物料搬运工作仍需要人来完成。

目前，操作工人主要依靠机械助力臂对物料进行搬运，其中，机械助力臂具有显著的人机互助特点。传统的机械助力臂，具有设备笨重、受场地限制和通用性差等不足，仍满足不了制造业的需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于交流伺服控制的机械助力臂及其操控方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于交流伺服控制的机械助力臂，包括：第一控制系统、提升系统、第二控制系统和机械助力臂本体(1)；

其中，所述提升系统包括：缠绕轮(21)、钢丝绳(22)、导向轮(23)和夹具紧锁装置(24)；所述缠绕轮(21)设置于所述机械助力臂本体(1)的尾端，所述导向轮(23)设置于所述机械助力臂本体(1)的头端；所述钢丝绳(22)的尾端缠绕在所述缠绕轮(21)上后，沿水平设置的所述机械助力臂本体(1)的轴向方向延伸，其头端从所述导向轮(23)引出后，在所述钢丝绳(22)的头端固定安装所述夹具紧锁装置(24)，使所述夹具紧锁装置(24)悬挂于所述机械助力臂本体(1)的下方；所述夹具紧锁装置(24)用于与夹具连接；

所述第二控制系统包括：末端操作器(31)和第2控制器(32)；

所述末端操作器(31)，固定安装于所述夹具紧锁装置(24)，用于感应操作者手指发出的操作力信号，并将所述操作力信号发送给所述第2控制器(32)；其中，所述操作力信号为控制所述夹具紧锁装置(24)进行上升、下降或悬停信号；

所述第2控制器(32)，固定安装于所述夹具紧锁装置(24)，用于接收所述末端操作器(31)发送的所述操作力信号，并将所述操作力信号发送到所述第一控制系统；

所述第一控制系统包括：第1控制器(41)、伺服驱动器和交流伺服电机(42)；

所述第1控制器(41)，用于接收所述第2控制器(32)上传的所述操作力信号，并根据所述操作力信号，通过所述伺服驱动器而控制所述交流伺服电机(42)的输出转矩；由于所述交流伺服电机(42)与所述提升系统的所述缠绕轮(21)的缠绕轴相连，进而控制所述缠绕轮(21)的缠绕状态，最终达到控制所述夹具紧锁装置(24)进行上升、下降或悬停的动作。

优选的，所述机械助力臂本体(1)为二自由度机械臂。

优选的，所述二自由度机械臂包括机械大臂(11)、肩部旋转轴(12)、肘部旋转轴(13)和机械小臂(14)；

所述机械大臂(11)的肩部安装所述肩部旋转轴(12)，通过操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉动作，可控制所述机械大臂(11)沿所述肩部旋转轴(12)进行360°内自由旋转；

在所述机械大臂(11)的肘部安装所述肘部旋转轴(13)，从所述肘部旋转轴(13)至所述机械大臂(11)的自由端形成所述机械小臂(14)；通过操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉动作，可控制所述机械小臂(14)沿所述肘部旋转轴(13)进行360°内自由旋转。

优选的，所述缠绕轮(21)为动力辊；所述导向轮(23)为钢丝滑辊。

优选的，所述第一控制系统还包括限位开关和安全锁；

所述限位开关和所述安全锁均与所述第1控制器(41)连接；

所述限位开关，用于所述钢丝绳(22)上极限位置和下极限位置的检测和保护；

所述安全锁，设置于所述缠绕轮(21)上，用于在异常停电和紧急情况下，对所述缠绕轮(21)制动。

优选的，所述第1控制器(41)采用三环控制模式，通过所述伺服驱动器控制所述交流伺服电机(42)的输出转矩；

所述三环控制模式具体包括：比较单元、延时单元、速度环调节器、电流环调节器、位置环调节器、电流检测器、制动器和编码器；

所述比较单元和所述延时单元设置于所述第1控制器(41)的内部；

所述速度环调节器、所述电流环调节器和所述位置环调节器设置于所述伺服驱动器的内部；

所述电流检测器安装于所述交流伺服电机(42)的前部，用于检测所述伺服驱动器向所述交流伺服电机(42)输出的各相相电流；