[发明专利]一种服务型机器人末端执行器的力反馈系统及实现方法

说明书

本发明属于服务型机器人和人工智能领域，特别是涉及一种服务型机器人末端执行器的力反馈系统及实现方法。一种服务型机器人末端执行器的力反馈系统，包含供电模块、主控模块、驱动模块、电机模块和检测模块；所述主控模块采用MCU，主要用于控制驱动芯片进行工作、存储检测模块反馈的位置信息及接收驱动芯片故障反馈三个方面的逻辑处理；所述驱动模块包括用于驱动电机工作的处理部分、用于反馈故障信号的反馈机制、用于配置电流检测阈值的电流配置部分及用于配置过流检测时间阈值的时间配置部分；所述检测模块主要用于力反馈系统的自回复机制，使电机运动的所有过程都被检测模块记录，使得机器人末端执行器如人的手臂一样具有记忆性。

技术领域

本发明属于服务型机器人和人工智能领域，特别是涉及一种服务型机器人末端执行器的力反馈系统及实现方法。

背景技术

随着机器人技术的飞速发展，其应用领域日益扩大。作为机器人与环境相互作用的执行部件，末端执行器对机器人智能化水平和作业水平的提高具有十分重要的作用。在机器人作业的过程中，有时候会受到外部环境力的作用，在服务型机器人的手臂(末端执行器)上尤为常见。现有的处理方式有两种：一种是受到外部环境力的情况下，驱动输出反向力抵消外部环境力，以保持机器人手臂处于原来位置。一种是受到外部环境力的情况下，机器人手臂随力改变位置。第一种方式在受到较小环境力的情况下能很好的保持机器人手臂工作状态，但在环境力较大的情况下，极易造成机器人手臂受损，电机烧坏等问题。第二种方式在受到环境力的情况下能较好的保护机器人手臂，防止出现手臂损坏问题发生，但当环境力消失后，却无法恢复受到环境力之前的位置。结合两种处理方式出现了机器人手臂力反馈处理的系统，包括在结构上进行自恢复和软件上进行自恢复等方式。

现行的机器人手臂(末端执行器)力反馈处理系统主要有两种方式：1、结构方式，通过两级传动以及限位开关等机构进行控制。此种方式使用复杂的机构实现自恢复，机构复杂且体积大，在多使用在工业机器人等大型设备上，在类人型的服务型机器人上并不方便。2、软件方式，通过电流传感器和位置传感器检测环境力，通过上层软件进行算法处理，实现自恢复。由于软件实现需要通过电流传感器和位置传感器等传感器进行检测，再进行软件处理而实现，其时效型较低，在机器人上表现为反应滞后。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中机器人末端执行器力反馈系统结构复杂、体积庞大，或不得不使用上层软件进行算法处理，使末端执行器的力反馈动作时效性低，动作反应滞后的缺陷，通过驱动芯片和机器人手臂直接控制的方式实现力反馈，使本发明具备如下优势：

本设计通过驱动芯片和机器人手臂直接控制的方式实现力反馈。结构上不需要另外设计自恢复的机构，简化了结构。由于使用驱动芯片直接控制，不需经过上位软件算法控制，简化了控制流程，力反馈的实时响应更高。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种服务型机器人末端执行器的力反馈系统，包含供电模块、主控模块、驱动模块、电机模块和检测模块；

所述主控模块采用MCU(微控制单元)，MCU主控模块主要用于控制驱动芯片进行工作、存储检测模块反馈的位置信息及接收驱动芯片故障反馈三个方面的逻辑处理；

所述驱动模块包括用于驱动电机工作的处理部分、用于反馈故障信号的反馈机制、用于配置电流检测阈值的电流配置部分及用于配置过流检测时间阈值的时间配置部分；

所述检测模块主要用于力反馈系统的自回复机制，使电机运动的所有过程都被检测模块记录，使得机器人末端执行器如人的手臂一样具有记忆性，当力反馈结束后能自动回复到收到外部环境力以前的状态。

所述的电流配置部分和时间配置部分，通过硬件配置电流阈值和时间阈值，过滤掉部分因为误触碰引起的力反馈，以保证只有受到一定时间和一定力量的外部环境力才会进行力反馈处理。

一种服务型机器人末端执行器的力反馈实现方法，包含如下步骤：