[发明专利]自运动避让障碍机械臂

说明书

技术领域

本发明属于智能机器人领域，更具体地说，本发明涉及自运动避让障碍 机械臂。

背景技术

随着经济的发展，机器人产业发展迅猛，特别是仿真机器人的发展，机 械臂在复杂环境下工作时涉及的人机交互的安全问题得到越来越多人关注， 当有可能发生碰撞，甚至已经发生碰撞等突发意外情况时，现有技术中采用 急停的方式立刻停止机械臂的所有运动，但在复杂的交互环境中，这种处理 方式有时反而会增加对机械臂以及人员的伤害；因此，需要一种更加适合的 方式实现安全避障，从而适应外界环境的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用冗余自由度、自运动避让障 碍机械臂。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：自运动避让障碍机械臂， 包括：上位机、总线转换模块、七自由度机械臂；

上位机：所述上位机设在机械臂内部；

总线转换模块：上位机通过总线与集成在关节内的控制器通信，通信周 期为1ms；

七自由度机械臂：通过谐波减速器由无刷电机驱动，并利用绝对位置传 感器提供关节角度信息；

上位机利用处理器完成机械臂笛卡尔空间闭环控制与计算，并通过总线 转换模块实现总线数据交换，七自由度机械臂内的关节中设有关节控制器， 关节控制器电连接于上位机，以接收上位机传输的指令控制电机旋转，并 读取传感器收集的信息传输于上位机内的储存模块。

本发明公开的自运动避让障碍机械臂，所述七自由度机械臂中的冗余的 自由度控制机械臂关节折弯处不断向下摆动，以控制机械臂避开障碍物，并 且不影响末端操作，七自由度机械臂运动轨迹由七次多项式插值生成，设定 的初始加速度/速度和最终加速度/速度均为零。

本发明公开的自运动避让障碍机械臂，所述上位机采用双核处理器。

本发明公开的自运动避让障碍机械臂，所述关节控制器采用型号为NIOS 的处理器。

本发明公开的自运动避让障碍机械臂，所述七自由度机械臂设有多个关 节点，其中，每个关节点通过电机控制关节两侧机械臂旋转，电机底部设有 旋转编码器，总线传输信号于旋转编码器控制电机转动。

本发明公开的自运动避让障碍机械臂，所述七自由度机械臂中传感器接 收障碍物信息传输于上位机，上位机确认旋转臂角并传输于总线控制器，所 述机械臂形成的臂平面通过上位机传输的信息向避障面旋转，关节控制器控 制机械臂形成自运动。

采用本技术方案，合理有效地利用冗余机械臂的零空间运动实现避障， 同时保证末端执行器的轨迹跟踪，并可以通过设置参数调整机械臂对障碍物 的动态响应特性，又通过实验验证机械臂与障碍物的最近距离大于四厘米状 态时，末端执行器位置动态误差小于一厘米，稳态误差低于动态误差的五分 之一，末端执行器的操作也没有受到影响，机械臂零空间的动态性能与设计 的质量-阻尼系统的物理特性一致。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明自运动避让障碍机械臂的控制结构图；

图2为本发明自运动避让障碍机械臂的示意图。

图中标记为：1、臂平面；2、避障面；3、肘关节；4、腕关节；5、障碍 物；6、质量阻尼；7、肩关节；8、臂角。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉 及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作 用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助 本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的 理解。

图1为本发明自运动避让障碍机械臂的控制结构图，如图所示的自运动 避让障碍机械臂，包括：上位机、总线转换模块、七自由度机械臂；

上位机：所述上位机设在机械臂内部；

总线转换模块：上位机通过总线与集成在关节内的控制器通信，通信周 期为1ms；

七自由度机械臂：通过波减速器由无刷电机驱动，并利用绝对位置传感 器提供关节角度信息；