專利名稱：一種機(jī)械臂仿生控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程機(jī)械操控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)械臂仿生控制方法及控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多大型工程機(jī)械，特別是具有多節(jié)臂架或折彎結(jié)構(gòu)機(jī)械臂的工程機(jī)械，例如混凝土泵車、起重機(jī)、挖掘機(jī)等，需要對機(jī)械臂進(jìn)行精確控制，滿足作業(yè)要求。目前，傳統(tǒng)機(jī)械臂的控制方式采用液壓手動和無線遙控的控制方式，由人工控制機(jī)械臂的各個臂關(guān)節(jié)，使受控對象“一步一動”運(yùn)動到目標(biāo)位置。參見圖1，示出現(xiàn)有機(jī)械臂控制系統(tǒng)示意圖，包括主控制器11，與主控制器11無線連接，發(fā)送控制信息到主控制器11的遙控器12 ；與主控制器11連接，用于顯示機(jī)械臂15動作過程的顯示器13 ；設(shè)置在機(jī)械臂15各關(guān)節(jié)處，推動機(jī)械臂15動作的臂架多路閥17和液壓油缸16 ；設(shè)置在機(jī)械臂15上，用于獲取機(jī)械臂運(yùn)動狀態(tài)信息的各類傳感器14。工作時，遙控器12發(fā)送控制信息到主控制器11，主控制器11將該控制信息經(jīng)相應(yīng)的計算后，發(fā)送控制指令到臂架多路閥17，臂架多路閥17動作，帶動液壓油缸16同步動作，推動機(jī)械臂15相應(yīng)的動作；各類傳感器14將機(jī)械臂15當(dāng)前狀態(tài)信息發(fā)送到主控制器 11，主控制器11依據(jù)該當(dāng)前狀態(tài)信息判斷機(jī)械臂的當(dāng)前位置。上述機(jī)械臂控制系統(tǒng)雖然可使機(jī)械臂15到達(dá)指定位置，但需要操控人員“一步一動”地控制機(jī)械臂的各節(jié)臂架依次動作，控制過程中機(jī)械臂動作不連貫，運(yùn)動過程不平穩(wěn)， 機(jī)械臂遠(yuǎn)端動作變化大，準(zhǔn)確性較低。并且該控制過程耗時長，耗能大，控制效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是一種機(jī)械臂仿生控制方法，該方法有效提高機(jī)械臂的控制精度和控制效率。本發(fā)明一種機(jī)械臂仿生控制方法，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，該方法包括以下步驟所述控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。優(yōu)選的，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作之前，還包括判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。優(yōu)選的，還包括依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。優(yōu)選的，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作之前，還包括判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，以預(yù)定的角速度值動作。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備設(shè)有使能按鈕，該方法還包括觸動使能按鈕，發(fā)送預(yù)置使能控制信息；依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂動作。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，該方法還包括觸動旋轉(zhuǎn)按鈕，發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息；依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。本發(fā)明還提供一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效提高機(jī)械臂的控制精度和控制效率。本發(fā)明一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，包括模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置、制作的控制設(shè)備， 控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器；還包括主控制器，主控制器包括角度計算模塊和第一控制模塊所述控制設(shè)備，用于模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程；傾角傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值，發(fā)送到角度計算模塊；角度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值；第一控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。優(yōu)選的，主控制器還包括第一安全模塊，用于判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)上還設(shè)有角速度傳感器，所述主控制器還包括角速度計算模塊和第二控制模塊角速度傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊；角速度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值；第二控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。優(yōu)選的，主控制器還包括第二安全模塊，用于判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，不控制機(jī)械臂動作， 直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備上設(shè)有使能按鈕，主控制器還包括使能模塊；使能按鈕，用于被觸動時發(fā)送預(yù)置使能控制信息到使能模塊；使能模塊，用于依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂實(shí)施預(yù)設(shè)動作。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備上設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，主控制器還包括旋轉(zhuǎn)模塊；旋轉(zhuǎn)按鈕，用于被觸動時發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息到旋轉(zhuǎn)模塊；旋轉(zhuǎn)模塊，用于依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。本發(fā)明還提供一種機(jī)械臂仿生控制方法，該方法有效提高機(jī)械臂的控制精度和控制效率。本發(fā)明一種機(jī)械臂仿生控制方法，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，該方法包括以下步驟所述控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作，所述控制設(shè)備上傳感器生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值；根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。優(yōu)選的，還包括依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。本發(fā)明還提供一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有效提高機(jī)械臂的控制精度和控制效率。本發(fā)明一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作的控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器所述控制設(shè)備，用于模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作；所述傾角傳感器，用于生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，發(fā)送到主控制器；所述主控制器，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。優(yōu)選的，所述控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)上還設(shè)有角速度傳感器，所述主控制器還包括角速度計算模塊和第二控制模塊角速度傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊；角速度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值；第二控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明操控者通過仿生動作操作機(jī)械臂，使機(jī)械臂的各節(jié)臂架同時動作，機(jī)械臂動作連貫，運(yùn)動過程平穩(wěn)，機(jī)械臂遠(yuǎn)端動作變化較小，有效提高機(jī)械臂到達(dá)指定位置的準(zhǔn)確性。且該控制過程操控動作簡單易學(xué)，耗時短，耗能小，控制效率較高。


圖1為現(xiàn)有機(jī)械臂控制系統(tǒng)示意圖2為機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明控制設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第--實(shí)施例流程圖
圖5為本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第二二實(shí)施例流程圖
圖6為本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第三Ξ實(shí)施例流程圖
圖7為本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)示意圖8為本發(fā)明機(jī)械臂仿生另一控制方法流程圖9為本發(fā)明機(jī)械臂仿生另一控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。人的手指到手臂肩部的關(guān)節(jié)多達(dá)18個，在一條直線上的關(guān)節(jié)達(dá)到6個，能夠靈活旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)有3個，并且手部大拇指的第三個關(guān)節(jié)由于特殊的肌肉機(jī)理，也能夠提供一定的旋轉(zhuǎn)活動，因此通過手部的關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)用，能夠有效完成各類機(jī)械臂的仿生動作。本發(fā)明模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置，制作可穿戴在手臂上的控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架?？刂圃O(shè)備通過仿生動作模擬機(jī)械臂的動作，控制機(jī)械臂相應(yīng)動作，同步控制多節(jié)臂架到達(dá)指定角度或位置，完成相應(yīng)的動作，使得原本復(fù)雜的操作動作變得簡單，原本一步一步完成的串行動作，可以很自然的通過仿生控制并行地進(jìn)行操作，大大優(yōu)化操作流程， 提高工作效率。舉例說明本發(fā)明控制設(shè)備。參見圖2和圖3，分別示出機(jī)械臂結(jié)構(gòu)示意圖和控制設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)械臂包括鉆臺，依次活動連接的臂架Bi、臂架B2、臂架B3和臂架B4，各節(jié)臂架上都設(shè)有推動臂架轉(zhuǎn)動的液壓油缸?？刂圃O(shè)備包括活動連接的關(guān)節(jié)G1、關(guān)節(jié)G2、關(guān)節(jié)G3和關(guān)節(jié)G4，各關(guān)節(jié)上均設(shè)有傳感器，用來感應(yīng)各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度。關(guān)節(jié)G1、關(guān)節(jié)G2、關(guān)節(jié)G 3和關(guān)節(jié)G4依次與臂架Bi、臂架B2、臂架B3和臂架B4相對應(yīng)，各關(guān)節(jié)的動作信息通過傳感器發(fā)送到控制器， 由控制器控制相應(yīng)的臂架跟隨動作。本發(fā)明控制設(shè)備不僅適用于4節(jié)臂架的機(jī)械臂，也適用4節(jié)臂架以上和4節(jié)臂架以下的各種機(jī)械臂。本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第一實(shí)施例。參見圖4，具體步驟如下。步驟S401、控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，所述控制設(shè)備上傳感器依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值，發(fā)送到主控制器。本發(fā)明控制設(shè)備可以設(shè)計成能夠穿套在拇指或食指上的形狀，或通過輔助設(shè)備綁接在手部關(guān)節(jié)上的形狀，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)與人手臂各關(guān)節(jié)相吻合。操控時，操控者通過手臂操控控制設(shè)備，因控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)的位置和構(gòu)造與人手臂相適應(yīng)，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)可靈活隨操控者手臂同步動作?？刂圃O(shè)備的各關(guān)節(jié)設(shè)有傳感器，傳感器檢測控制設(shè)備各關(guān)節(jié)角度變化信息，并將各關(guān)節(jié)角度變化信息通過無線或有線方式發(fā)送到主控制器。步驟S402、所述主控制器根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。機(jī)械臂的各節(jié)臂架上設(shè)有傳感器，傳感器將機(jī)械臂當(dāng)前各節(jié)臂架角度信息發(fā)送到主控制器，主控制器獲取到各關(guān)節(jié)角度變化信息，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，計算如下θ ‘ = a+b θ式 1θ為某關(guān)節(jié)角度變化值，θ ‘為該關(guān)節(jié)對應(yīng)的機(jī)械臂一節(jié)臂架需移動角度值，a 為一待定系數(shù)，可根據(jù)不同模式設(shè)置(手動或自動)；b為變化系數(shù)。通過該節(jié)臂架的待定系數(shù)a配置兩個坐標(biāo)系中角度轉(zhuǎn)換的差值，進(jìn)行相應(yīng)角度校準(zhǔn)，通過變化系數(shù)b配置兩個坐標(biāo)系中角度變化的比率。通過式1，主控制器依次計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，控制機(jī)械臂的各液壓油缸相應(yīng)的工作，使各節(jié)臂架同時動作，讓機(jī)械臂到達(dá)制定位置。本發(fā)明操控者通過仿生動作操作機(jī)械臂，使機(jī)械臂的各節(jié)臂架同時動作，機(jī)械臂動作連貫，運(yùn)動過程平穩(wěn)，機(jī)械臂遠(yuǎn)端動作變化較小，有效提高機(jī)械臂到達(dá)指定位置的準(zhǔn)確性。且該控制過程操控動作簡單易學(xué)，耗時短，耗能小，控制效率較高。本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第二實(shí)施例。該實(shí)施例與圖4所示實(shí)施例主要區(qū)別在于增加機(jī)械臂角速度控制方案。參見圖5，具體步驟如下。步驟S501、控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，所述控制設(shè)備上傳感器依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值和各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到主控制器。控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)不僅設(shè)置用于檢測角度變化值的傾角傳感器，還設(shè)置用于檢測角速度變化的角速度傳感器。當(dāng)然，本發(fā)明也可通過對傾角傳感器信號差分序列計算獲得角速度變化值。步驟S502、所述主控制器根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，并依據(jù)各節(jié)臂架需移動角度值和角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作。
機(jī)械臂各節(jié)臂架不僅設(shè)置用于檢測角度變化值的傾角傳感器，還設(shè)置用于檢測角速度變化的角速度傳感器。傾角傳感器和角速度傳感器將檢測值發(fā)送到主控制器。主控制器計算如下θ ‘ = a+b θ式 1ω ‘ = c+ ω式 2式1中，θ為某關(guān)節(jié)角度變化值，Θ'為該關(guān)節(jié)對應(yīng)的機(jī)械臂一節(jié)臂架需移動角度值，a為一待定系數(shù)，b為變化系數(shù)。式2中，ω為某關(guān)節(jié)角速度變化值，ω'為該關(guān)節(jié)對應(yīng)的機(jī)械臂一節(jié)臂架需移動角速度值，c為一待定系數(shù)，可根據(jù)不同模式設(shè)置(手動或自動)，d為變化系數(shù)。該實(shí)施例所示的方案中，依據(jù)仿生控制同時控制機(jī)械臂各節(jié)臂架的移動角度和角速度，可以更方便操控者控制機(jī)械臂的移動速度，進(jìn)一步提高控制效率。本發(fā)明機(jī)械臂仿生控制方法第三實(shí)施例。該實(shí)施例與圖5所示實(shí)施例主要區(qū)別在于增加對不安全控制指令的濾除方案。參見圖6，具體步驟如下。步驟S601、控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，所述控制設(shè)備上傳感器依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值和各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到主控制器。步驟S602、所述主控制器根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值。步驟S603、所述主控制器判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度是否在許可范圍之內(nèi)， 如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，濾除后，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出；如是，轉(zhuǎn)到步驟S606。步驟S604、根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值。步驟S605、所述主控制器判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，以預(yù)定的角速度值動作；如是，轉(zhuǎn)到步驟 S606.步驟S606、依據(jù)各節(jié)臂架需移動角度值和角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作。本發(fā)明通過對各節(jié)臂架需移動角度值和角速度值進(jìn)行合理的篩選，濾除可能導(dǎo)致機(jī)械臂不安全的控制指令，有效提高操控過程中機(jī)械臂動作的安全性。為提高控制設(shè)備的使能功能，本發(fā)明在控制設(shè)備上設(shè)有使能按鈕，完成暫停等使能功能的操作，具體實(shí)現(xiàn)步驟為觸動使能按鈕，所述控制設(shè)備發(fā)送預(yù)置使能控制信息到主控制器；所述主控制器依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂動作。為更好的完成機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)功能，如轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明在控制設(shè)備上設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，具體實(shí)現(xiàn)步驟為觸動旋轉(zhuǎn)按鈕，所述控制設(shè)備發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息到主控制器；所述主控制器依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。依據(jù)前述機(jī)械臂仿生控制方法，本發(fā)明還提供一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)。見圖7， 該系統(tǒng)包括機(jī)械臂70，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置、制作可穿戴在手臂上的控制設(shè)備71，控制設(shè)備71的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備71上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器711和角速度傳感器712，以及使能按鈕713和旋轉(zhuǎn)按鈕714 ；還包括主控制器72，主控制器72包括角度計算模塊721、第一控制模塊722、第一安全模塊723、角速度計算模塊724、第二控制模塊725、第二安全模塊726、使能模塊727和旋轉(zhuǎn)模塊728。所述控制設(shè)備71模擬機(jī)械臂70各節(jié)臂架的預(yù)動作過程；傾角傳感器711依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值，發(fā)送到角度計算模塊721， 角度計算模塊721根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，發(fā)送到第一安全模塊723，第一安全模塊723判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，濾除后，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出；如是，啟動第一控制模塊722，第一控制模塊722控制機(jī)械臂70各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。角速度傳感器712依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊724，角速度計算模塊7M根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，發(fā)送到第二安全模塊726，第二安全模塊7 判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，以預(yù)定的角速度值動作；如是，啟動第二控制模塊725，第二控制模塊725控制機(jī)械臂70各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。使能按鈕713被觸動時發(fā)送預(yù)置使能控制信息到使能模塊727，使能模塊727依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂相應(yīng)動作。旋轉(zhuǎn)按鈕714被觸動時發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息到旋轉(zhuǎn)模塊728，旋轉(zhuǎn)模塊7 依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。本發(fā)明還可根據(jù)控制設(shè)備動作后各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度，使機(jī)械臂各節(jié)臂架的角度與控制設(shè)備各關(guān)節(jié)一致。該控制方式與圖4所示實(shí)施例都是基于控制設(shè)備，屬于同一發(fā)明構(gòu)思。參見圖8，具體步驟如下。步驟S801、控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作，控制設(shè)備上傳感器生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，發(fā)送到主控制器。步驟S802、主控制器根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。該方法控制設(shè)備還可依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值；主控制器根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。本發(fā)明操控者通過仿生動作操作機(jī)械臂，使機(jī)械臂各節(jié)臂架的角度與控制設(shè)備各關(guān)節(jié)相同，這樣機(jī)械臂動作連貫，運(yùn)動過程平穩(wěn)，機(jī)械臂遠(yuǎn)端動作變化較小，有效提高機(jī)械臂到達(dá)指定位置的準(zhǔn)確性。且該控制過程操控動作簡單易學(xué)，耗時短，耗能小，控制效率較
尚ο依據(jù)圖8所示機(jī)械臂仿生控制方法，本發(fā)明還提供一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)。見圖9，機(jī)械臂70，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置、制作可穿戴在手臂上的控制設(shè)備71，控制設(shè)備71 的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備71上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器91 ；還包括主控制
92 ο
控制設(shè)備71模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作，傾角傳感器91生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，發(fā)送到主控制器92，主控制器92根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度?？刂圃O(shè)備71的各關(guān)節(jié)上還可設(shè)有角速度傳感器，主控制器92還包括角速度計算模塊和第二控制模塊角速度傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊；角速度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值；第二控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械臂仿生控制方法，其特征在于，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，該方法包括以下步驟所述控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作之前，還包括判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)動作之前，還包括判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，以預(yù)定的角速度值動作。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述控制設(shè)備設(shè)有使能按鈕，該方法還包括觸動使能按鈕，發(fā)送預(yù)置使能控制信息； 依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂動作。
6.如權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述控制設(shè)備設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕，該方法還包括觸動旋轉(zhuǎn)按鈕，發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息；依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。
7.一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置、制作的控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器；還包括主控制器，主控制器包括角度計算模塊和第一控制模塊所述控制設(shè)備，用于模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程； 傾角傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值，發(fā)送到角度計算模塊； 角度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值； 第一控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，主控制器還包括第一安全模塊，用于判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)上還設(shè)有角速度傳感器，所述主控制器還包括角速度計算模塊和第二控制模塊角速度傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊；角速度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值；第二控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，主控制器還包括第二安全模塊，用于判斷機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值是否在許可范圍之內(nèi)，如否，濾除機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，不控制機(jī)械臂動作，直至控制設(shè)備的下一個控制動作發(fā)出。
11.如權(quán)利要求7-10任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備上設(shè)有使能按鈕， 主控制器還包括使能模塊；使能按鈕，用于被觸動時發(fā)送預(yù)置使能控制信息到使能模塊； 使能模塊，用于依據(jù)使能控制信息控制機(jī)械臂實(shí)施預(yù)設(shè)動作。
12.如權(quán)利要求7-10任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備上設(shè)有旋轉(zhuǎn)按鈕， 主控制器還包括旋轉(zhuǎn)模塊；旋轉(zhuǎn)按鈕，用于被觸動時發(fā)送旋轉(zhuǎn)控制信息到旋轉(zhuǎn)模塊； 旋轉(zhuǎn)模塊，用于依據(jù)旋轉(zhuǎn)控制信息控制機(jī)械臂執(zhí)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)動作。
13.一種機(jī)械臂仿生控制方法，其特征在于，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，該方法包括以下步驟所述控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作，所述控制設(shè)備上傳感器生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值；根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括 依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。
15.一種機(jī)械臂仿生控制系統(tǒng)，其特征在于，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作的控制設(shè)備， 控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，控制設(shè)備上的各關(guān)節(jié)設(shè)有傾角傳感器所述控制設(shè)備，用于模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作；所述傾角傳感器，用于生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，發(fā)送到主控制器；所述主控制器，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)上還設(shè)有角速度傳感器，所述主控制器還包括角速度計算模塊和第二控制模塊角速度傳感器，用于依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角速度變化值，發(fā)送到角速度計算模塊；角速度計算模塊，用于根據(jù)各關(guān)節(jié)角速度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角速度值；第二控制模塊，用于控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動角速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂仿生控制方法，模擬人手臂各關(guān)節(jié)位置制作控制設(shè)備，控制設(shè)備的各關(guān)節(jié)對應(yīng)機(jī)械臂各節(jié)臂架，該方法包括以下步驟所述控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架的動作過程，依據(jù)動作過程生成各關(guān)節(jié)角度變化值；根據(jù)各關(guān)節(jié)角度變化值，計算機(jī)械臂各節(jié)臂架需移動角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架相應(yīng)轉(zhuǎn)動。本發(fā)明還可通過控制設(shè)備模擬機(jī)械臂各節(jié)臂架動作，生成各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值；根據(jù)各關(guān)節(jié)當(dāng)前角度值，控制機(jī)械臂各節(jié)臂架轉(zhuǎn)動到相應(yīng)角度。本發(fā)明操控者通過仿生動作操作機(jī)械臂，使機(jī)械臂的各節(jié)臂架同時動作，機(jī)械臂動作連貫，運(yùn)動過程平穩(wěn)，機(jī)械臂遠(yuǎn)端動作變化較小，有效提高機(jī)械臂到達(dá)指定位置的準(zhǔn)確性。
文檔編號B25J9/06GK102310407SQ20111010275
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者周翔, 熊俊, 趙聿晴 申請人:三一重工股份有限公司