本發(fā)明涉及服務(wù)型機器人領(lǐng)域，具體涉及一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)及關(guān)節(jié)處角度校正方法。

背景技術(shù)：

服務(wù)型機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。服務(wù)型機器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護、展示等工作。服務(wù)型機器人可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機器人和個人、家庭服務(wù)機器人。對于服務(wù)型機器人而言，其結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)以盡量接近人體為宜。因此在服務(wù)型機器人上也要設(shè)置類似于人體的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，使得該類關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)能夠模仿人體關(guān)節(jié)進行轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于服務(wù)型機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的監(jiān)測都是在電機輸出端直接設(shè)置角度閉環(huán)傳感器進行信號反饋，若要調(diào)零需要工作人員手動進行，無法自動實現(xiàn)零位的校正。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)及關(guān)節(jié)處角度校正方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人手臂關(guān)節(jié)處無法自動校正零位的問題，實現(xiàn)手臂每次復(fù)位時都能夠自動進行一次零位校正的目的。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，包括依次連接的肩關(guān)節(jié)、肩臂、肘關(guān)節(jié)、肘臂，所述肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)均由步進電機、減速機驅(qū)動進行動作，所述步進電機輸出軸的一端連接減速機，所述步進電機輸出軸的另一端連接角度檢測裝置，所述角度檢測裝置包括直接與步進電機輸出軸相連的減速機構(gòu)、以及用于檢測所述減速機構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的發(fā)生端角度傳感器，所述減速機構(gòu)的減速比等于所述減速機的減速比；還包括用于檢測對應(yīng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度的執(zhí)行端角度傳感器；還包括控制模塊，所述控制模塊分別與發(fā)生端角度傳感器、執(zhí)行端角度傳感器、步進電機連接；當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，執(zhí)行端角度傳感器向控制模塊發(fā)出信號，控制模塊控制發(fā)生端角度傳感器進行零位校正。

針對現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人手臂關(guān)節(jié)處無法自動校正零位的問題，本發(fā)明提出一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)及關(guān)節(jié)處角度校正方法。手臂結(jié)構(gòu)模仿人體設(shè)置了依次連接的肩關(guān)節(jié)、肩臂、肘關(guān)節(jié)、肘臂，肩臂繞肩關(guān)節(jié)進行轉(zhuǎn)動，手臂繞手關(guān)節(jié)進行轉(zhuǎn)動。肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動都由步進電機和減速機實現(xiàn)，步進電機的輸出端連接減速機，由減速機減速后向外輸出動力、控制服務(wù)型機器人關(guān)節(jié)部位的轉(zhuǎn)動。步進電機輸出軸的另一端連接角度檢測裝置，角度檢測裝置包括直接與步進電機輸出軸相連的減速機構(gòu)、以及用于檢測所述減速機構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的發(fā)生端角度傳感器，所述減速機構(gòu)的減速比等于所述減速機的減速比。本發(fā)明中的減速機構(gòu)只要能夠滿足減速比等于減速機的減速比均可，其具體結(jié)構(gòu)不屬于本方案的保護范圍，在此不做限定。由于減速機構(gòu)的減速比，等于減速機的減速比，因此減速機構(gòu)末端與減速機輸出端轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)動角度相同。再由發(fā)生端角度傳感器對減速機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角度進行檢測，從而得出減速機構(gòu)的實時角度，該實時角度理論上就等于關(guān)節(jié)所轉(zhuǎn)動的角度。還包括用于檢測對應(yīng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度的執(zhí)行端角度傳感器，即是肩關(guān)節(jié)處設(shè)置有與之對應(yīng)的，檢測肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的執(zhí)行端角度傳感器；肘關(guān)節(jié)也設(shè)置有與之對應(yīng)的，檢測肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的執(zhí)行端角度傳感器。對于單個關(guān)節(jié)而言，能夠同時由發(fā)生端角度傳感器、執(zhí)行端角度傳感器進行角度的檢測。為了避免在工作過程中造成系統(tǒng)紊亂，本發(fā)明以發(fā)生端角度傳感器所反饋的信號為工作過程中的控制與反饋依據(jù)，控制模塊接收到用戶指令后，控制步進電機進行動作，直到發(fā)生端角度傳感器反饋的角度信號與用戶指令一致后停下。當(dāng)關(guān)節(jié)處復(fù)位時，則以執(zhí)行端角度傳感器所反饋的信號為依據(jù)進行零位校正，執(zhí)行端角度傳感器所檢測的信號沒有受到減速機構(gòu)可能存在的傳動誤差干擾，因此在零位處的傳感精度更高。執(zhí)行端角度傳感器檢測到關(guān)節(jié)徹底復(fù)位后，向控制模塊發(fā)出信號，控制模塊再控制發(fā)生端角度傳感器以此時位置為零點進行零位校正。本發(fā)明使用過程中，手臂每次復(fù)位時都能夠自動進行一次零位校正，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人手臂關(guān)節(jié)處無法自動校正零位的問題。

進一步的，所述減速機構(gòu)包括減速齒輪組、磁場發(fā)生器，所述減速齒輪組的動力輸入齒輪與步進電機的輸出軸相連，磁場發(fā)生器固定在減速齒輪組的末級減速齒輪上；所述發(fā)生端角度傳感器為正對磁場發(fā)生器的霍爾傳感器。即是減速齒輪組中的末級減速齒輪的轉(zhuǎn)速與減速機輸出端轉(zhuǎn)速相同，減速機輸出端轉(zhuǎn)動了多少角度，末級減速齒輪也會轉(zhuǎn)動多少角度。再在末級減速齒輪上固定磁場發(fā)生器，磁場發(fā)生器隨著末級減速齒輪的轉(zhuǎn)動而進行轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生跟隨轉(zhuǎn)動頻率的變化磁場，再由正對磁場發(fā)生器的霍爾傳感器采集磁場變換角度，從而得出末級減速齒輪的變化角度，該變化角度即是減速機角度變化量。本優(yōu)選方案通過齒輪組進行同步動作，具有高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，同時使得整個發(fā)生端角度傳感器的體積很小、且可直接固定在電機上，極大程度上解放了服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處的內(nèi)部空間，使得服務(wù)型機器人關(guān)節(jié)處傳動機構(gòu)的角度反饋不受空間限制，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處體積臃腫的問題。

優(yōu)選的，所述步進電機輸出軸的一端連接主動輪，所述減速機的輸入端連接從動輪，所述主動輪與從動輪之間通過皮帶傳動。作為本發(fā)明的另一個發(fā)明點，即是通過皮帶傳動方式實現(xiàn)步進電機與減速機的連接?，F(xiàn)有的服務(wù)型機器人中，設(shè)計理念都是采用直接、簡單的連接方式對傳統(tǒng)機構(gòu)進行連接，認為直接簡單的連接方式才能最大程度上節(jié)約空間，因此現(xiàn)有技術(shù)中均采用電機和減速機直接鋼性連接的方式進行傳動。本申請的發(fā)明人認為，由于服務(wù)型機器人內(nèi)部空間狹小，因此傳統(tǒng)連接方式存在空間布局受限，動力要求較高等問題，而本優(yōu)選方案中，通過皮帶連接減速機與步進電機作為動力傳遞的第一級。相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：(1)皮帶材質(zhì)為尼龍線和橡膠復(fù)合而成，有很好的減震和緩沖功能，減輕了對齒輪的沖擊，保證了齒輪的壽命；(2)皮帶連接方式對于電機與減速機之間的安裝間隙不敏感，不會因為安裝間隙問題導(dǎo)致齒輪壽命下降和噪音的產(chǎn)生；(3)采用皮帶傳動后，可以使得電機與減速機軸線平行，因此電機與減速機之間不用再采取傳統(tǒng)的直線排布的方式進行擺放，極大程度上節(jié)約了安裝空間，布局更靈活；(4)電機與減速機為兩個獨立的模塊，節(jié)約了加工與維修成本；(5)將皮帶優(yōu)選為同步皮帶，還具有抗打滑、確保傳動效率的優(yōu)點。

進一步的，所述肘臂遠離肘關(guān)節(jié)的一端連接手掌。使得服務(wù)型機器人的手臂更加接近人體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述手掌包括掌體，所述掌體上鉸接五根手指，每根手指都由若干段指節(jié)組成，相鄰兩段指節(jié)之間由轉(zhuǎn)軸連接，所述掌體內(nèi)設(shè)置直線驅(qū)動裝置，所述直線驅(qū)動裝置的輸出端分別通過五根牽引索連接至五根手指的外端，所述牽引索位于掌體內(nèi)側(cè)面。由于牽引索位于掌體內(nèi)側(cè)面，且牽引索的一端與直線驅(qū)動裝置連接，一端與手指外端連接，因此啟動直線驅(qū)動裝置向著遠離手指外端的方向運動，即能夠通過牽引索將五根手指同時向內(nèi)拉動，五根手指同時向掌心部位進行彎曲，實現(xiàn)抓、拿、握的動作，使得本發(fā)明的服務(wù)型機器人具有更加靈活的動作與執(zhí)行能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能。

優(yōu)選的，每根手指還設(shè)置有一根橡皮筋，所述橡皮筋的一端固定在手指外端、另一端固定在手指根部的掌體上；所述橡皮筋位于掌體外側(cè)面。手指向掌心部位進行彎曲時，位于掌體外側(cè)面的橡皮筋被拉伸，便于在動作完成后通過橡皮筋的彈性復(fù)位能力實現(xiàn)各手指的快速復(fù)位。

關(guān)節(jié)處角度校正方法，包括以下步驟：

(a)使發(fā)生端角度傳感器、執(zhí)行端角度傳感器同時工作；

(b)當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，控制模塊獲取發(fā)生端角度傳感器的檢測數(shù)據(jù)：若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度也處于零位，則不動作；若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度不處于零位，則將發(fā)生端角度傳感器當(dāng)前角度標定為零位。

即是當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度也處于零位，表面兩個傳感器的檢測結(jié)果相同，無誤差，因此無需進行動作。否則，則以執(zhí)行端角度傳感器為標準對發(fā)生端角度傳感器重新進行零位標定，從而實現(xiàn)自動校正的功能。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，以發(fā)生端角度傳感器所反饋的信號為工作過程中的控制與反饋依據(jù)，控制模塊接收到用戶指令后，控制步進電機進行動作，直到發(fā)生端角度傳感器反饋的角度信號與用戶指令一致后停下。當(dāng)關(guān)節(jié)處復(fù)位時，則以執(zhí)行端角度傳感器所反饋的信號為依據(jù)進行零位校正，執(zhí)行端角度傳感器檢測到關(guān)節(jié)徹底復(fù)位后，向控制模塊發(fā)出信號，控制模塊再控制發(fā)生端角度傳感器以此時位置為零點進行零位校正。本發(fā)明使用過程中，手臂每次復(fù)位時都能夠自動進行一次零位校正，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人手臂關(guān)節(jié)處無法自動校正零位的問題。

2、一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，通過齒輪組進行同步動作，具有高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，同時使得整個發(fā)生端角度傳感器的體積很小、且可直接固定在電機上，極大程度上解放了服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處的內(nèi)部空間，使得服務(wù)型機器人關(guān)節(jié)處傳動機構(gòu)的角度反饋不受空間限制，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處體積臃腫的問題。

3、一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，通過皮帶連接減速機與步進電機，相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：(1)皮帶材質(zhì)為尼龍線和橡膠復(fù)合而成，有很好的減震和緩沖功能，減輕了對齒輪的沖擊，保證了齒輪的壽命；(2)皮帶連接方式對于電機與減速機之間的安裝間隙不敏感，不會因為安裝間隙問題導(dǎo)致齒輪壽命下降和噪音的產(chǎn)生；(3)采用皮帶傳動后，可以使得電機與減速機軸線平行，因此電機與減速機之間不用再采取傳統(tǒng)的直線排布的方式進行擺放，極大程度上節(jié)約了安裝空間，布局更靈活；(4)電機與減速機為兩個獨立的模塊，節(jié)約了加工與維修成本。

4、一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，啟動直線驅(qū)動裝置向著遠離手指外端的方向運動，即能夠通過牽引索將五根手指同時向內(nèi)拉動，五根手指同時向掌心部位進行彎曲，實現(xiàn)抓、拿、握的動作，使得本發(fā)明的服務(wù)型機器人具有更加靈活的動作與執(zhí)行能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能。

5、一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，手指向掌心部位進行彎曲時，位于掌體外側(cè)面的橡皮筋被拉伸，便于在動作完成后通過橡皮筋的彈性復(fù)位能力實現(xiàn)各手指的快速復(fù)位。

6、關(guān)節(jié)處角度校正方法，當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度也處于零位，表面兩個傳感器的檢測結(jié)果相同，無誤差，因此無需進行動作。否則，則以執(zhí)行端角度傳感器為標準對發(fā)生端角度傳感器重新進行零位標定，從而實現(xiàn)自動校正的功能。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明具體實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明具體實施例1中步進電機與減速機的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明具體實施例1中減速機構(gòu)的爆炸圖；

圖4為本發(fā)明具體實施例1中手指的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明具體實施例1中手指的側(cè)視圖；

圖6為本發(fā)明具體實施例2中的流程示意圖。

附圖中標記及對應(yīng)的零部件名稱：

1-肩關(guān)節(jié)，2-肩臂，3-肘關(guān)節(jié)，4-肘臂，5-掌體，6-步進電機，7-減速機，8-角度檢測裝置，9-磁場發(fā)生器，10-霍爾傳感器，11-動力輸入齒輪，12-末級減速齒輪，13-主動輪，14-從動輪，15-皮帶，16-直線驅(qū)動裝置，17-牽引索，18-橡皮筋。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1：

如圖1至圖5所示的一種服務(wù)型機器人手臂結(jié)構(gòu)，包括依次連接的肩關(guān)節(jié)1、肩臂2、肘關(guān)節(jié)3、肘臂4，所述肩關(guān)節(jié)1、肘關(guān)節(jié)3均由步進電機6、減速機7驅(qū)動進行動作，所述步進電機6輸出軸的一端連接減速機7，所述步進電機6輸出軸的另一端連接角度檢測裝置8，所述角度檢測裝置8包括直接與步進電機6輸出軸相連的減速機構(gòu)、以及用于檢測所述減速機構(gòu)轉(zhuǎn)動角度的發(fā)生端角度傳感器，所述減速機構(gòu)的減速比等于所述減速機7的減速比；還包括用于檢測對應(yīng)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度的執(zhí)行端角度傳感器；還包括控制模塊，所述控制模塊分別與發(fā)生端角度傳感器、執(zhí)行端角度傳感器、步進電機6連接；當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，執(zhí)行端角度傳感器向控制模塊發(fā)出信號，控制模塊控制發(fā)生端角度傳感器進行零位校正。所述減速機構(gòu)包括減速齒輪組、磁場發(fā)生器9，所述減速齒輪組的動力輸入齒輪11與步進電機6的輸出軸相連，磁場發(fā)生器9固定在減速齒輪組的末級減速齒輪12上；所述發(fā)生端角度傳感器為正對磁場發(fā)生器9的霍爾傳感器10。所述步進電機6輸出軸的一端連接主動輪13，所述減速機7的輸入端連接從動輪14，所述主動輪13與從動輪14之間通過皮帶15傳動。所述肘臂4遠離肘關(guān)節(jié)3的一端連接手掌。所述手掌包括掌體5，所述掌體5上鉸接五根手指，每根手指都由若干段指節(jié)組成，相鄰兩段指節(jié)之間由轉(zhuǎn)軸連接，所述掌體5內(nèi)設(shè)置直線驅(qū)動裝置16，所述直線驅(qū)動裝置16的輸出端分別通過五根牽引索17連接至五根手指的外端，所述牽引索3位于掌體5內(nèi)側(cè)面。每根手指還設(shè)置有一根橡皮筋18，所述橡皮筋18的一端固定在手指外端、另一端固定在手指根部的掌體5上；所述橡皮筋18位于掌體5外側(cè)面。以發(fā)生端角度傳感器所反饋的信號為工作過程中的控制與反饋依據(jù)，控制模塊接收到用戶指令后，控制步進電機6進行動作，直到發(fā)生端角度傳感器反饋的角度信號與用戶指令一致后停下。當(dāng)關(guān)節(jié)處復(fù)位時，則以執(zhí)行端角度傳感器所反饋的信號為依據(jù)進行零位校正，執(zhí)行端角度傳感器檢測到關(guān)節(jié)徹底復(fù)位后，向控制模塊發(fā)出信號，控制模塊再控制發(fā)生端角度傳感器以此時位置為零點進行零位校正。本發(fā)明使用過程中，各關(guān)節(jié)每次復(fù)位時都能夠自動進行一次零位校正，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人手臂關(guān)節(jié)處無法自動校正零位的問題。通過齒輪組進行同步動作，具有高精度、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，同時使得整個發(fā)生端角度傳感器的體積很小、且可直接固定在電機上，極大程度上解放了服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處的內(nèi)部空間，使得服務(wù)型機器人關(guān)節(jié)處傳動機構(gòu)的角度反饋不受空間限制，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中服務(wù)型機器人的關(guān)節(jié)處體積臃腫的問題。啟動直線驅(qū)動裝置16向著遠離手指外端的方向運動，即能夠通過牽引索將五根手指同時向內(nèi)拉動，五根手指同時向掌心部位進行彎曲，實現(xiàn)抓、拿、握的動作，使得本發(fā)明的服務(wù)型機器人具有更加靈活的動作與執(zhí)行能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能。位于掌體外側(cè)面的橡皮筋18被拉伸，便于在動作完成后通過橡皮筋18的彈性復(fù)位能力實現(xiàn)各手指的快速復(fù)位。

實施例2：

如圖6所示的關(guān)節(jié)處角度校正方法，包括以下步驟：(a)使發(fā)生端角度傳感器、執(zhí)行端角度傳感器同時工作；(b)當(dāng)執(zhí)行端角度傳感器檢測到對應(yīng)關(guān)節(jié)歸零時，控制模塊獲取發(fā)生端角度傳感器的檢測數(shù)據(jù)：若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度也處于零位，則不動作；若發(fā)生端角度傳感器所檢測到的角度不處于零位，則將發(fā)生端角度傳感器當(dāng)前角度標定為零位。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。