[发明专利]掰手腕机器人和控制方法

权利要求书

1.一种掰手腕机器人，包括：

臂力生成机构，包括电动马达、位置/速度传感器、转矩传感器和机械臂A；以及

控制系统，用于在比赛初期阶段检测用户的最大臂力，每次生成不同的比赛场景，以及执行力反馈控制逻辑并生成马达控制输入信号以实施该场景。

2.根据权利要求1所述的掰手腕机器人，其中所述控制系统利用力反馈控制逻辑来控制所述机械臂的力量和运动，并且其中根据在力量增量和力持续时间方面具有随机特性的子场景来自动生成转矩命令。

3.根据权利要求1所述的掰手腕机器人，其中所述臂力生成机构包括：

电动马达，根据由所述控制系统计算出的马达控制输入信号来提供必要的转矩；

位置/速度传感器，用于检测所述马达的角位置和角速度，并为所述控制系统提供与角运动相关的反馈信号；

减速器，被连接至所述马达，用于降低所述马达的速度并增加所述马达的转矩；

带有手的机械臂，用户可以握住该手来进行掰手腕比赛；

转矩传感器，被安装在所述减速器与所述机械臂之间，并用于检测作用在所述机械臂上的转矩；以及

带有机械制动器的转接器，被安装在所述减速器与所述机械臂之间，并被用来限制所述机械臂的运动范围以保证用户的安全。

4.根据权利要求1所述的掰手腕机器人，其中所述控制系统包括：

放大器部分，用于放大来自所述转矩传感器的低电平电压并实现信号调节；

逻辑电路部分，用于调节来自所述位置/速度传感器的反馈信号；

马达驱动部分，根据马达控制输入信号来驱动所述马达；

输出装置部分，用于驱动语音输出装置和图像输出装置；

存储部分，用于存储包括控制逻辑的控制程序；以及

控制部分，利用所述控制程序和所述反馈信号生成所述马达控制输入信号并将所述马达控制输入信号传送至所述马达驱动部分，并且生成语音和图像信号并将所述语音和图像信号传送至所述输出装置部分。

5.根据权利要求3所述的掰手腕机器人，其中所述带有机械制动器的转接器进一步用于通过所述马达的低速控制来设置所述机械臂的初始绝对角。

6.根据权利要求3所述的掰手腕机器人，其中所述臂力生成机构进一步包括位于所述转接器上的多个倾斜计，以用于设置所述机械臂的初始绝对角。

7.根据权利要求4所述的掰手腕机器人，其中所述控制系统进一步包括多个超声波传感器，用于检测人靠近所述掰手腕机器人；脉冲生成部分，用于为所述超声波传感器生成脉冲信号；以及光电传感器，用于检测人坐到椅子上。

8.根据权利要求4所述的掰手腕机器人，其中所述控制系统进一步包括马达电源控制部分，该马达电源控制部分包括接收来自所述控制部分的初始化完成信号并向机械继电器发送相应的输出信号的固态继电器，以及根据来自所述固态继电器的所述输出信号将所述马达驱动部分与电源连接的机械继电器。

9.一种用于控制根据权利要求1至8所述的掰手腕机器人的方法，包括：

步骤1：将所述臂力生成机构和所述控制系统初始化并完成所述机械臂的初始绝对角的设置；

步骤2：根据来自所述转矩传感器的信号，在指定的时间间隔内测量所述用户的最大臂力；以及

步骤3：通过力量反馈控制来激励所述臂力生成机构以执行掰手腕场景。

10.根据权利要求9所述的方法，在所述步骤1和所述步骤2之间进一步包括另一个步骤，在该步骤中，利用多个超声波传感器检测人靠近所述掰手腕机器人，并利用光电传感器来检测人坐到椅子上。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述步骤1包括：

阶段1-1：将所述臂力生成机构和所述控制系统初始化；

阶段1-2：将初始化完成信号传送至所述马达电源控制部分，并根据转矩命令“零位”将马达控制输入信号传送至所述马达驱动部分；

阶段1-3：在所述马达电源控制部分接收到所述初始化完成信号后，将电源施加到所述马达驱动部分；以及

阶段1-4：设置所述机械臂的初始绝对角。