[发明专利]掰手腕机器人和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及服务机器人或娱乐机器人，并且更具体地说，涉及模拟人类掰手腕的掰手腕机器人。 

背景技术

根据提供对抗参赛者的臂力的反作用力的装置，常规掰手腕设备可以大致分成三种类型。第一种类型是利用弹簧力，而这种类型的典型实例有美国专利No.3,947,025，其中掰手腕训练设备由如图1a所示的具有可调节刚度的螺旋盘簧组成。这种类型的其它实例有美国专利：6,652,428；5,458,554；5,431,616；4,900,019；3,662,602；以及俄罗斯专利No.2,128,539。与这种类型类似的有中国专利2691654，在该专利中系统被装载重量。 

第二种类型的掰手腕设备使用气缸或液压缸，从力的可操控性上来看，这种类型优于先前的弹簧类型，然而这种类型的弱点在于，系统因为用来生成气压或液压的辅助设备而变得复杂而庞大，并且因此可能变得很昂贵。这种类型的典型发明有如图1b所示的美国专利No.5,842,958和如图1c所示的美国专利No.4,805,900。这种类型的一些其它发明有美国专利No.3,400,793；4,406,454；4,754,964；以及日本专利公开No.55-54969。 

第三种类型的掰手腕设备使用电动马达而不是弹簧或气缸/液压缸以达到生成对抗用户的抵抗力的目的，绝大多数的新近掰手腕设备都属于这种类型。这种类型的典型发明有如图1d所示的日本专利公开No.06-315544，其中转矩马达用于生成臂力，并且传感器盘和光传感器用于检测臂速以防止将参赛者摔骨折。这种类型的另一实例为日本专利公开No.54-161436。 

然而，发明前述设备的目的是为了进行单一的掰手腕比赛或进行力量训 练，其中，它们通常生成固定的力量等级(可以通过按钮或其它装置选择力量等级)。如果参赛者具有比掰手腕设备更大的力量，那么他将获胜，否则他将在比赛中失败。因此，缺点在于，在若干次尝试后，参赛者很快就会对这种掰手腕设备感到厌烦。 

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种掰手腕机器人和控制方法，其不单一且不容易令人厌烦，尤其是，其在比赛的初期阶段检测用户的最大臂力，每次都以用户不能提前预测力量模式的方式自动或随机生成不同的掰手腕场景，利用与机械臂的运动相关的反馈信号和与作用在机械臂上的转矩相关的反馈信号来执行力反馈控制以实施该场景，从而使得用户能够获得或强或弱的臂力而无需通过按钮或任何其它装置进行任何调整。 

本发明的另一目的是提供一种掰手腕机器人和控制方法，其通过用户想要获胜的意愿影响比赛获胜的概率的方式来提高和保持掰手腕的乐趣。 

通过以下结合附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的特性和优点将变得更加明显。 

附图说明

图1a-1d是如现有技术所用的典型掰手腕设备的示图。 

图2a是根据本发明实施例的包括安装环境的掰手腕机器人的透视图。 

图2b是根据本发明实施例的臂力生成机构的透视图。 

图2c是示出根据本发明实施例与转接器相连的倾斜计的透视图。 

图3是根据本发明实施例的控制系统的框图。 

图4a是示出根据本发明实施例的掰手腕机器人的基本工作原理的示意图。 

图4b是示出根据本发明实施例的包括控制程序的力反馈控制原理的示意图。 

图5a示出根据本发明实施例的有关转矩命令和实际转矩的示例性曲线图。 

图5b示出根据本发明实施例的有关期望位置和经过位置反馈控制的实际位置的示例性曲线图。 

图6示出根据本发明实施例的有关掰手腕机器人的控制方法的流程图。 

图7-9a示出有关控制方法的详细流程图。 

图9b是示出测量自八个二十多岁的年轻人的最大臂力的图表。 

图10a和图10e示出有关掰手腕机器人的控制方法的详细流程图。 

图10b是示出当前臂角为10度的的获胜、平局和失败子场景的图表。 

图10c是有关示例性意愿分数和对应的获胜概率的图表。 

图10d示出根据本发明实施例的子场景的力量模式。 

图11示出赢得比赛的意愿强烈和意愿薄弱的两个参赛者所测试的示例性曲线图。 

图12是示出用于实现本发明的方式以及用户与掰手腕机器人之间的实际参赛的场景的图片。 

图13是由生成相同力量模式的一个用户测试两次的示例性曲线图。 

图14a是示出用于实现本发明的另一方式并示出72岁的女士参加掰手腕的图片。