[发明专利]一种柔性关节机械臂的运动检测装置与方法

权利要求书

1.一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，包括机械臂本体部分及检测控制部分；

所述机械臂本体部分包括三段臂杆和末端作用器，所述三段臂杆分别为上臂、前臂及手腕，所述上臂一端通过肩关节与肩关节转台连接，所述肩关节转台固定在实验台上，所述上臂的另一端通过肘关节与前臂的一端连接，所述前臂的另一端通过腕关节与手腕的一端连接，所述手腕的另一端通过转动关节安装末端作用器，所述肘关节及腕关节通过关节支撑架固定在实验台上，所述关节支撑架设置气浮装置，所述气浮装置与气动回路连接实现臂杆工作在漂浮运动状态；

所述检测控制部分包括高速相机、加速度传感器、电荷放大器、视觉标志物、运动控制卡及计算机，所述计算机与运动控制卡连接，所述电荷放大器与运动控制卡连接，所述加速度传感器设置在臂杆的中间位置，所述加速度传感器检测臂杆的振动信号，输入电荷放大器，通过运动控制卡输入计算机，所述高速相机安装在实验台的上方，视觉标志物设置在肩关节、腕关节及肘关节的顶端，视觉标志物在高速相机的视野范围内，高速相机拍摄包含视觉标志物的图像，输入计算机；

所述检测控制部分还包括伺服电机驱动器及直接驱动旋转电机驱动器，所述计算机根据高速相机及加速度传感器检测的信号得到控制信号，分别向直接驱动旋转电机驱动器、伺服电机驱动器及气动回路输出控制信号，驱动末端作用器、臂杆及关节支撑架运动，进一步控制机械臂到达目标位置；

所述肩关节、肘关节及腕关节的结构相同，均由直流伺服电机、谐波减速器及连接法兰构成；

所述气浮装置由三个气浮垫构成。

2.根据权利要求1所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，所述高速相机通过相机支架安装在实验台长度方向中线的上方，用于检测识别臂杆三个关节的位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，所述气动回路包括依次连接的气泵、气动三联件、二位三通阀、三通管接头及四通管接头，还包括与二位三通阀连接的开关阀驱动电路，所述开关阀驱动电路与运动控制卡连接。

4.根据权利要求1所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，与末端作用器连接的转动关节包括直接驱动旋转电机，所述直接驱动旋转电机与直接驱动旋转电机驱动器连接。

5.根据权利要求1所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，所述末端作用器为四指夹爪。

6.根据权利要求1所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置，其特征在于，所述关节支撑架包括肘关节支撑架及腕关节支撑架，肘关节支撑架与腕关节支撑架的高度不同。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的一种柔性关节机械臂的运动检测装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，在计算机输入负载需要搬运的目标位置信息，高速相机检测三个关节上视觉标识物的位置输入计算机，提取机械臂与目标位置之间的相对位置信息；

第二步，根据获得的相对位置信息，计算机初步规划各个臂杆以及关节所需要的控制信号并传输给运动控制卡，经运动控制卡内部的D/A输出模块输出给伺服电机驱动器，驱动伺服电机的转动，从而驱动机械臂在负载状态下向目标搬运位置运动；

第三步，加速度传感器实时检测各臂杆的加速度运动信息，并传输运动控制卡，输入计算机，伺服电机自带的编码器实时获取臂杆的转动位移和速度信息，并通过运动控制卡输入计算机，高速相机实时检测机械臂柔性关节的相对位置变化，并将信息传输计算机；

第四步，计算机根据得到的加速度传感器、伺服电机本身的编码器以及高速相机信息，通过融合多传感器信息，运用相应的运动控制算法，解算出修正的运动控制信号，并通过运动控制卡经D/A转换后输出给伺服电机驱动器，进一步控制关节伺服电机转动；

第五步，通过融合多传感器信息与实时的位置信息与运动信息反馈，不断修正控制信号驱动机械臂运动，最终使得末端作用器将负载精确的搬运至目标位置，完成机械臂对负载的精确搬运任务。