[发明专利]欠驱动机械臂及其控制方法

说明书

本申请属于机械臂技术领域，公开了一种欠驱动机械臂及其控制方法，欠驱动机械臂具有九个关节，其中三个关节分别通过输入轮和输出轮之间的摩擦传动实现与另外三个关节共用驱动源，与传统的每个关节均有一个驱动源的六轴机械臂相比，具有更多的自由度和更大的灵活度，与传统的每个关节均有一个驱动源的九轴机械臂相比，驱动源更少，结构的复杂性更低，成本更低，且当外界作用于机械臂末端的力过大时，输入轮和输出轮之间会相对滑动，从而卸载多余的力，避免由于负载过大而损坏驱动源。

技术领域

本申请涉及机械臂技术领域，具体而言，涉及一种欠驱动机械臂及其控制方法。

背景技术

现有的机械臂，多是采用全驱动的控制和驱动方式，即机械臂驱动源的数量和自由度的数量相同，但是，当机械臂的自由度增加时，所需要的驱动源的数量也要相应的增加，不仅会增加成本，而且也会使得结构的复杂度大大提高，而且，当外界作用于机械臂末端的力（即负载）过大时，有可能会损坏驱动源。

发明内容

本申请的目的在于提供一种欠驱动机械臂及其控制方法，其驱动源的数量比自由度少，有利于降低成本，且可避免由于负载过大而损坏驱动源。

第一方面，本申请提供了一种欠驱动机械臂，包括六个驱动源、九个关节和九个连杆，九个所述关节分别为第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节、第九关节，九个所述连杆分别为第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆、第八连杆、第九连杆；六个所述驱动源分别用于驱动所述第一关节、所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第五关节和所述第六关节旋转；

所述第七关节、所述第八关节和所述第九关节均包括输入轮和输出轮，且所述输入轮的周面与所述输出轮的端面相抵，所述输入轮用于通过摩擦力带动所述输出轮转动；

所述第七关节的所述输出轮与所述第七连杆连接，并用于带动所述第七连杆摆动，所述第七关节的所述输入轮由所述第四关节的所述驱动源驱动；

所述第八关节的所述输出轮与所述第八连杆连接，并用于带动所述第八连杆摆动，所述第八关节的所述输入轮由所述第五关节的所述驱动源驱动；

所述第九关节的所述输出轮与所述第九连杆连接，并用于带动所述第九连杆转动，所述第九关节的所述输入轮由所述第六关节的所述驱动源驱动。

采用该结构的欠驱动机械臂，与传统的每个关节均有一个驱动源的六轴机械臂相比，具有更多的自由度和更大的灵活度，与传统的每个关节均有一个驱动源的九轴机械臂相比，驱动源更少，结构的复杂性更低，成本更低，且由于第七关节、第八关节和第九关节通过输入轮和输出轮之间的摩擦实现传动，当外界作用于机械臂末端的力（即负载）过大时，输入轮和输出轮之间会相对滑动，从而卸载多余的力，避免由于负载过大而损坏驱动源。

优选地，属于同一所述关节的所述输入轮和所述输出轮之间的压力可调。

从而可根据实际需要调节输入轮和输出轮之间的压力，以实现输入轮和输出轮之间可的最大传动力矩的调整，提高适用性。

第二方面，本申请提供了一种欠驱动机械臂控制方法，用于对前文所述的欠驱动机械臂进行控制，包括：

基于修正DH法和关节间耦合关系控制所述欠驱动机械臂末端的位姿；

基于关节间的摩擦传动关系控制所述欠驱动机械臂末端对外界的作用力。

从而可实现对驱动源的数量比自由度少的欠驱动机械臂的有效控制。

优选地，所述基于修正DH法和关节间耦合关系控制所述欠驱动机械臂末端的位姿的步骤包括：

根据修正DH法计算各相邻的两根连杆之间的变换矩阵；

根据各相邻的两根连杆之间的变换矩阵计算所述欠驱动机械臂末端的位姿矩阵；