调节方法、机械臂和执行结构与流程

本发明涉及自动化的技术领域，尤其涉及机械臂的执行结构调节作用力的方法。

背景技术：

机械臂是一种具有一定自动化程度的设备，其具有多个关节臂，在关节上设置相关的伺服电机，通过程序控制的方式驱动执行端在空间上移动，借助安装在执行端上的执行结构实现各种模拟人手的功能，例如移物、书画、雕刻等。

机械臂在拿取或移物运作的过程中，经常采用真空吸附或者直接抓取的方式对目标物施加作用力，机械臂对于执行结构的控制仅限于开和关，执行结构本身始终输出恒定的功率，并不能对应环境做出反馈，例如在移动较重的物体和较轻的物体时始终按照恒定的拿取力拿取物品、在需要递送物品时也不能改变拿取力，只能在两种状态下切换：输出恒定拿取力和完全不输出拿取力。这种执行结构的控制方式造成一定程度的能源浪费，无法智能化适应外环境，使得机械臂的产品力受到限制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供调节方法、机械臂和执行结构，旨在现有技术中的机械臂在抓取目标物时对于执行结构的控制仅限于开和关，无法对环境进行反馈改变作用力的问题。

本发明是这样实现的，提供调节方法包括：以逐渐增加所述作用力的方式尝试拿起所述目标物，检测到执行结构与所述目标物之间的没有滑动情况时，确定最小所述作用力；在移动所述目标物的过程中，检测所述执行结构与所述目标物之间的滑动情况并随时调节所述作用力。

进一步地，输出驱动所述执行结构移动的控制信息时，同步将预警信息输出至所述执行结构，以便于所述执行结构提前做好改变作用力的准备。

进一步地，检测到所述目标物与所述执行结构之间的相对滑动突然增加时，判断为递物操作，所述执行结构将所述目标物释放。

进一步地，以逐渐缩小作用力的方式，所述执行结构将所述目标物释放。

进一步地，预设指定的接物动作，通过滑动检测的方式判断是否需要进行所述递物操作。

本发明提供机械臂，包括控制电路、多个关节臂和多个伺服电机，还包括用于输出作用力抓取目标物的执行结构，所述执行结构能够通过检测与所述目标物之间滑动状态而改变作用力的大小，所述执行结构安装于任一所述关节臂。

进一步地，所述执行结构检测到与所述目标物之间发生滑动时，所述控制电路输出控制信息减少所述伺服电机的输出功率。

进一步地，所述执行结构检测到与所述目标物之间相对滑动突然增加时，所述控制电路输出控制信息至所述伺服电机以降低整体关节刚度。

本发明提供执行结构，安装于机械臂的任一关节臂上，包括用于输出作用力夹持目标物的夹爪和用于检测所述夹爪与所述目标物之间滑动状态的检测结构。

进一步地，所述夹爪端面开设有凹槽，所述凹槽内放置有用于抵接所述目标物的滚轮，所述检测结构包括用于检测所述滚轮转动情况的传感器。

与现有技术相比，本发明提供的调节方法、机械臂和执行结构，在抓取目标物时，能够通过检测执行结构与目标物之间的滑动状态，调整夹持目标物的作用力，应对环境的改变提供不同的作用力，使得机械臂的取物、移物甚至递物都具有一定程度的智能化，增加了其产品力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的机械臂的框体的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的执行结构的结构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

如图1和图2所示，本实施例中提供机械臂的执行结构调节方法，在下文中，将执行结构11对目标物2施加的抓取目标物2的力称为作用力，将机械臂1驱动执行结构11移动的力称为驱动力。

调节方法具体包括：以逐渐增加作用力的方式尝试拿起目标物2，并且实时检测执行结构11和目标物2之间的滑动位移情况，当检测到到执行结构11与目标物2之间的不出现滑动情况时，可以认为此时输出的作用力已经足够将目标物2拿起，称为最小作用力，容易理解的是，在速度较慢、作用时间较长的情况下，该最小作用力应该近似等于目标物2的重力。

拿起目标物2后，在移动目标物2的过程中，检测执行结构11与目标物2之间的滑动情况并随时调节作用力。在移物的过程中，此时目标物2不仅受到执行结构11的作用力，同样受到机械臂1的驱动力，如果持续按照最小作用力抓取目标物2，就会出现滑落等问题，因此实时检测滑动情况，一旦目标物2和执行结构11出现相对位移，则表明作用力不足以抓牢目标物2，应当增加作用力的输出直至相对位移消失。

因此，本实施中提供的调节方法，以目标物2和执行结构11之间是否存在相对滑动作为判断依据，对实际环境进行反馈，实时调节作用力，以满足抓牢目标物2的要求。

机械臂1在进行拿起、移动的操作时，需要其内部的控制电路13输出控制信号，驱动相关的伺服电机14，伺服电机14驱动关节臂12做出指定动作，关节臂12带动执行结构11和目标物2移动。根据相关的运动学定律可知，改变目标物2的运动状态，也即改变其速度大小和方向，均需要对其施加额外的力，因此，在控制电路13输出控制信号时，同步输出包含运动信息的预警信息至执行结构11，在动作尚未开始时，执行结构11可提前做好准备，例如直接增加部分作用力或者提高检测反馈灵敏度等，采用主动预防的方式，避免在运动中出现目标物2滑落的情况。

除了移物、取物以外，本实施中的调节方法还能实现智能化的递物，也即将拿取的物品递送至人手或者另一机械臂的执行结构上。在现有技术中，递物采用简单的移物的方式实现：将物品拿取移动至指定坐标位置，人手或者其另一执行结构将物品拿稳后，拿物的执行结构11将物品释放。优选的，本实施例中的调节方法还包括：检测到目标物2与执行结构11之间的相对滑动突然增加时，以逐渐缩小作用力的方式将目标物2释放。

由于目标物2被执行结构11夹持后，无论是静止还是以一定速度移动，其二者之间的滑动应当是线性、可预测的，可以在事先经过试验、拟合等方式预设相关的方程，模拟在不同驱动力的情况下，发生滑动的具体情况，设置滑动的数值范围和驱动力的模拟方程。当检测到目标物2与执行结构11之间的相对滑动突然增加时，例如在速度v的移动过程中，目标物2的预计的滑动距离最大值应当为a，而检测到二者之间突然产生滑动，并且滑动距离为c，c大于a，可判断目标物2受到了外力，例如人手抓住目标物2将其从执行结构11内抽出，或者另一机械臂的执行结构夹住目标物2并施加驱动力。在正常情况下检测到出现相对滑动应当增加执行结构11的作用力，而在上述的情况下应当逐渐减少作用力，使得人手或者另一执行结构11能够的接过目标物2，作用力减至0后，目标物2即可被拿走，完成递物的过程。

从上述的过程可以看出，本实施中的调节方法检测外部环境改变做出反馈，提供智能化递物。而且，与现有技术中只能控制开关的执行结构相比，由于本实施例中采用缓慢缩小作用力的方式，目标物2不会在递物开始瞬间完全失去作用力，而是有一个释放的过程，使得人手或者另一执行结构能有一定的操作时间完成接物，更重要的是，便于在动态的环境下接物。

优选的，预设指定的接物动作，通过滑动检测的方式判断是否需要进行递物操作。例如人手握住目标物2后，两次轻轻向下拉动，执行结构11连续检测到两次突发滑动，即可判断为递物操作。或者握住目标物2后，一次向下，一次向上移动目标物2，执行结构11根据检测到的两次滑动情况，作为判断进入递物操作的依据。

本实施中还提供了机械臂1，包括多个关节臂12，在任一关节臂12上安装有执行结构11。执行结构11可以根据目标物2的相对滑动状态，作为环境反馈的判断依据，改变其输出的作用力，实现以最小的力将目标物2抓紧的目的。

优选的，本实施例中的机械臂1具有控制电路13和多个伺服电机14，控制电路13输出相关的控制信号，使对应的伺服电机14对应驱动关节臂12，最终带动目标物2移动。当执行结构11检测到与目标物2之间出现滑动时，控制电路13改变控制信号，降低伺服电机14的输出功率，以降低驱动力，配合执行结构11的调节过程，避免执行结构11尚未调节至合适的作用力已经跌落的问题。

优选的，驱动电路改变的控制信号的方式可以为，停止伺服电机14输出动力，或者减慢机关节臂12的运动速度等。

本实施例中的机械臂1，检测到超出正常值的相对滑动，也即检测到进入递送物品的过程时，控制相关的伺服电机14，降低整体的关节刚度，使得各个关节臂12在受到外力的情况下允许出现一定程度的变形，使整体柔性化，人手接过目标物2时，执行端能够随着人手小幅度晃动，进一步模拟手臂递物的过程，降低人手接过目标物2时的僵硬感。

本实施中还提供了执行结构11，安装在机械臂1的执行端上，其具有能能够夹住目标物2的夹爪111和检测夹爪111和目标物2之间相对滑动的检测结构112。

根据检测结构112的结果，判断是否已经输出足够的作用力将目标物2夹紧，能够根据不同重量的目标物2调节作用力，反馈相关数据至机械臂1的控制电路13。

检测结构112的实现方式可以有多种，例如安装相关的视觉采集原件，选取目标物2上的某一点作为监测点，根据该点的位置变化判断是否发生滑动以及滑动的距离、速度。具体地，本实施中的方案为，在夹爪111表面开设凹槽，凹槽内放置滚轮112，在执行结构11夹紧目标物2后，滚轮112的端面与目标物2接触，如果目标物2与执行结构11发生滑动，则滚轮112被带动转动，通过传感器等结构检测滚轮112的转动角度、瞬时角速度、转动持续时间即可获知滑动情况。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。