一种用于主从姿态控制的辅助机构的制作方法

本发明涉及一种姿态控制的辅助机构，尤其涉及一种用于主从姿态控制的辅助机构。

背景技术：

主从式机械手系统中，当主、从手姿态不一致时，通常采用调整从手姿态的方式。但在某些特殊情况下，却不宜采用这种调整方式。因为主手通常不具备控制姿态的电机，所以也就无法直接根据从手姿态实现对主手姿态的调整。这就需要一种可用于主从姿态控制的主手姿态调整方法及辅助机构，使主、从手恢复一致。

技术实现要素：

本发明的目的是为了能对主手进行姿态调整，实现主、从手姿态恢复一致而提供一种用于主从姿态控制的辅助机构。

本发明的目的是这样实现的：一种用于主从姿态控制的辅助机构，在工作台上设置有计算机、主手和从手，还包括辅助机构，辅助机构包括安装在工作台上的辅助机构机座、辅助机构底座、第三辅助机构连杆、第二辅助机构连杆、第一辅助机构连杆和导向装置，所述辅助机构机座上安装有第五电机，第五电机的输出端与辅助机构底座连接，第三辅助机构连杆的一端与辅助机构底座铰接、另一端与第二辅助机构连杆的一端铰接，且第三辅助机构连杆与辅助机构底座、第三辅助机构连杆与第二辅助机构连杆的铰接轴分别与第四电机和第三电机的输出端连接，第二辅助机构连杆的另一端安装第二电机，第二电机的输出端与第一辅助机构连杆的一端连接，第一辅助机构连杆的另一端与导向装置铰接，且第一辅助机构连杆与导向装置的铰接轴与第一电机的输出端固连，所述导向装置与主手的执行器连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述导向装置包括与第一辅助连杆铰接的导向装置外壳、导向装置内芯，导向装置外壳的内表面设置凹槽，导向装置内芯的外面设置有与凹槽配合的滑道且导向装置内芯设置在导向装置外壳内，导向装置内芯上设置有与主手的执行器配合的孔，在导向装置内芯的下端面与导向装置外壳之间设置有电磁铁和弹簧。

2.所述导向装置包括与第一辅助连杆铰接的导向装置外壳，导向装置外壳的内表面设置电机滑道，第六电机通过外表面设置的凸起安装在电机滑道中，电机的输出端与导向装置内芯的下端固连，导向装置内芯上设置有与主手的执行器配合的孔，在第六电机的下端面与导向装置外壳之间设置有电磁铁和弹簧。

一种用于主从姿态控制的辅助机构的调整方法，所述用于主从姿态控制的辅助机构是： 在工作台上设置有计算机、主手和从手，还包括辅助机构，辅助机构包括安装在工作台上的辅助机构机座、辅助机构底座、第三辅助机构连杆、第二辅助机构连杆、第一辅助机构连杆和导向装置，所述辅助机构机座上安装有第五电机，第五电机的输出端与辅助机构底座连接，第三辅助机构连杆的一端与辅助机构底座铰接、另一端与第二辅助机构连杆的一端铰接，且第三辅助机构连杆与辅助机构底座、第三辅助机构连杆与第二辅助机构连杆的铰接轴分别与第四电机和第三电机的输出端连接，第二辅助机构连杆的另一端安装第二电机，第二电机的输出端与第一辅助机构连杆的一端连接，第一辅助机构连杆的另一端与导向装置铰接，且第一辅助机构连杆与导向装置的铰接轴与第一电机的输出端固连，所述导向装置与主手的执行器连接；所述导向装置包括与第一辅助连杆铰接的导向装置外壳、导向装置内芯，导向装置外壳的内表面设置凹槽，导向装置内芯的外面设置有与凹槽配合的滑道且导向装置内芯设置在导向装置外壳内，导向装置内芯上设置有与主手的执行器配合的孔，在导向装置内芯的下端面与导向装置外壳之间设置有电磁铁和弹簧；包括如下步骤：

(1)在主手和从手姿态的不一致时，通过计算机触发辅助机构开关，关闭主手和从手同步运动关系，从手静止不动，在第三电机、第四电机、第五电机的驱动下，辅助机构从非工作区域翻转到工作区域，同时从手和辅助机构进行内部姿态数据传输，辅助机构各关节在第一电机、第二电机驱动下进行姿态调整，实现辅助机构姿态与从手姿态一致；

(2)将主手末端的执行器插入导向装置内芯的孔中，实现主手与辅助机构末端导向装置姿态一致；

(3)再次触发辅助机构开关，使电磁铁通电，带动导向装置内芯向电磁铁方向运动，实现了主手和辅助机构分离；

(4)辅助机构在第三电机、第四电机、第五电机的驱动下从工作区域翻转回到非工作区域，完成主手的姿态调整，恢复主从手姿态的一致性。

一种用于主从姿态控制的辅助机构的调整方法，所述用于主从姿态控制的辅助机构是：在工作台上设置有计算机、主手和从手，还包括辅助机构，辅助机构包括安装在工作台上的辅助机构机座、辅助机构底座、第三辅助机构连杆、第二辅助机构连杆、第一辅助机构连杆和导向装置，所述辅助机构机座上安装有第五电机，第五电机的输出端与辅助机构底座连接，第三辅助机构连杆的一端与辅助机构底座铰接、另一端与第二辅助机构连杆的一端铰接，且第三辅助机构连杆与辅助机构底座、第三辅助机构连杆与第二辅助机构连杆的铰接轴分别与第四电机和第三电机的输出端连接，第二辅助机构连杆的另一端安装第二电机，第二电机的输出端与第一辅助机构连杆的一端连接，第一辅助机构连杆的另一端与导向装置铰接，且第一辅助机构连杆与导向装置的铰接轴与第一电机的输出端固连，所述导向装置与主手的执行 器连接；所述导向装置包括与第一辅助连杆铰接的导向装置外壳，导向装置外壳的内表面设置电机滑道，第六电机通过外表面设置的凸起安装在电机滑道中，电机的输出端与导向装置内芯的下端固连，导向装置内芯上设置有与主手的执行器配合的孔，在第六电机的下端面与导向装置外壳之间设置有电磁铁和弹簧；包括如下步骤：

(1)在主手和从手姿态的不一致时，通过计算机触发辅助机构开关，关闭主手和从手同步运动关系，从手静止不动，在第三电机、第四电机、第五电机的驱动下，辅助机构从非工作区域翻转到工作区域，同时从手和辅助机构进行内部姿态数据传输，辅助机构各关节在第一电机、第二电机、第六电机驱动下进行姿态调整，实现辅助机构姿态与从手姿态一致；

(2)将主手末端的执行器插入导向装置内芯的孔中，实现主手与辅助机构末端导向装置姿态一致；

(3)再次触发辅助机构开关，使电磁铁通电，带动第六电机与导向装置内芯向电磁铁方向运动，实现了主手和辅助机构分离；

(4)辅助机构在第三电机、第四电机、第五电机的驱动下从工作区域翻转回到非工作区域，完成主手的姿态调整，恢复主从手姿态的一致性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本发明操作简便，方便操作人员使用。2.本发明设计的主手姿态调整方法及辅助机构可以应用于不宜采用调整从手姿态方式的特殊情况下,为调整主从手姿态的一致性提供新的方式。3.本发明设计的主手姿态调整方法及辅助机构可以更高效率地完成对主手姿态的调整，使其不会因为姿态调整而耽误过多工作时间。4.本发明设计的主手姿态调整方法及辅助机构不仅可以用于机械手结构中，同样可以用于其他结构形式机器人中，应用十分广泛。5.本发明设计的主手姿态调整方法及辅助机构可以准确地完成主手姿态调整，使其与从手姿态一致。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明辅助机构的结构示意图；

图3为本发明的通用主手导向装置结构示意图；

图4为本发明的通用主手导向装置结构剖视图；

图5为本发明另一状态的通用主手导向装置结构剖视图；

图6为本发明的专用主手导向装置结构示意图；

图7为本发明另一角度的专用主手导向装置结构示意图；

图8为本发明的专用主手导向装置结构剖视图；

图9为本发明另一状态的专用主手导向装置结构剖视图；

图中：1计算机、2主手底座、3第一主手连杆、4主手机座、5第二主手连杆、6第三主手连杆、7执行器、8具有配合孔的导向装置内芯、9导向装置外壳、10第一辅助机构连杆、11第二辅助机构连杆、12第三辅助机构连杆、13辅助机构机座、14辅助机构底座、15第一辅助机构驱动电机、16第二辅助机构驱动电机、17第三辅助机构驱动电机、18第四辅助机构驱动电机、19第五辅助机构驱动电机、20滑道、21限位块、22弹簧、23电磁铁装置、24销钉、25工作台、26挡圈、27配合孔末端凸台、28电机滑道、29第六辅助机构驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1，通常，3自由度主手不会安装专用于控制姿态的电机，因此无法直接由从手姿态对其进行调整，只能采用其他方式进行调整。通过触发辅助机构开关(2个，针对左右机械主手各一个)，关闭主、从手同步运动关系，从手静止不动。在电机驱动下，辅助机构从非工作区域翻转到工作区域，同时从手、辅助机构进行内部姿态数据传输，将从手当前的姿态(该姿态可以通过从手各电机的运动量结合从手机器人正运动学获得)，通过数据总线传递给计算机主机，计算机主机根据该姿态结合辅助机构的逆运动学，计算出辅助机构各关节电机的相应转角，从而在电机的驱动下，实现辅助机构末端导向装置姿态与从手末端姿态一致。然后，操作者操纵主手，将主手末端执行器插入辅助机构的导向装置中，直至二者完全配合，从而实现了主手与辅助机构末端导向装置姿态一致，此时从手姿态、主手姿态和导向装置姿态均一致。最后，再次触发辅助机构开关，重新建立主从手的同步运动关系，同时，辅助机构导向装置一侧的电磁铁通电，将导向装置缩短，使该辅助机构的导向装置与主手分离。然后，辅助机构在电机驱动下从工作区域翻转回到非工作区域。由此在从手端不动的情况下，完成主手的姿态调整，恢复了主从手姿态的一致性。该段所描述的4处姿态一致均分为两种情况：第一种针对外购的通用主手，由于不能人为的设置绕轴线旋转自由度的零位，所以仅能实现两个自由度的一致，不包括绕导向装置轴线旋转的自由度。第二种针对自制的专用主手，由于可以人为的设置绕轴线旋转自由度的零位，所以能够实现3个姿态自由度的一致，包括绕导向装置轴线旋转的自由度，该自由度相对独立，可以通过增量的方式来实现该自由度的主从控制，下文为针对自制主手情况的描述。

结合图2，辅助机构主要由第一辅助机构连杆10、第二辅助机构连杆11、第三辅助机构连杆12、辅助机构机座13、辅助机构底座14、第一辅助机构驱动电机15、第二辅助机构驱动电机16、第三辅助机构驱动电机17、第四辅助机构驱动电机18、第五辅助机构驱动电机19和导向装置等组成。辅助机构除了姿态调整(上段所述的2或3个自由度)和导向装置进给运动(1个自由度)之外，辅助机构还要具有1或3个自由度。当具有1个自由度时，能 将导向装置从非工作区域翻转到工作区域的某个固定位置(如：两个主手操作空间的中心)，可简单地实现任意一个主手的姿态调整。当具有3个自由度时，可以更进一步实现将导向装置放置在任意一个理想的指定位置，从而更好的实现主手的姿态调整，下文为针对3自由度情况的描述。辅助机构底座14与辅助机构机座13连接，第三辅助机构连杆12一端与辅助机构底座14连接，第二辅助机构连杆11一端与第三辅助机构连杆12另一端连接，第一辅助机构连杆10一端与第二辅助机构连杆11另一端连接，第一辅助机构连杆10另一端与导向装置连接，以上5处连接均为转动副连接，且每处均有电机驱动。电机依次为第五辅助机构驱动电机19、第四辅助机构驱动电机18、第三辅助机构驱动电机17、第二辅助机构驱动电机16、第一辅助机构驱动电机15。通过触发辅助机构开关，在第三辅助机构驱动电机17、第四辅助机构驱动电机18、第五辅助机构驱动电机19的驱动下，完成辅助机构在工作状态与非工作状态之间切换的翻转运动。第一辅助机构驱动电机15、第二辅助机构驱动电机16、第六辅助机构驱动电机29用于驱动辅助机构末端姿态调整。

结合图3，通用主手的导向装置外部结构主要由具有配合孔的导向装置内芯8、导向装置外壳9、滑道20和限位块21等组成。导向装置内芯的配合孔用于与执行器7配合，滑道20用于保证配合孔8在导向装置外壳9进给运动的准确性。限位块21对导向装置内芯的进给运动起到限位作用。

结合图4和图5，其中图4为通用主手的导向装置的对接工作状态剖视图，图5为通用主手的导向装置的分离工作状态剖视图。导向装置内部结构主要由具有配合孔的导向装置内芯8、导向装置外壳9、弹簧22和电磁铁装置23等组成。进行姿态调整过程中，当首次触发辅助机构开关后，根据从手、辅助机构内部姿态传输的数据，辅助机构各关节在第一辅助机构驱动电机15、第二辅助机构驱动电机16驱动下进行姿态调整，实现了辅助机构姿态与从手姿态一致。然后，操纵主手，将主手末端执行器7插入辅助机构的导向装置内芯的配合孔中，直至二者完全配合，即实现了主手与辅助机构姿态一致。综上过程，完成了主手姿态的姿态调整，后再次触发辅助机构开关，导向装置一侧的电磁铁装置23通电将导向装置内芯吸回，使执行器7和导向装置内芯的配合孔分离。

结合图6和图7，专用主手的导向装置外部结构主要由导向装置内芯8、导向装置外壳9、挡圈26、配合孔末端凸台27、电机滑道28和第六辅助机构驱动电机29等组成。导向装置内芯的配合孔用于与执行器7配合，通过挡圈26限制配合孔末端凸台27运动，从而对导向装置内芯的进给运动起到了限位作用。

结合图8和图9，其中图8为专用主手的导向装置的对接工作状态剖视图，图9为专用主手的导向装置的分离工作状态剖视图。该装置主要由弹簧22、电磁铁装置23、销钉24、 挡圈26、配合孔末端凸台27、电机滑道28和第六辅助机构驱动电机29等组成。进行姿态调整过程中，当首次触发辅助机构开关后，根据从手、辅助机构内部姿态传输的数据，辅助机构各关节在第一辅助机构驱动电机15、第二辅助机构驱动电机16、第六辅助机构驱动电机29驱动下进行姿态调整(这里重点描述绕导向装置轴线旋转的自由度的姿态调整：导向装置内芯和第六辅助机构驱动电机29的电机轴是通过销钉24连接，这使二者可以进行同步运动，从而实现了该自由度的姿态调整)，即实现了辅助机构姿态与从手姿态一致，此时专用主手的导向装置处于对接工作状态。操纵主手将其末端执行器7插入配合孔中，直至二者完全配合，即实现了主手与辅助机构姿态一致。综上过程，完成了主手姿态的姿态调整，后再次触发辅助机构开关，使专用主手的导向装置处于分离工作状态，导向装置一侧的电磁铁装置23将第六辅助机构驱动电机29吸回，由于销钉24的作用，沿着电机滑道28运动的第六辅助机构驱动电机29会将拉动导向装置内芯8一同往回运动，从而使执行器7和导向装置内芯8分离。

本发明工作过程如下：

正常工作过程中，操作者通过操纵主手运动，其各个关节会在运动过程中产成相应的信号数值，所产成的信号数值作为驱动指令值发往从手的各个关节，使从手实现与主手一致的姿态变化。在某种情况下，主手为正常运动状态，而从手因受到阻碍或其他原因而处于静止状态，发生了主手和从手姿态的不一致。在某些特殊情况下，不宜采用调整从手姿态这种方式。针对这种情况特殊，通过触发辅助机构开关，关闭主手和从手同步运动关系，从手静止不动。在第三辅助机构驱动电机17、第四辅助机构驱动电机18、第五辅助机构驱动电机19的驱动下，辅助机构从非工作区域翻转到工作区域，同时从手和辅助机构进行内部姿态数据传输。根据传输信号，辅助机构各关节在第一辅助机构驱动电机15、第二辅助机构驱动电机16、第六辅助机构驱动电机29驱动下进行姿态调整，即实现了辅助机构姿态与从手姿态一致。然后，操作者操纵主手，将主手末端执行器7插入辅助机构导向装置内芯的配合孔8中，直至二者完全配合，从而实现了主手与辅助机构末端导向装置姿态一致。最后，再次触发辅助机构开关，使辅助机构导向装置内芯的配合孔8一侧的电磁铁23通电，带动导向装置内芯向电磁铁23方向运动，实现了主手和辅助机构分离。然后，辅助机构在第三辅助机构驱动电机17、第四辅助机构驱动电机18、第五辅助机构驱动电机19的驱动下从工作区域翻转回到非工作区域。综上过程，在从手端不动的情况下，完成主手的姿态调整，恢复了主从手姿态的一致性。

主从姿态控制的主手姿态调整方法的步骤为：

步骤1：触发辅助机构开关，关闭主、从手同步运动关系，使从手为静止状态。在电机驱动下，辅助机构从非工作区域翻转到工作区域，同时从手、辅助机构进行内部姿态数据传 输，根据传输数据电机驱动辅助机构，使其末端导向装置姿态与从手末端姿态一致。

步骤2：操作者操纵主手，将主手末端执行器插入辅助机构的导向装置中，直至二者完全配合，实现了主手与辅助机构末端导向装置姿态一致，由步骤1实现了末端导向装置姿态与从手末端姿态一致，从而使主、从手姿态一致。

步骤3：再次触发辅助机构开关，重新建立主从手的同步运动关系，同时，辅助机构导向装置一侧的电磁铁通电，将导向装置缩短，使该辅助机构的导向装置与主手分离。然后，辅助机构在电机驱动下从工作区域翻转回到非工作区域。

其中辅助机构主要由姿态调整部分和翻转部分组成。姿态调整部分用于辅助机构末端姿态调整，翻转部分用于辅助机构在工作区域和非工作区域之间翻转运动。

本发明提出一种用辅助机构实现主从姿态恢复一致的方法，针对没有姿态电机的主手，当主从姿态一致时，不需要辅助机构，此时辅助机构远离主手的工作区域，不影响主从操作；当主从姿态由于某种原因不一致时，辅助机构翻转进入工作区域，通过将主手与辅助机构对接的方式恢复主从姿态一致。

该辅助机构分为翻转部分和姿态调整部分，翻转部分根据实际需要，可以将姿态调整部分移动到理想的工作位置；姿态调整部分针对不同类型的主手，根据从手的姿态和翻转部分的姿态，可实现2或3个自由度的姿态调整，从而进一步实现主从手的姿态一致。

所述的姿态一致均分为两种情况：第一种针对外购的通用主手，为两个自由度的一致，不包括绕导向装置轴线旋转的自由度；第二种针对自制的专用主手，为三个自由度的一致，包括绕导向装置轴线旋转的自由度，该自由度相对独立，可以通过增量的方式来实现该自由度的主从控制。

辅助机构主要由连杆、驱动电机、辅助机构底座、辅助机构开关和导向装置等组成。

辅助机构除了姿态调整(2或3个自由度)和导向装置进给运动(1个自由度)之外，辅助机构还要具有1或3个自由度。

通用主手的导向装置主要由配合孔8、导向装置外壳9、滑道20、限位块21、弹簧22和电磁铁装置23等组成；

配合孔8与执行器7相配合，滑道20限制配合孔8的进给运动，限位块21对配合孔8的进给运动起到限位作用，电磁铁装置23通电后压缩弹簧22将配合孔8吸回，使执行器7和配合孔8分离。

专用主手的导向装置主要由配合孔8、导向装置外壳9、弹簧22、电磁铁装置23、销钉24、挡圈26、配合孔末端凸台27、电机滑道28和辅助机构驱动电机29等组成。

配合孔与执行器7相配合，通过挡圈26限制配合孔末端凸台27运动，从而限制配合孔 8的进给运动；电磁铁装置23通电后压缩弹簧22将辅助机构驱动电机29吸回，配合孔8和辅助机构驱动电机29的电机轴由销钉24连接，从而一同被吸回，使执行器7和配合孔分离。

配合孔和辅助机构驱动电机29的电机轴由销钉24连接，二者同步运动，从而实现了该自由度的姿态调整。

本发明涉及一种可用于主从姿态控制的主手姿态调整方法及辅助机构，主从姿态控制的主手姿态调整方法是针对没有姿态电机的主手，当主从姿态一致时，不需要辅助机构，此时辅助机构远离主手的工作区域，不影响主从操作；当主从姿态由于某种原因不一致时，辅助机构翻转进入工作区域，通过将主手与辅助机构对接的方式恢复主从姿态一致。辅助机构主要由翻转部分和姿态调整部分组成，翻转部分根据实际需要，可以将姿态调整部分移动到理想的工作位置。本发明为没有姿态电机的主手，提供了一种高效的、准确的主手姿态调整方法，提高了工作人员的工作效率。