机械手臂及其控制方法与流程

本发明涉及机器人设备技术领域，具体而言，涉及一种机械手臂及其控制方法。

背景技术

四轴码垛机器人由多个平行四边形连杆机构构成，能够保证工作端的端面始终与水平方向平行，同时由于平行四边形连杆机构的存在，会容易出现平行四边形连杆的相邻两个连杆的轴线位于水平位置，即平行四边形连杆的机构死点位置会导致机械手臂损坏。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种机械手臂及其控制方法，以解决现有技术中因连杆的机构死点位置会导致机械手臂损坏的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机械手臂，包括：驱动部；传动连杆组件，传动连杆组件与驱动部相连接；工作连杆组件，工作连杆组件与传动连杆组件可活动地相连接，驱动部可驱动传动连杆组件带动工作连杆组件作业；控制部，控制部与驱动部电连接，控制部通过控制驱动部驱动传动连杆组件在预设角度内动作，以使传动连杆组件或工作连杆组件中相连接的两个连杆的轴线不平行。

进一步地，传动连杆组件为多个，多个传动连杆组件均与工作连杆组件相连接，多个传动连杆组件中的至少一个与驱动部相连接。

进一步地，多个传动连杆组件包括：第一连杆组件，第一连杆组件与驱动部相连接；第二连杆组件，第二连杆组件与驱动部相连接；工作连杆组件分别与第一连杆组件和第二连杆组件相连接，驱动部可驱动第一连杆组件和/或第二连杆组件动作，以带动工作连杆组件作业。

进一步地，工作连杆组件包括多个连杆，多个连杆依次相铰接，第一连杆组件和第二连杆组件分别与多个连杆中的相邻的两个连杆分别相连接。

进一步地，工作连杆组件包括：第一连杆，第一连杆的第一端与第一连杆组件相连接；第二连杆，第二连杆的第一端与第二连杆组件相连接，第二连杆的第一端与第一连杆的第一端相铰接；第三连杆，第三连杆的第一端与第二连杆的第二端相铰接，第三连杆上设置有工作部；第四连杆，第四连杆的第一端与第一连杆的第二端相铰接，第四连杆的第二端与第三连杆的第二端相铰接；驱动部可驱动第一连杆组件和/或第二连杆组件动作，以使第三连杆带动工作部在预设范围内作业。

进一步地，驱动部包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部和第二驱动部分别与控制部电连接，第一驱动部的输出轴和第二驱动部的输出轴同轴线地设置，第一驱动部的输出轴

与第一连杆组件相连接，第二驱动部的输出轴与第二连杆组件相连接，控制部通过第一驱动部控制第一连杆组件在第一预设角度内运动，控制部通过第二驱动部控制第二连杆组件在第二预设角度内运动。

进一步地，机械手臂包括基座，驱动部与基座相连接，第一连杆组件包括：第五连杆，第五连杆的第一端与第一驱动部相连接，第一驱动部可驱动第五连杆位于第一位置和第二位置，第五连杆可在第一位置和第二位置之间移动；第六连杆，第六连杆的第一端与基座固连，第五连杆的第一端与第六连杆的第一端可转动地相连接；第七连杆，第七连杆的第一端与第六连杆的第二端铰接；第八连杆，第八连杆的第一端与第七连杆的第二端铰接，第八连杆的第二端与第五连杆的第二端相铰接，第八连杆的第二端与第一连杆的第一端固连。

进一步地，第八连杆的轴线与第一连杆轴线具有角度地设置，第八连杆的第一端与第一连杆的第二端之间设置有加强梁。

进一步地，第二连杆组件包括：第九连杆；第十连杆，第十连杆的第一端与第九连杆的第一端相铰接，第十连杆的第二端与第五连杆的第二端相铰接，第十连杆的第二端与第二连杆的第一端相连接；第十一连杆，第十一连杆的第一端与第二驱动部相连接，第十一连杆的第二端与第九连杆的第二端相铰接，第二驱动部可驱动第十一连杆位于第三位置或第四位置，第十一连杆可在第三位置和第四位置之间移动。

根据本发明的另一方面，提供了一种机械手臂的控制方法，方法用于控制上述的机械手臂，方法包括以下步骤：输入指令，通过控制部输入多个传动连杆组件的目标角度；系统判断，控制部判断多个目标角度是否在预设角度范围内，当多个目标角度在预设角度范围内时，控制部控制驱动部作业，当目标角度不在预设角度范围内时，控制部控制驱动部停止作业，以避免传动连杆组件或工作连杆组件中相连接的两个连杆的轴线平行。

进一步地，当第五连杆与第十一连杆垂直时，第五连杆位于第一基准位置，第十一连杆位于第二基准位置，第一驱动部可驱动第五连杆由第一基准位置转动目标角度α，第二驱动部可驱动第十一连杆由第二基准位置转动目标角度β，其中，第五连杆或第十一连杆顺时针转动角度为正，逆时针转动角度为负。

进一步地，在系统判断过程中还包括：当α∈(α1，α2)，β∈(β1，β2)，α－β∈[-γ1，γ2]时，控制部控制第一驱动部和/或第二驱动部以使工作部正常作业；其中，第五连杆由第一基准位置转动至第一位置的角度为α1，第五连杆由第一基准位置转动至第二位置的角度为α2，第十一连杆由第二基准位置转动至第三位置的角度为β1，第十一连杆由第二基准位置转动至第四位置的角度为β2，当五连杆与第十一连杆垂直时，第十一连杆和第五连杆之间的夹角为γ1，第十连杆和第五连杆之间的夹角为γ2。

进一步地，当或者，或者，时，控制部控制第一驱动部和第二驱动部停止作业。

进一步地，当目标角度不在预设角度范围内时，控制部控制报警装置进行报警作业。

应用本发明的技术方案，通过控制部与驱动部电连接，控制部通过控制驱动部驱动传动连杆组件在预设角度内动作，以使传动连杆组件或工作连杆组件中相连接的两个连杆的轴线不平行。这样设置避免了机械手臂的连杆组件进入死地位置，防止了连杆组件中各连杆的干涉现象，提高了机械手臂的使用安全性和使用寿命。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的机械手臂的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的机械手臂的控制方法的流程示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、驱动部；

20、传动连杆组件；21、第一连杆组件；211、第八连杆；212、第七连杆；213、第五连杆；214、第六连杆；22、第二连杆组件；221、第九连杆；222、第十连杆；223、第十一连杆；

40、工作连杆组件；41、第一连杆；42、第二连杆；43、第三连杆；431、工作部；44、第四连杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种机械手臂。

具体地，如图1所示，该机械手臂，包括驱动部10、传动连杆组件20、工作连杆组件40和控制部，传动连杆组件20与驱动部10相连接，工作连杆组件40与传动连杆组件20可活动地相连接，驱动部10可驱动传动连杆组件20带动工作连杆组件40作业，控制部与驱动部10电连接，控制部通过控制驱动部10驱动传动连杆组件20在预设角度内动作，以使传动连杆组件20或工作连杆组件40中相连接的两个连杆的轴线不平行。

在本实施例中，通过控制部与驱动部电连接，控制部通过控制驱动部驱动传动连杆组件在预设角度内动作，以使传动连杆组件或工作连杆组件中相连接的两个连杆的轴线不平行。这样设置避免了机械手臂的连杆组件进入死地位置，防止了连杆组件中各连杆的干涉现象，提高了机械手臂的使用安全性和使用寿命。

在本实施例中，传动连杆组件20为多个，多个传动连杆组件20均与工作连杆组件40相连接，多个传动连杆组件20中的至少一个与驱动部10相连接。通过多个传动连杆组件20与工作连杆组件相连接，这样设置便于驱动部可精确的控制工作连杆组件，提高了作业精度。

进一步地，多个传动连杆组件20包括第一连杆组件21和第二连杆组件22，第一连杆组件21与驱动部10相连接，第二连杆组件22与驱动部10相连接，工作连杆组件40分别与第一连杆组件21和第二连杆组件22相连接，驱动部10可驱动第一连杆组件21或第二连杆组件22动作，当然也可以同时驱动第一连杆组件21和第二连杆组件22动作，以带动工作连杆组件40作业。这样设置便于驱动部可精确的控制工作连杆组件，提高了作业精度。

其中，工作连杆组件40包括多个连杆，多个连杆依次相铰接，第一连杆组件21和第二连杆组件22分别与多个连杆中的相邻的两个连杆分别相连接。通过控制工作连杆组件40的邻的两个连杆，可精确的控制工作连杆组件，提高了作业精度。

在本实施例中，工作连杆组件40包括第一连杆41、第二连杆42、第三连杆43、第四连杆44，第一连杆41的第一端与第一连杆组件21相连接，第二连杆42的第一端与第二连杆组件22相连接，第二连杆42的第一端与第一连杆41的第一端相铰接，第三连杆43的第一端与第二连杆42的第二端相铰接，第三连杆43上设置有工作部431，第四连杆44的第一端与第一连杆41的第二端相铰接，第四连杆44的第二端与第三连杆43的第二端相铰接，驱动部10可驱动第一连杆组件21或第二连杆组件22动作，当然也可以同时驱动第一连杆组件21和第二连杆组件22动作，以使第三连杆43带动工作部431在预设范围内作业。这样可精确的控制工作连杆组件，提高了作业精度，以使工作部431的工作面与水平面平行，便于机械手臂的作业。

在本实施例中，驱动部10包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部和第二驱动部分别与控制部电连接，第一驱动部的输出轴和第二驱动部的输出轴同轴线地设置，第一驱动部的输出轴与第一连杆组件21相连接，第二驱动部的输出轴与第二连杆组件22相连接，控制部通过第一驱动部控制第一连杆组件21在第一预设角度内运动，控制部通过第二驱动部控制第二连杆组件22在第二预设角度内运动。通过设置第一驱动部和第二驱动部来分别控制第一连杆组件21和第二连杆组件22，以便于进一步控制工作连杆组件40的邻的两个连杆，可精确的控制工作连杆组件，提高了作业精度。

进一步地，机械手臂包括基座，驱动部10与基座相连接，第一连杆组件21包括第五连杆213、第六连杆214、第七连杆212和第八连杆211，第五连杆213的第一端与第一驱动部相连接，第一驱动部可驱动第五连杆213位于第一位置和第二位置，第五连杆213可在第一位置和第二位置之间移动，第六连杆214的第一端与基座固连，第五连杆213的第一端与第六连杆214的第一端可转动地相连接，第七连杆212的第一端与第六连杆214的第二端铰接，第八连杆211的第一端与第七连杆212的第二端铰接，第八连杆211的第二端与第五连杆213的第二端相铰接，第八连杆211的第二端与第一连杆41的第一端固连。其中，第五连杆213、第六连杆214、第七连杆212和第八连杆211围设形成平行四边形连杆机构。第六连杆214的第一端与基座固连，这样设置便于给第一连杆组件21提供一个固定基础。另外，第一位置为第一驱动部沿逆时针方向驱动第五连杆213可到达的边界位置，第二位置为第一驱动部沿顺时针方向驱动第五连杆213可到达的边界位置。

如图1所示，第八连杆211的轴线与第一连杆41轴线具有角度地设置，第八连杆211的第一端与第一连杆41的第二端之间设置有加强梁。这样设置便于改变工作连杆组件40的作业方向，提高了机械手臂的横向作业范围。加强梁的设置也提高了第八连杆211的第一端与第一连杆41的第二端之间连接的稳定性，便于第一连杆组件21和第二连杆组件22更稳定的控制工作连杆组件。

在本实施例中，第二连杆组件22包括第九连杆221、第十连杆222、第十一连杆223，第十连杆222的第一端与第九连杆221的第一端相铰接，第十连杆222的第二端与第五连杆213的第二端相铰接，第十连杆222的第二端与第二连杆42的第一端相连接，第十一连杆223的第一端与第二驱动部相连接，第十一连杆223的第二端与第九连杆221的第二端相铰接，第二驱动部可驱动第十一连杆223位于第三位置或第四位置，第十一连杆223可在第三位置和第四位置之间移动。其中，第三位置为第二驱动部逆时针驱动第十一连杆223到达的极限位置，第四位置为第二驱动部顺时针驱动第十一连杆223到达的极限位置。

根据本发明的另一方面，提供了一种机械手臂的控制方法，方法用于控制上述实施例的机械手臂，方法包括以下步骤：

输入指令，通过控制部输入多个传动连杆组件20的目标角度；

系统判断，控制部判断多个目标角度是否在预设角度范围内，当多个目标角度在预设角度范围内时，控制部控制驱动部作业，当目标角度不在预设角度范围内时，控制部控制驱动部停止作业，以避免传动连杆组件20或工作连杆组件40中相连接的两个连杆的轴线平行。

进一步地，当第五连杆213与第十一连杆223垂直时为零位位置，此时第五连杆213位于第一基准位置，第十一连杆223位于第二基准位置，第一驱动部可驱动第五连杆213由第一基准位置转动目标角度α，第二驱动部可驱动第十一连杆223由第二基准位置转动目标角度β，其中，第五连杆213或第十一连杆223顺时针转动角度的数值为正，逆时针转动角度的竖直为负。

另外，在系统判断过程中还包括：当α∈(α1，α2)，β∈(β1，β2)，α－β∈[-γ1，γ2]时，控制部控制第一驱动部和/或第二驱动部以使工作部431正常作业；其中，第五连杆213由第一基准位置转动至第一位置的角度为α1，第五连杆213由第一基准位置转动至第二位置的角度为α2，第十一连杆223由第二基准位置转动至第三位置的角度为β1，第十一连杆223由第二基准位置转动至第四位置的角度为β2，当第五连杆213与第十一连杆223垂直时，第十一连杆223和第五连杆213之间的夹角为γ1，第十连杆222和第五连杆213之间的夹角为γ2。当或者，或者，时，控制部控制第一驱动部和第二驱动部停止作业，当目标角度不在预设角度范围内时，控制部控制报警装置进行报警作业。在实际操作中，γ1和γ2的取值均偏小，这样设置可避免机械限位的碰撞。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。