本技術(shù)涉及機(jī)器人，特別涉及一種機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置、關(guān)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于機(jī)器人操作的精細(xì)度的要求越來越高。靈巧手作為具身機(jī)器人與環(huán)境交互的末端執(zhí)行器，能夠賦予機(jī)器人接近人類的手部功能，使機(jī)器人能夠進(jìn)行精細(xì)操作，如抓取、組裝和維修。不僅增強(qiáng)了機(jī)器人的實(shí)用性和適應(yīng)性，還拓寬了其在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

2、目前，機(jī)器人機(jī)械手包括多個(gè)關(guān)節(jié)，通常通過電機(jī)直驅(qū)、連桿傳動(dòng)、齒輪/蝸輪蝸桿傳動(dòng)、氣/液壓傳動(dòng)、腱繩傳動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。腱繩傳動(dòng)式的繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人靈巧手以其慣性低、容易調(diào)整、質(zhì)量輕的交互性，成為較為常用的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式。

3、但是當(dāng)前的繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)械手中的關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性較低，導(dǎo)致機(jī)器人機(jī)械手的適用性較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置、關(guān)節(jié)系統(tǒng)及其控制方法?？梢越鉀Q現(xiàn)有技術(shù)的繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人靈巧手中的關(guān)節(jié)存在負(fù)載能力較低的問題，導(dǎo)致機(jī)器人靈巧手的適用性較低問題，所述技術(shù)方案如下：

2、根據(jù)本技術(shù)的一方面，提供了一種機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置，所述機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置包括：

3、固定底座、連接支座、多自由度支撐結(jié)構(gòu)、繩傳動(dòng)組件和驅(qū)動(dòng)組件；

4、所述固定底座與所述連接支座相對(duì)設(shè)置；

5、所述多自由度支撐結(jié)構(gòu)位于所述固定底座和所述連接支座之間，且兩端分別與所述固定底座和所述連接支座活動(dòng)連接；

6、所述繩傳動(dòng)組件分別與所述連接支座和所述驅(qū)動(dòng)組件連接；

7、所述驅(qū)動(dòng)組件被配置為：適于通過所述繩傳動(dòng)組件帶動(dòng)所述多自由度支撐結(jié)構(gòu)和所述連接支座活動(dòng)至預(yù)設(shè)位置，并使所述繩傳動(dòng)組件始終保持張緊狀態(tài)。

8、可選地，所述多自由度支撐結(jié)構(gòu)包括多個(gè)連接軸；

9、所述多個(gè)連接軸的第一端均與所述固定底座活動(dòng)連接，且環(huán)繞所述固定底座的中心排布，所述多個(gè)連接軸的第二端均與所述連接支座活動(dòng)連接，且環(huán)繞所述連接支座的中心排布；

10、任意兩個(gè)所述連接軸交叉排布。

11、可選地，所述連接軸包括連接的第一軸體和第二軸體，所述第一軸體背離所述第二軸體的一端與所述固定底座活動(dòng)連接，所述第二軸體背離所述第一軸體的一端與所述連接支座活動(dòng)連接；

12、所述第一軸體和所述第二軸體之間具有朝向其他所述連接軸的鈍角夾角。

13、可選地，所述繩傳動(dòng)組件包括繞繩件和環(huán)形繩體；

14、所述繞繩件中的一個(gè)繞繩件固定在所述固定底座上，另外一個(gè)繞繩件固定在所述連接支座上；

15、所述環(huán)形繩體纏繞在所述繞繩件上，且與所述驅(qū)動(dòng)組件連接。

16、可選地，所述繞繩件包括第一繞線柱和第二繞線柱；

17、所述第一繞線柱環(huán)繞所述固定底座分布，且與所述固定底座固定連接；

18、所述第二繞線柱環(huán)繞所述連接支座分布，且與所述連接支座固定連接；

19、所述環(huán)形繩體在所述第一繞線柱和所述第二繞線柱上纏繞多圈。

20、可選地，所述驅(qū)動(dòng)組件通過轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度以改變所述環(huán)形繩體的松緊度；

21、所述驅(qū)動(dòng)組件包括力矩電動(dòng)機(jī)、卷線輪和系線樁；

22、所述力矩電動(dòng)機(jī)和所述卷線輪連接；

23、所述系線樁固定安裝在所述卷線輪上，所述環(huán)形繩體具有繩結(jié)，所述繩結(jié)套設(shè)在所述系線樁上；

24、其中，所述力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述卷線輪轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)整所述環(huán)形繩體的松緊度。

25、可選地，所述固定底座包括第一環(huán)形支座，所述連接支座包括第二環(huán)形支座。

26、根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供了一種機(jī)械手的關(guān)節(jié)系統(tǒng)，所述機(jī)械手的關(guān)節(jié)系統(tǒng)包括：機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置和控制組件，所述機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置包括上述的機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置，所述控制組件與所述驅(qū)動(dòng)組件電連接；

27、所述控制組件中預(yù)存有第一關(guān)系表，所述第一關(guān)系表用于反映位置信息與轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述位置信息為以所述固定底座的中心為原點(diǎn)時(shí)所述連接支座的位置坐標(biāo)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)角度為所述驅(qū)動(dòng)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

28、所述控制組件用于根據(jù)獲取的目標(biāo)位置信息，從第一關(guān)系表中獲取與所述目標(biāo)位置信息對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并基于所述目標(biāo)位置信息對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)組件。

29、根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供了一種機(jī)械手的關(guān)節(jié)控制方法，用于上述的機(jī)械手的關(guān)節(jié)系統(tǒng)，所述方法包括：

30、所述控制組件獲取目標(biāo)位置信息；

31、所述控制組件從所述第一關(guān)系表中獲取與所述目標(biāo)位置信息對(duì)應(yīng)的所述驅(qū)動(dòng)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；

32、所述控制組件基于所述目標(biāo)位置信息對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)組件轉(zhuǎn)動(dòng)；

33、所述驅(qū)動(dòng)組件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)放松或者收緊所述繩傳動(dòng)組件；

34、所述繩傳動(dòng)組件被放松或者收緊時(shí)帶動(dòng)所述多自由度支撐結(jié)構(gòu)和所述連接支座活動(dòng)，并帶動(dòng)所述連接支座活動(dòng)至所述目標(biāo)位置信息對(duì)應(yīng)的位置；

35、所述控制組件控制所述驅(qū)動(dòng)組件停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

36、可選地，所述驅(qū)動(dòng)組件包括第一驅(qū)動(dòng)組件和第二驅(qū)動(dòng)組件，所述繩傳動(dòng)組件包括第一繩傳動(dòng)組件和第二繩傳動(dòng)組件，所述第一驅(qū)動(dòng)組件用于帶動(dòng)所述繩傳動(dòng)組件收緊，所述第二驅(qū)動(dòng)組件用于帶動(dòng)所述繩傳動(dòng)組件放松，以帶動(dòng)所述多自由度支撐結(jié)構(gòu)和所述連接支座活動(dòng)；

37、在所述控制組件控制所述驅(qū)動(dòng)組件停止轉(zhuǎn)動(dòng)之后，所述方法還包括：

38、所述控制組件控制所述第二驅(qū)動(dòng)組件反向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至所述第二驅(qū)動(dòng)組件和所述第一驅(qū)動(dòng)組件的轉(zhuǎn)矩均達(dá)到堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，停止轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二驅(qū)動(dòng)組件。。

39、本技術(shù)實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

40、1)本技術(shù)實(shí)施例提供了一種包括固定底座、連接支座、多自由度支撐結(jié)構(gòu)、繩傳動(dòng)組件和驅(qū)動(dòng)組件的機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置，由于多自由度支撐結(jié)構(gòu)的兩端分別與固定底座和連接支座活動(dòng)連接，因此，當(dāng)繩傳動(dòng)組件帶動(dòng)連接支座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，多自由度支撐結(jié)構(gòu)也可以發(fā)生傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，如此，能夠提升多自由度支撐結(jié)構(gòu)的活動(dòng)范圍和彎曲自由度，從而能夠提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的彎曲自由度。并且，驅(qū)動(dòng)組件能夠通過繩傳動(dòng)組件帶動(dòng)多自由度支撐結(jié)構(gòu)和連接支座活動(dòng)至預(yù)設(shè)位置，并使繩傳動(dòng)組件始終保持張緊狀態(tài)，以降低繩傳動(dòng)組件的松弛對(duì)傳動(dòng)精度的影響；也即是，驅(qū)動(dòng)組件在達(dá)到堵轉(zhuǎn)狀態(tài)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因此繩傳動(dòng)組件能夠始終處于張緊狀態(tài)，能夠提升驅(qū)動(dòng)組件通過繩傳動(dòng)組件帶動(dòng)連接支柱活動(dòng)的精度和穩(wěn)定性。

41、2)通過將多自由度支撐結(jié)構(gòu)中的多個(gè)連接軸傾斜且交叉設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)多自由度支撐結(jié)構(gòu)在多個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。

42、3)任意一個(gè)連接軸的第一軸體和第二軸體之間具有朝向其他連接軸的鈍角夾角。一方面，通過彎折多個(gè)連接軸，能夠避免多個(gè)連接軸在活動(dòng)的過程中互相干擾，另一方面，當(dāng)多自由度支撐結(jié)構(gòu)帶動(dòng)連接支座轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，多個(gè)連接軸的彎折位置處(也即是第一軸體和第二軸體的連接位置處)可以互相搭接，形成一個(gè)整體杠桿結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)多自由度支撐結(jié)構(gòu)的承載能力，提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的穩(wěn)定性。

43、4)驅(qū)動(dòng)組件在通過環(huán)形繩體拉動(dòng)多自由度支撐結(jié)構(gòu)和連接支座的過程中，可以通過雙股繩體共同傳力，提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的承載能力。并且，由于環(huán)形繩體在與驅(qū)動(dòng)組件固定連接的同時(shí)，還纏繞在繞繩件上，因此可以將環(huán)形繩體拉動(dòng)多自由度支撐結(jié)構(gòu)和連接支座時(shí)產(chǎn)生的承載力，分散到環(huán)形繩體的多個(gè)位置處，該多個(gè)位置處可以包括環(huán)形繩體與驅(qū)動(dòng)組件的連接位置，以及環(huán)形繩體與繞繩件的連接位置處，如此，可以減少環(huán)形繩體上的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提升環(huán)形繩體的承載能力，進(jìn)而提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的承載能力。

44、5)通過將環(huán)形繩體纏繞在不轉(zhuǎn)動(dòng)的第一繞線柱和第二繞線柱上，相較于相關(guān)技術(shù)中的滑輪，可以減小安裝間隙帶來的誤差，從而能夠提升轉(zhuǎn)動(dòng)軸機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)精度。并且，環(huán)形繩體和繞繩件的接觸面較為光滑，以在環(huán)形繩體與繞繩件發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程，減小環(huán)形繩體和繞繩件之間的摩擦力，降低驅(qū)動(dòng)能量損耗。

45、6)力矩電動(dòng)機(jī)能夠獲取自身的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而判斷自身是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。環(huán)形繩體上的繩結(jié)可以套設(shè)在系線樁上，以實(shí)現(xiàn)環(huán)形繩體和驅(qū)動(dòng)組件的防脫連接方式。

46、7)第一環(huán)形支座和第二環(huán)形支座均可以呈中空結(jié)構(gòu)，可以降低線束組件在關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)多自由度支撐結(jié)構(gòu)和連接支座的干擾，還能夠提升線束組件的整齊美觀程度，從而提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性和美觀程度。

47、8)控制組件中預(yù)存有第一關(guān)系表，第一關(guān)系表用于反映位置信息與轉(zhuǎn)動(dòng)角度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，控制組件通過查表法控制驅(qū)動(dòng)組件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，可以提升機(jī)械手的關(guān)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行精度。

48、9)可以通過反向轉(zhuǎn)動(dòng)至少一個(gè)力矩電機(jī)，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置在運(yùn)動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的預(yù)緊變化帶來的控制精度下降，可以提高機(jī)械手的關(guān)節(jié)裝置系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。