CN102049775A

CN102049775A - 力伺服控制的电动机械手

Info

Publication number: CN102049775A
Application number: CN2009102097227A
Authority: CN
Inventors: 陈强
Original assignee: Shanghai New Tronics M&E Co Ltd
Current assignee: Shanghai New Tronics M&E Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-11

Abstract

一种力伺服控制的电动机械手，包括带有装吊手的机械手本体，控制手以及与控制手连接的力反馈控制系统；所述控制手包括至少一个拉压力传感器；所述力反馈控制系统包括至少一个力伺服控制器，至少一个驱动器和至少一个电动机。所述控制手内的拉压力传感器接受控制力的信号后传送给力反馈控制系统内的力伺服控制器，力伺服控制器根据控制力的大小和方向，启动驱动器，驱动器驱动电动机带动机械手本体运动，随之吊于机械手本体上装吊手上的被吊件按照力伺服控制器控制的速度和方向运动。拉压力传感器能实时反应出操作者对电动机械手的控制要求，使电动机械手像操作者自己的手一样动作，具有定位准确，反应灵敏，运动平稳，无冲击抖动的特点。

Description

力伺服控制的电动机械手

技术领域

本发明涉及一种电动机械手，特别是涉及一种通过力伺服控制的电动机械手。

背景技术

目前在工业生产中半自动或手动机械手的应用非常广泛，现有的机械手的主要控制方式有：根据工作路径预先编制好控制机械手运动部分的程序，使用时按照编制好的程序执行，自动实现相应的运动要求。其它部分或全部采用手动控制方式。现有的机械手手动控制大多采用按钮来进行升降或行走方向等的运动控制，按钮控制通常只有单速或双速，这种结构不能满足工业控制中对精确定位和快速移动的要求，而且操作非常不便；另外也有采用电位器来控制机械手运动速度的方式，但存在着机械传动误差较大，寿命有限，无法实时快速响应的缺点。因此，现有控制方式的机械手均不能够实时反应出人对机器的实时移动的要求，无法满足操作者对于机械手实时快速响应和实时反映操作意图的要求，严重影响操作性能，同时控制机械手的运动费力费时。

发明内容

本发明的目的是提供一种力伺服控制的电动机械手，能够实时对操作者的操作作出反应，能够实时控制机械手的动作，定位比较准确，反应比较灵敏，能够满足工业控制中对精确定位和快速移动的要求。

本发明为了达到上述的目的，所采取的技术方案是：

提供一种力伺服控制的电动机械手，包括带有装吊手的机械手本体，控制手以及与控制手连接的控制机械手本体的力反馈控制系统；所述控制手包括至少一个拉压力传感器；所述力反馈控制系统包括至少一个力伺服控制器，至少一个驱动器和至少一个电动机；所述控制手内的拉压力传感器接受控制力的信号后传送给力反馈控制系统内的力伺服控制器，力伺服控制器根据控制力的大小和方向，启动驱动器，驱动器驱动电动机带动机械手本体运动，随之吊于机械手本体上装吊手上的被吊件按照力伺服控制器控制的速度和方向运动。

本发明的力伺服控制的电动机械手效益显著。

●如上述本发明的结构，因为本发明包括控制手，操作者通过控制手内的拉压力传感器输入控制指令。当操作者触碰拉压力传感器的受力点时，拉压力传感器立即将触碰产生的力转换成相应的电信号，传送给力反馈控制系统中的力伺服控制器，力伺服控制器根据该信号的大小和方向去启动驱动器，驱动器驱动电动机按照该信号的大小和方向转动，并(通过传动装置)带动机械手本体运动，使其吊于装吊手上的被吊件按照要求送到位置。所以操作者通过控制手实时控制力反馈控制系统达到操作者的操作意图，使所述电动机械手成为操作者自己的手一样动作。因此其运动能实时反应出操作者对电动机械手的控制要求，满足工业控制中对精确定位和快速移动的需要，并且解决了操作不便，控制费时费力，操作性能低下的弊端，大大降低了操作者的劳动强度。

●如上述本发明的结构，因为本发明包括力反馈控制系统，通过力反馈控制系统内的力伺服控制器接受控制手输入的控制信号，它根据操作者在控制手的拉压力传感器上施加的力的大小和方向实时输出控制信号给驱动器，驱动器驱动电动机工作，电动机带动机械手本体运作。所以力反馈控制系统使电动机械手在控制中具有定位准确，反应灵敏，响应快，无滞后，运动平稳，无冲击抖动的优点。既解决了现有技术中按钮式控制的传统机械手需要反复点动按钮控制中存在的定位困难问题，又解决了采用电位器控制的传统机械手由于机械传动和磨损造成的定位不准以及响应存在滞后的问题。

●如上述本发明的结构，因为本发明电动机械手中的力反馈控制系统与控制手的连接可以是电连接，或者是通讯连接，即控制手可以灵活的选择安装位置。当需要在一些不适合操作人员进入的工作现场使用电动机械手实施吊装作业时，操作者能够在远离工作现场通过控制手远程输入控制指令，即通过无线发射传送给力反馈控制系统，控制电动机械手的动作，提高了操作者在使用时的安全系数，保障人身及设备的安全。

附图说明

图1是本发明力伺服控制的电动机械手一实施例的结构示意图；

图2是本发明电动机械手的控制手和力反馈控制系统一实施例的结构示意图；

图3是本发明电动机械手中安装有控制手柄的控制手一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明力伺服控制的电动机械手的结构特征。

图1是本发明力伺服控制的电动机械手一实施例的结构示意图。如图1所示，本发明力伺服控制的电动机械手，包括带有装吊手4的机械手本体1，控制手3以及与控制手3连接的控制机械手本体1的力反馈控制系统2；

如图1所示，在本实施例中，所述机械手本体1包括传动装置101，与传动装置101连接的本体回转关节102，连接于本体回转关节102上的主臂103，与主臂103连接的前臂104，连接于前臂104顶端上的手回转关节105，所述装吊手4连接于手回转关节105上。

如图1所示，在本实施例中，控制手3安装于前臂104顶端上。

所述装吊手4是吊具或是吸盘或是抓具或是夹具。如图1所示，在本实施例中，装吊手是吊具。

如图1所示，在本实施例中，所述传动装置101包括电机蜗轮蜗杆传动副，齿轮减速传动副和齿轮齿条；或丝杆螺母传动副等将电机的旋转运动转换为直线运动。

如图1所示，所述控制手3内包括至少一个拉压力传感器303，还包括与拉压力传感器303输出端电连接的放大器301；还包括置于拉压力传感器303受力点上的控制手柄302。

图2是本发明电动机械手的控制手和力反馈控制系统一实施例的结构示意图。所述控制手3内包括至少一个拉压力传感器303；可以在上下、左右、前后各方向上安装拉压力传感器303。如图2所示，在本实施例中，所述拉压力传感器303位于三维方向上的3个拉压力传感器303，分别采集施加在拉压力传感器303上的前后、左右、上下方向上的作用力。

所述控制手3内包括与拉压力传感器303输出端电连接的放大器301。其放大器301将拉压力传感器303的输出电信号放大后，输出到力反馈控制系统2。

在本实施例中，所述拉压力传感器303采用的是由上海天沐自动化仪表有限公司提供的称重传感器，型号为NS-TH5系列，配置有经过定标的放大器301，能够在受到拉力和压力时都线性输出成比例的电信号。

所述力反馈控制系统2内包括至少一个力伺服控制器，至少一个驱动器和至少一个电动机。如图2所示，在本实施例中，所述力反馈控制系统2内包括一力伺服控制器201，一驱动器202和一电动机203；所述控制手3内的拉压力传感器303接受控制力的信号后传送给力反馈控制系统2内的力伺服控制器201，力伺服控制器201根据控制力的大小和方向，启动驱动器202，驱动器202驱动电动机203带动机械手本体1运动，随之吊于机械手本体1上装吊手4上的被吊件(或称工件，或称物料)按照力伺服控制器201控制的速度和方向运动。

所述力反馈控制系统2与控制手3的连接是电连接或是通讯连接。

所述控制手3内还包括连接于控制手3输出端的无线发射模块(图上无显示)；所述力伺服反馈系统2内包括连接于力伺服反馈系统2输入端的与控制手3内无线发射模块相对应的无线接收模块(图上无显示)。因此，力反馈控制系统2与控制手3的连接是通讯连接，则控制手3可以远离所述电动机械手的使用现场。

所述控制手3为了方便操作者碰触拉压力传感器，在控制手3内还包括安装于拉压力传感器303受力点上的控制手柄302。如图3所示，控制手柄302的一端安装于拉压力传感器303的受力点上。当操作者触动控制手柄302时，控制手柄302上的力传递给拉压力传感器303，拉压力传感器303将力的大小转换为微弱的电信号，力的方向转换为电信号的正与负，电压信号通过放大器301放大后传送给力伺服控制器201。

所述力反馈控制系统2内的力伺服控制器201是内部存有相对应驱动器202的开关信号(或称驱动器的开与关的开关量以及电压大小的模拟量)的可编程控制器。在本实例中，所述力伺服控制器201采用的是由上海天沐自动化仪表有限公司提供的四位测量显示控制仪，型号为NS-YB04，其内部存储有相对应驱动驱动器的开关信号(如0～+10V和0～-10V)和对应控制驱动器输出频率的控制器。

所述驱动器202是将电压信号变为频率信号的功率放大器。所述功率放大器可以是变频器或是伺服驱动器或是步进驱动器。在本实施例中，所述驱动器202采用的是安川电机公司提供的型号为VS-606V7的变频器。

所述电动机203可以是交或直流三相异步电动机或是伺服电动机或是步进电动机等。在本实例中，所述电动机203采用的是交流三相异步电动机。

在本实例中，所述机械手本体1采用的是由上海永乾机电有限公司提供的电动助力平衡吊，型号为EBC-75。如图1所示，机械手本体1为本发明电动机械手的机械部分，拉压力传感器303装在机械手本体1的前臂101顶端的箱型盒内，控制手柄302一端与拉压力传感器303连接，放大器301装在拉压力传感器303旁边并与拉压力传感器303通过电缆连接，放大器301输出端的电缆沿臂杆连接到力伺服控制器201(图上无显示)。力伺服控制器201和驱动器202安装在机械手本体1的主臂103下方的控制箱内。

如上述的结构，本发明力伺服控制的电动机械手的工作过程是：

当操作者触动控制手3内的控制手柄302时，即输入控制机械手动作的指令，与控制手柄302相连接的拉压力传感器303分别采集操作者施加在控制手柄302上的作用力的大小和方向，并转换成电信号。在本实施例中，3个拉压力传感器303分别采集前后、左右、上下三维方向上的作用力。采集到的(微弱)电信号送到放大器301分别进行放大。实现三维空间的运动控制。在本实施例中，若操作者对拉压力传感器303施加的是压力，则拉压力传感器303输出正电压信号，并由放大器301进行放大后，根据压力大小对应输出0～+10V的电压信号传送给力伺服控制器进行控制；若操作者对拉压力传感器303施加的是拉力，则拉压力传感器303输出负电压信号，并由放大器301进行放大后，根据拉力大小对应输出0～-10V的电压信号传送给力伺服控制器进行控制。

力伺服控制器201内部存有相对应驱动器202开关信号(0～+10V和0～-10V)和对应控制驱动器的输出频率。力伺服控制器201根据由控制手3上传来的包括前后、左右、上下三维方向上的电压控制信号，若控制手3中的放大器301输出为0～+10V的电压信号，则力伺服控制器201向驱动器202输出正向电压的开关信号，并根据放大器301输出的电压值输出控制对应的驱动器202的输出频率；若控制手3中的放大器301输出为0～-10V的电压信号，则力伺服控制器201向驱动器202输出反向电压的开关信号，并根据放大器301输出的电压值输出控制对应控制驱动器202的输出频率。这样，力伺服控制器201就将操作者在控制手3的控制手柄302上施加的力的大小和方向信号转换成为控制相应驱动器202工作的信号，传送给驱动器202。

当驱动器202接收到正向电压的开关信号时，是接通电动机的正转信号，并根据驱动器202输出的控制信号将电压信号转换成频率信号输出，控制电动机203的转速，即控制机械手本体1动作的快与慢；当驱动器202接收反向电压的开关信号时，是接通电动机的反转信号，并根据驱动器202输出的控制信号将电压信号转换成频率信号输出，控制电动机203的转速，即控制机械手本体1动作的快与慢。

由驱动器202输出的信号控制电动机203的正转/反转以及转速，通过机械手本体1的传动装置101，带动机械手本体1运动，随之吊于机械手本体1上装吊手4上的被吊件按照操作者由控制手3输入的速度和方向运动，完成吊装等作业。通过本发明电动机械手操作者都只需用很小的力，就可以轻松地移动几十至上百公斤重的物体。当操作者施加给控制手柄302上的力较小时，拉压力传感器303产生的电压也较小，就可以控制机械手缓慢的上升或下降实现精确定位，满足装配及移动精密和贵重的设备仪器等高精度作业的要求。当施加给控制手柄302上的力逐渐增大时，则拉压力传感器303产生的电压也相应逐渐增大，这样就可以控制机械手快速的上升或下降，缩短工作时间，节约时间和成本。同时在快慢速变化中，由于操作者施加给拉压力传感器303的力是逐渐增加或减小的，所以运动很平稳，没有可见冲击力，可以很好的保护移动的物体。

本发明如上述的结构，所述控制手3内包括连接于输出端的无线发射模块；所述力伺服反馈系统2内包括连接于输出端的与控制手3内无线发射模块相对应的无线接收模块。当需要在一些不适合操作人员进入的工作现场，使用本发明电动机械手实施吊装作业时，操作者通过控制手内的控制手柄302和拉压力传感器303输入控制信号，经过放大器301放大后，通过无线发射模块传输给力反馈控制系统3，力反馈控制系统3通过相对应的无线接收模块接收控制信号，并传送给力伺服控制器201，力伺服控制器201输出控制信号给驱动器202，驱动器控制电动机203带动机械手本体1动作，执行吊装等作业。所以本发明的控制手可以远离作业现场，因此提高了操作者的安全系数，保障了人身及设备的安全。

Claims

1.一种力伺服控制的电动机械手，包括带有装吊手的机械手本体，其特征在于包括：控制手以及与控制手连接的控制机械手本体的力反馈控制系统；所述控制手包括至少一个拉压力传感器；所述力反馈控制系统包括至少一个力伺服控制器，至少一个驱动器和至少一个电动机；所述控制手内的拉压力传感器接受控制力的信号后传送给力反馈控制系统内的力伺服控制器，力伺服控制器根据控制力的大小和方向，启动驱动器，驱动器驱动电动机带动机械手本体运动，随之吊于机械手本体上装吊手上的被吊件按照力伺服控制器控制的速度和方向运动。

2.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述力反馈控制系统与控制手的连接是电连接或是通讯连接。

3.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述控制手内还包括与拉压力传感器输出端电连接的放大器。

4.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述控制手内还包括连接于控制手输出端的无线发射模块。

5.根据权利要求1或4所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述力伺服反馈系统内还包括连接于力伺服反馈系统输入端的与控制手内无线发射模块相对应的无线接收模块。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述控制手内还包括安装于拉压力传感器受力点上的控制手柄。

7.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述力反馈控制系统内的力伺服控制器是内部存有相对应启动驱动器开关信号的可编程控制器。

8.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述驱动器是将电压信号变为频率信号的功率放大器。

9.根据权利要求1所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述机械手本体包括传动装置，与传动装置连接的本体回转关节，连接于本体回转关节上的主臂，与主臂连接的前臂，连接于前臂顶端上的手回转关节，所述装吊手连接于手回转关节上。

10.根据权利要求1或9所述的力伺服控制的电动机械手，其特征在于所述装吊手是吊具或是吸盘或是抓具或是夹具。