CN105500385A - 机械手臂的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手臂的控制方法，其包括步骤：驱动杆件沿着手臂构件同步运动；获取机械手臂的当前位置并判断该当前位置与预设位置是否相符；若是，锁定该杆件的位置；若否，驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。本发明实施方式的机械手臂的控制方法，对杆件进行同步控制，减少了杆件的控制复杂度，因而也能够提高杆件的控制精度及降低杆件的控制成本，该机械手臂的控制方法可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

Description

机械手臂的控制方法

技术领域

本发明涉及于机器人领域，更具体而言，涉及一种机械手臂的控制方法。

背景技术

目前，在多连杆驱动控制技术中，动力驱动系统主要包括液压驱动和电驱动两种。一般地，大型工程机械的驱动大多采用液压驱动系统以承担大载荷，但是由于液压驱动采用液体压力变化进行传动，在整个传动过程中各个环节均会产生巨大的能量损耗，导致实际传动效率低，能耗巨大。

而采用电驱动系统(如伺服驱动系统)用于多连杆结构在工业机器人领域是目前的主流。这种多连杆机器人的控制驱动方式虽然成为现在工业机器人的主流，但是其系统复杂，故并不适合于一些小运行空间、低成本要求、可能需要人机共处于同一操作范围、维护方便、控制方法简单的场合。

发明内容

本发明实施方式旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施方式需要提供一种机械手臂的控制方法。

本发明实施方式提供一种机械手臂的控制方法。该机械手臂包括两个手臂构件以及杆件，该两个手臂构件转动连接，该杆件的两端分别与该两个手臂构件活动连接并用于分别沿该两个手臂构件的轴向运动以带动该机械手臂开合。该机械手臂的控制方法包括步骤：

驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

获取该机械手臂的当前位置并判断该当前位置与预设位置是否相符；

若是，锁定该杆件的位置；

若否，驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

本发明实施方式的机械手臂的控制方法，对杆件进行同步控制，减少了杆件的控制复杂度，因而也能够提高杆件的控制精度及降低杆件的控制成本，该机械手臂的控制方法可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

在某些实施方式中，所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

利用伺服驱动系统驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

利用该伺服驱动系统驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

在某些实施方式中，该伺服驱动系统包括电机、传动装置及位置传感器，该传动装置连接该电机及每个该杆件，该电机用于驱动该传动装置带动该杆件运动，该位置传感器用于检测该电机的实时运动状态；

所述锁定该杆件的位置，包括步骤：

锁定与该杆件对应连接的该电机的位置以锁定该杆件的位置。

在某些实施方式中，该位置传感器为增量式编码器或绝对值编码器。

在某些实施方式中，该传动装置包括丝杆结构及滑块，或皮带模组及滑块，该丝杆结构连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件，或该皮带模组连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件；

所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

该电机通过该丝杆结构或该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

该电机通过该丝杆结构或该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

在某些实施方式中，该杆件包括四杆件机构。

在某些实施方式中，该四杆件机构包括贝内特机构。

在某些实施方式中，该滑块作为该贝内特机构的连接基础，使该四杆件机构的两两单杆具有相互制约的运动关系。

在某些实施方式中，所述获取该机械手臂的该当前位置，包括步骤：

获取该机械手臂所呈的角度，并以此判断该当前位置与该预设位置是否相符。

在某些实施方式中，所述获取该机械手臂所呈的角度，包括：

利用绝对值编码器检测并获取该机械手臂所呈的角度。

在某些实施方式中，该机械手臂包括串联或并联的多个该杆件或多个杆件组，该机械手臂的控制方法包括：

驱动串联或并联的多个该杆件或多个该杆件组中的若干个该杆件、或若干个该杆件组、或全部该杆件，或全部该杆件组运动。

在某些实施方式中，机械手臂的控制方法，还包括步骤：

判断该杆件或该杆件组是否需要运动；

若否，锁定该杆件或该杆件组的位置；

若是，驱动该杆件或该杆件组沿着该手臂构件同步运动。

在某些实施方式中，该杆件包括单杆机构或者多杆件机构。

在某些实施方式中，该多杆件机构包括两杆件机构、三杆件机构或者四杆件机构。

在某些实施方式中，该四杆件机构包括贝内特机构。

本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明实施方式的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制方法的流程示意图；

图2是根据本发明较佳实施方式的驱动装置的结构示意图；

图3是根据本发明较佳实施方式的机械手臂所用的杆件机构的结构示意图；

图4是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制方法的又一流程示意图；

图5是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的模块示意图；

图6是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的另一模块示意图；

图7是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的再一模块示意图；

图8是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的结构示意图；

图9是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的又一模块示意图；

图10是根据本发明较佳实施方式的机械手臂所用的杆件机构的结构示意图；

图11是根据本发明较佳实施方式的机械手臂的控制系统的又再一模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；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。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参图1，本发明较佳实施方式提供一种机械手臂的控制方法。该机械手臂包括两个手臂构件以及杆件，该两个手臂构件转动连接，该杆件的两端分别与该两个手臂构件活动连接并用于分别沿该两个手臂构件的轴向运动以带动该机械手臂开合。该机械手臂例如是过冗余机械手臂。

该机械手臂的控制方法包括步骤：

S11，驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

S12，获取该机械手臂的当前位置并判断该当前位置与预设位置是否相符；

若是，S13，锁定该杆件的位置；

若否，S14，驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

上述机械手臂的控制方法，对杆件进行同步控制，减少了杆件的控制复杂度，因而也能够提高杆件的控制精度及降低杆件的控制成本，该机械手臂的控制方法可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

较佳地，在某些实施方式中，所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

利用伺服驱动系统驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

利用该伺服驱动系统驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

因此，伺服驱动系统可以提供较高精度的位置、速度及力矩控制，以提高机械手臂的传动效率和控制精度，可以满足实际需求。

具体地，在某些实施方式中，请结合图2，该伺服驱动系统包括电机202、传动装置204及位置传感器206，该传动装置204连接该电机202及该杆件300，该电机202用于驱动该传动装置204带动该杆件300运动，该位置传感器206用于检测该电机202的实时运动状态。

所述锁定该杆件的位置，包括步骤：

锁定与该杆件300对应连接的该电机202的轴的位置以锁定该杆件300的位置。

具体地，电机202可为伺服电机。例如，可通过电机202内置的抱闸装置以及对电机202的控制，在杆件300需要静止、停止运动及稳定定位时，锁定电机202的轴的位置以提供对杆件300的锁定功能。

在某些实施方式中，该杆件300包括单杆机构或者多杆件机构。

进一步地，在某些实施方式中，该多杆件机构包括两杆件机构、三杆件机构或者四杆件机构。

更具体地，在某些实施方式中，该四杆件机构包括贝内特机构(Bennettsmechanism)。

例如，在图2所示的示例中，杆件300包括两杆件机构，两杆件机构包括活动连接的两个单杆302，其中一个单杆302活动连接其中一个手臂构件，另外一个单杆302活动连接另一个手臂构件。

也就是说，在图2所示的示例中，每个单杆302可对应于一个传动装置204、一个电机202及一个位置传感器206。这样，每个单杆302均带有独立的伺服驱动单元和传动机构，可独立运行。

两个单杆302之间通过铰链、滑轨等连接机构合为一体，以为两个单杆302之间的活动连接提供稳固、可靠的连接，保证在各单杆302的电机202停止运行时，整个机械手臂的各个部件之间不会因机构问题产生影响定位精度的相对运动，具有稳定的相对位置。

同时，驱动杆件300同步运动，杆件300每次运动的位置完全相同，借此通过高精度的同步运动控制以及每个单杆302之间的连接机构，提供机械手臂快速、稳定、大角度、高支撑力和推力的伸展运动。

另外，由于采用伺服电机作为关键动力部件，其高可靠性、高效率、高控制精度也提高了整机的可靠性，降低了整个机械手臂产生振动的可能，同时也可在伺服驱动系统中采用振动抑制功能，用于抑制共振。

在某些实施方式中，该位置传感器206为增量式编码器。电机202进行伺服控制必须有准确的位置反馈才可以正常运行，因此，增量式编码器是为了保证伺服电机可以稳定运行的基础，并提供电机202的实时运动状态。本发明的机械手臂的控制方法可采用普通的增量式编码器即可满足对电机202运动状态的侦测要求。这样不但降低了系统成本，而且，由于不再需要对绝对位置进行解算，也降低了控制方法的设计难度，具有开发维护简单、成本低等优势。当然，在其它实施方式中，该位置传感器206也可为绝对值编码器，以方便获取电机的实时运动状态。

在某些实施方式中，该传动装置204包括丝杆结构208及滑块210，该丝杆结构208连接该电机202及该滑块210，该滑块210活动地连接该杆件300。丝杆结构208可固定收容在对应的手臂构件中。在一个例子中，丝杆结构208可通过轴承固定在手臂构件中，这样也能保持丝杆结构208的可转动性。

所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

该电机202通过该丝杆结构208驱动该滑块210移动以驱动该杆件300沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

该电机202通过该丝杆结构208驱动该滑块210移动以驱动该杆件300同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

具体地，在图2所示的示例中，每个传动装置204对应连接一个单杆302，滑块210连接丝杆结构208并在丝杆结构208的驱动下沿丝杆结构208的长度方向运动。滑块210活动地连接单杆302的一端，在滑块210沿丝杆结构208运动时，滑块210带动单杆302的一端运动，进而使得与单杆302连接的一个手臂构件绕两个手臂构件的转动连接处转动，实现机械手臂的开合。

在某些实施方式中，该传动装置包括皮带模组及滑块，该皮带模组连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件；

所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

该电机通过该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

该电机通过该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

在本发明的实施方式中，传动装置304利用丝杆结构208或皮带模组可代替工业机器人所用的齿轮箱，极大降低了机械手臂的成本，可完全可以满足轻载荷场合应用，并且具有明显的成本优势。在某些实施方式中，请参图3，杆件包括四杆件机构400，特别地，四杆件机构包括贝内特机构时，该滑块210作为该贝内特机构的连接基础，使该四杆件机构400的两两单杆402具有相互制约的运动关系。

具体地，在贝内特机构中，四个单杆402连接形成四边形结构，在四边形结构的角落位置形成转动幅404，每个单杆402活动地连接转动幅404，其中，在位于对角线位置上的两个转动幅404中，其中一个转动幅404可与一个手臂构件上的滑块210固定连接，另一个转动幅404可与另一个手臂构件上的滑块210固定连接。

因此，杆件在同步运动时，电机202驱动丝杆结构208转动而带动滑块210运动，运动的滑块210带动四个单杆402运动。由于四个单杆402通过转动幅404连接，使得两两单杆402具有相互制约的运动关系。

在某些实施方式中，所述获取该机械手臂的该当前位置，包括步骤：

获取该机械手臂所呈的角度，并以此判断该当前位置与该预设位置是否相符。

具体地，由于两个手臂构件可转动地连接，因此，在某些实施方式中，机械手臂所呈的角度可以理解为两个手臂构件所张开的角度Φ。两个手臂构件所张开的角度Φ的大小决定了远离两个手臂构件的转动连接件的手臂构件末端的位置，进而决定了机械手臂的位置。

在某些实施方式中，所述获取该机械手臂所呈的角度，包括：

利用绝对值编码器212检测并获取该机械手臂所呈的角度。

具体地，在图2所示的示例中，绝对值编码器212可安装在两个手臂构件的转动连接处，并用于检测两个手臂构件所张开的角度Φ。以此角度数据作为杆件300同步控制的位置闭环，根据该角度数据结合机械手臂的具体位置，使传动装置204中滑块210的运行距离和张开的角度具有确定的、可根据三角函数公式进行计算的数学关系，而且对应一个确定的张开的角度Φ，滑块210所处位置具有唯一性、绝对性。

因此，本发明实施方式借助绝对位置编码器212用于实现绝对角度位置闭环，进而实现各电机202\滑块210绝对位置控制的控制方法，降低了总体成本，优化了控制系统，降低了控制开发难度。

在某些实施方式中，该机械手臂包括串联或并联的多个该杆件或多个杆件组，该机械手臂的控制方法包括：

驱动串联或并联的多个该杆件或多个该杆件组中的若干个该杆件、或若干个该杆件组、或全部该杆件，或全部该杆件组运动。

具体地，在一个示例中，请结合图2及图3，杆件组可包含4根杆件，图3中的上下两个转动幅404处分别与图2中的上下两个滑块210相连，如果以上下两个转动幅404的连接线作为分割线，那么左右两侧各有两根杆件402，分别形成两个杆件组，每个杆件组402以转动幅404为转动关节连接形成杆件链，以此为基础，每组形成杆件链的杆件402是串联连接，两个杆件组402为并联连接。

机械手臂可包括两个以上的手臂构件，手臂构件之间可转动地连接，杆件300的两端活动连接两个手臂构件。因此，两个手臂构件对应一个杆件300。

因此，可根据机械手臂的驱动情况，选择性地驱动所有杆件300中的一个、两个或两个以上的杆件运动，或驱动所有杆件运动。

另外，在控制设计时，可将两个或两个以上的杆件300作为一个杆件组，可根据机械手臂的驱动情况，选择性地驱动所有杆件组中的一个、两个或两个以上的杆件组运动，或驱动所有杆件组运动。定义杆件组可简化机械手臂的控制方法。

本发明实施方式的机械手臂，通过多个杆件串联或关联，或多个杆件组串联或关联，可更增加了机械手臂伸展的范围。

在某些实施方式中，请参图4，机械手臂的控制方法还包括步骤：

S21，判断该杆件或该杆件组是否需要运动；

若否，S22，锁定该杆件或该杆件组的位置；

若是，S23，驱动该杆件或该杆件组沿着该手臂构件同步运动。

具体地，在一些应用场合，并不是需要驱动所有杆件300或所有杆件组的运动来达成机械手臂的运行。因此，可根据机械手臂的运行情况，判断哪些杆件300或杆件组是否需要运动。对于无需运动的杆件300或杆件组，可锁定无需运动的杆件300或杆件组的位置。例如，可通过电机202内置的抱闸装置以及对电机202的控制，在杆件300或杆件组需要静止、停止运动及稳定定位时，锁定电机202的轴的位置以提供对杆件300或杆件组的锁定功能。可以理解，在图4所示的示例中，机械手臂的控制方法是以杆件300为例进行说明。

若杆件300或杆件组需要运动时，可利用以上实施方式的伺服驱动系统驱动杆件300或杆件组沿着手臂构件同步运动。

因此，在本发明实施方式中，在控制过程中，根据机械手臂的运行要求，对暂时不需要运动的杆件300或杆件组进行位置锁定，避免由于其他杆件300或杆件组运动导致相应的惯量变化，进而带来静止的杆件300或杆件组的微小位置变化，避免可能因此导致机械手臂的整体震动。

综上所述，本发明实施方式的机械手臂的控制方法，对杆件300进行同步控制，减少了杆件300的控制复杂度，因而也能够提高杆件300的控制精度及降低杆件的控制成本，该机械手臂的控制方法可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

进一步地，本发明实施方式的机械手臂的控制方法，提出了杆件300的实时同步控制，多个杆件300或杆件组的联合驱动控制，杆件300的定点锁定等控制方式，提高了机械手臂的控制精度及整机稳定程度。同时，本发明实施方式的机械手臂的控制方法，借助绝对值编码器212以实现绝对角度位置闭环，进而实现各电机202\滑块210绝对位置的控制，降低了机械手臂的总体成本，优化了控制方法，降低了控制开发难度。

请参图5，本发明较佳实施方式提供一种机械手臂的控制系统100。该机械手臂包括两个手臂构件502及杆件504，该两个手臂构件502转动连接，该杆件504的两端分别与该两个手臂构件502活动连接并用于分别沿该两个手臂构件502的轴向运动以带动该机械手臂开合，该机械手臂的控制系统100包括控制装置102及驱动装置104。

该控制装置102用于控制该驱动装置104驱动该杆件504沿着该手臂构件同步运动，该控制装置102用于获取该机械手臂的当前位置并判断该当前位置与预设位置是否相符。

若是，该控制装置102用于控制该驱动装置104锁定该杆件504的位置。

若否，该控制装置102用于控制该驱动装置104驱动该杆件504同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

上述机械手臂的控制系统，控制装置102对杆件504进行同步控制，减少了杆件504的控制复杂度，因而也能够提高杆件504的控制精度及降低杆件504的控制成本，该机械手臂的控制系统可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

较佳地，在某些实施方式中，请参图6，该驱动装置104包括伺服驱动系统106，该控制装置102用于控制该伺服驱动系统106驱动该杆件504沿着该手臂构件502同步运动，及用于控制该伺服驱动系统106驱动该杆件504同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

因此，伺服驱动系统106可以提供较高精度的位置、速度及力矩控制，以提高机械手臂的传动效率和控制精度，可以满足实际需求。

具体地，在某些实施方式中，请参图7及图8，该伺服驱动系统106包括电机108、传动装置110及位置传感器112，该传动装置110连接该电机108及该杆件504，该电机108用于驱动该传动装置110带动该杆件504运动，该位置传感器112用于检测该电机108的实时运动状态。

该控制装置102用于锁定与该杆件504对应连接的该电机108的轴的位置以锁定该杆件504的位置。

具体地，电机108可为伺服电机。例如，控制装置102可通过电机108内置的抱闸装置以及对电机108的控制，在杆件504需要静止、停止运动及稳定定位时，锁定电机108的轴的位置以提供对杆件504的锁定功能。

在某些实施方式中，该杆件504包括单杆机构或者多杆件机构。

进一步地，在某些实施方式中，该多杆件机构包括两杆件机构、三杆件机构或者四杆件机构。

更具体地，在某些实施方式中，该四杆件机构包括贝内特机构(Bennettsmechanism)。

例如，在图8所示的示例中，杆件504包括两杆件机构，两杆件机构包括活动连接的两个单杆506，其中一个单杆506活动连接其中一个手臂构件，另外一个单杆506活动连接另一个手臂构件。

也就是说，在图8所示的示例中，每个单杆506可对应于一个传动装置110、一个电机108及一个位置传感器112。这样，每个单杆506均带有独立的伺服驱动单元和传动机构，可独立运行。

两个单杆506之间通过铰链、滑轨等连接机构合为一体，以为两个单杆506之间的活动连接提供稳固、可靠的连接，保证在各单杆506的电机108停止运行时，整个机械手臂的各个部件之间不会因机构问题产生影响定位精度的相对运动，具有稳定的相对位置。

同时，控制装置102控制电机108驱动杆件504同步运动，杆件504每次运动的位置完全相同，借此通过高精度的同步运动控制以及每个单杆506之间的连接机构，提供机械手臂快速、稳定、大角度、高支撑力和推力的伸展运动。

另外，由于采用伺服电机作为关键动力部件，其高可靠性、高效率、高控制精度也提高了整机的可靠性，降低了整个机械手臂产生振动的可能，同时也可在伺服驱动系统中采用振动抑制功能，用于抑制共振。

在某些实施方式中，该位置传感器112为增量式编码器。电机108进行伺服控制必须有准确的位置反馈才可以正常运行，因此，增量式编码器是为了保证伺服电机可以稳定运行的基础，并提供电机108的实时运动状态。本发明的机械手臂的控制系统100可采用普通的增量式编码器即可满足对电机108运动状态的侦测要求。这样不但降低了系统成本，而且，由于不再需要对绝对位置进行解算，也降低了控制方法的设计难度，具有开发维护简单、成本低等优势。当然，在其它实施方式中，该位置传感器112也可为绝对值编码器，以方便获取电机的实时运动状态。

在某些实施方式中，请参图9，该传动装置110包括丝杆结构114及滑块116，该丝杆结构114连接该电机108及该滑块116，该滑块116活动地连接该杆件504。丝杆结构114可固定收容在对应的手臂构件中。在一个例子中，丝杆结构114可通过轴承固定在手臂构件中，这样也能保持丝杆结构114的可转动性。

该控制装置102用于控制该电机108通过该丝杆结构114驱动该滑块116移动以驱动该杆件504沿着该手臂构件502同步运动，及用于控制该电机108通过该丝杆结构114驱动该滑块116移动以驱动该杆件504同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

具体地，在图8及图9所示的示例中，每个传动装置110对应连接一个单杆506，滑块116连接丝杆结构114并在丝杆结构114的驱动下沿丝杆结构114的长度方向运动。滑块116活动地连接单杆506的一端，在滑块116沿丝杆结构114运动时，滑块116带动单杆506的一端运动，进而使得与单杆506连接的一个手臂构件502绕两个手臂构件502的转动连接处转动，实现机械手臂的开合。

在某些实施方式中，该传动装置包括皮带模组及滑块，该皮带模组连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件。

该控制装置用于控制该电机通过该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，及用于控制该电机通过该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

在本发明的实施方式中，传动装置110利用丝杆结构114或皮带模组可代替工业机器人所用的齿轮箱，极大降低了机械手臂的成本，可完全可以满足轻载荷场合应用，并且具有明显的成本优势。

在某些实施方式中，请参图10，杆件包括四杆件机构600，特别地，四杆件机构600包括贝内特机构时，该滑块116作为该贝内特机构的连接基础，使该四杆件机构600的两两单杆602具有相互制约的运动关系。

具体地，在贝内特机构中，四个单杆602连接形成四边形结构，在四边形结构的角落位置形成转动幅604，每个单杆602活动地连接转动幅604，其中，在位于对角线位置上的两个转动幅604中，其中一个转动幅604可与一个手臂构件502上的滑块116固定连接，另一个转动幅604可与另一个手臂构件502上的滑块116固定连接。

因此，杆件在同步运动时，电机108驱动丝杆结构114转动而带动滑块116运动，运动的滑块116带动四个单杆602运动。由于四个单杆602通过转动幅604连接，使得两两单杆602具有相互制约的运动关系。

在某些实施方式中，该控制装置102用于获取该机械手臂所呈的角度，并以此判断该当前位置与该预设位置是否相符。

具体地，由于两个手臂构件502可转动地连接，因此，在图8所示的示例中，机械手臂所呈的角度可以理解为两个手臂构件502所张开的角度θ。两个手臂构件502所张开的角度θ的大小决定了远离两个手臂构件502的转动连接件的手臂构件502末端的位置，进而决定了机械手臂的位置。

在某些实施方式中，请参图11，该机械手臂的控制系统100包括绝对值编码器118，该控制装置102连接该绝对值编码器118，该绝对值编码器118用于检测该机械手臂所呈的角度θ。

具体地，在图8所示的示例中，绝对值编码器118可安装在两个手臂构件502的转动连接处，并用于检测两个手臂构件502所张开的角度θ。以此角度数据作为杆件504同步控制的位置闭环，根据该角度数据结合机械手臂的具体位置，使传动装置110中滑块116的运行距离和张开的角度θ具有确定的、可根据三角函数公式进行计算的数学关系，而且对应一个确定的张开的角度θ，滑块116所处位置具有唯一性、绝对性。

因此，本发明实施方式借助绝对位置编码器118用于实现绝对角度位置闭环，进而实现各电机108\滑块116绝对位置控制的控制方法，降低了总体成本，优化了控制系统，降低了控制开发难度。

在某些实施方式中，该机械手臂包括串联或并联的多个该杆件504或多个杆件组。该控制装置102用于控制该驱动装置104驱动串联或并联的多个该杆件504或多个该杆件组中的若干个该杆件504、或若干个该杆件组、或全部该杆件504、或全部该杆件组运动。

具体地，在一个示例中，请结合图8及图10，杆件组可包含4根杆件，图10中的上下两个转动幅604处分别与图8中的上下两个滑块116相连，如果以上下两个转动幅604的连接线作为分割线，那么左右两侧各有两根杆件602，分别形成两个杆件组，每个杆件组602以转动幅604为转动关节连接形成杆件链，以此为基础，每组形成杆件链的杆件602是串联连接，两个杆件组602为并联连接。

机械手臂可包括两个以上的手臂构件502，手臂构件502之间可转动地连接，杆件504的两端活动连接两个手臂构件502。因此，两个手臂构件502对应一个杆件504。

因此，可根据机械手臂的驱动情况，选择性地驱动所有杆件504中的一个、两个或两个以上的杆件504运动，或驱动所有杆件504运动。

另外，在控制设计时，可将两个或两个以上的杆件504作为一个杆件组，可根据机械手臂的驱动情况，选择性地驱动所有杆件组中的一个、两个或两个以上的杆件组运动，或驱动所有杆件组运动。定义杆件组可简化机械手臂的控制方法。

本发明实施方式的机械手臂，通过多个杆件504串联或关联，或多个杆件组串联或关联，可更增加了机械手臂伸展的范围。

在某些实施方式中，该控制装置用于判断该杆件或该杆件组是否需要运动。

若否，该控制装置用于控制该驱动装置锁定该杆件或该杆件组的位置。

若是，该控制装置用于控制该驱动装置驱动该杆件或该杆件组沿着该手臂构件同步运动。

具体地，在一些应用场合，并不是需要驱动所有杆件504或所有杆件组的运动来达成机械手臂的运行。因此，可根据机械手臂的运行情况，控制装置判断哪些杆件504或杆件组是否需要运动。对于无需运动的杆件504或杆件组，控制装置102可锁定无需运动的杆件504或杆件组的位置。例如，控制装置102可通过电机108内置的抱闸装置以及对电机108的控制，在杆件504或杆件组需要静止、停止运动及稳定定位时，锁定电机108的轴的位置以提供对杆件504或杆件组的锁定功能。

若杆件504或杆件组需要运动时，可利用以上实施方式的伺服驱动系统驱动杆件504或杆件组沿着手臂构件同步运动。

因此，在本发明实施方式中，在控制过程中，根据机械手臂的运行要求，对暂时不需要运动的杆件504或杆件组进行位置锁定，避免由于其他杆件504或杆件组运动导致相应的惯量变化，进而带来静止的杆件504或杆件组的微小位置变化，避免可能因此导致机械手臂的整体震动。

综上所述，本发明实施方式的机械手臂的控制系统100，对杆件504进行同步控制，减少了杆件504的控制复杂度，因而也能够提高杆件504的控制精度及降低杆件504的控制成本，该机械手臂的控制系统100可适用于低成本要求及控制方法简单的轻载荷场合。

进一步地，本发明实施方式的机械手臂的控制系统100，提出了杆件504的实时同步控制，多个杆件504或杆件组的联合驱动控制，杆件504的定点锁定等控制方式，提高了机械手臂的控制精度及整机稳定程度。同时，本发明实施方式的机械手臂的控制系统100，借助绝对值编码器118以实现绝对角度位置闭环，进而实现各电机108\滑块116绝对位置的控制，降低了机械手臂的总体成本，优化了控制系统，降低了控制开发难度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施方式所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(移动终端)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施方式方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，所述程序在执行时，包括方法实施方式的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种机械手臂的控制方法，其特征在于，该机械手臂包括两个手臂构件以及杆件，该两个手臂构件转动连接，该杆件的两端分别与该两个手臂构件活动连接并用于分别沿该两个手臂构件的轴向运动以带动该机械手臂开合，该机械手臂的控制方法包括步骤：

驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

获取该机械手臂的当前位置并判断该当前位置与预设位置是否相符；

若是，锁定该杆件的位置；

若否，驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

2.如权利要求1所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

利用伺服驱动系统驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

利用该伺服驱动系统驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

3.如权利要求2所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该伺服驱动系统包括电机、传动装置及位置传感器，该传动装置连接该电机及每个该杆件，该电机用于驱动该传动装置带动该杆件运动，该位置传感器用于检测该电机的实时运动状态；

所述锁定该杆件的位置，包括步骤：

锁定与该杆件对应连接的该电机的位置以锁定该杆件的位置。

4.如权利要求3所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该位置传感器为增量式编码器或绝对值编码器。

5.如权利要求3所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该传动装置包括丝杆结构及滑块，或皮带模组及滑块，该丝杆结构连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件，或该皮带模组连接该电机及该滑块，该滑块活动地连接该杆件；

所述驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动，包括步骤：

该电机通过该丝杆结构或该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件沿着该手臂构件同步运动；

所述驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置，包括步骤：

该电机通过该丝杆结构或该皮带模组驱动该滑块移动以驱动该杆件同步运动使该机械手臂运动至该预设位置。

6.如权利要求5所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该杆件包括四杆件机构。

7.如权利要求6所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该四杆件机构包括贝内特机构。

8.如权利要求7所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该滑块作为该贝内特机构的连接基础，使该四杆件机构的两两单杆具有相互制约的运动关系。

9.如权利要求1所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，所述获取该机械手臂的该当前位置，包括步骤：

获取该机械手臂所呈的角度，并以此判断该当前位置与该预设位置是否相符。

10.如权利要求9所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，所述获取该机械手臂所呈的角度，包括：

利用绝对值编码器检测并获取该机械手臂所呈的角度。

11.如权利要求1所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该机械手臂包括串联或并联的多个该杆件或多个杆件组，该机械手臂的控制方法包括：

驱动串联或并联的多个该杆件或多个该杆件组中的若干个该杆件、或若干个该杆件组、或全部该杆件，或全部该杆件组运动。

12.如权利要求11所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

判断该杆件或该杆件组是否需要运动；

若否，锁定该杆件或该杆件组的位置；

若是，驱动该杆件或该杆件组沿着该手臂构件同步运动。

13.如权利要求1所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该杆件包括单杆机构或者多杆件机构。

14.如权利要求13所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该多杆件机构包括两杆件机构、三杆件机构或者四杆件机构。

15.如权利要求14所述的机械手臂的控制方法，其特征在于，该四杆件机构包括贝内特机构。