CN112587246A - 自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法 - Google Patents

自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法，自平衡调节支撑平台包括：至少三个用于支撑所述支撑平台并通过其对应电机控制升降的脚撑；控制模块，用于控制各电机转停并实时获取各电机电流。本发明基于电流反馈的自平衡调节支撑平台结构简单，可靠性高，仅依靠接近传感器可以实现自动调节平衡，同时减小电动支撑模组的体积尺寸。

Description

自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法。
背景技术
随着科技的发展，越来越多的各类手术设备被用来辅助医生进行相关的手术工作。辅助设备通常都很重，普遍在底座底部部分安装具有脚刹的脚轮，不仅方便转运，还能通过脚轮的刹车锁定设备位置，保障了辅助设备的稳定性。部分设备底部还设有支撑装置把设备支撑起来，但这种装置通常无法保证设备的稳定性和平衡性。一般对于尺寸比较小的设备采用四点调平系统，现有的调平结构普遍可靠性差、不稳固，或是采用压力传感器等机构，控制方法比较复杂，对于医用设备来说，可靠性不足，风险高，无法给手术设备提供可靠稳定的支撑平台。
其次，常用的支撑装置对于工作地面的平整性要求较高，对于地面不平整的工作环境，操作人员如想将设备支撑稳固平衡，需要自行手动调整支撑底座，这在实际使用过程操作比较繁琐，而且可靠性不高。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提供一种自平衡调节支撑平台、机器人及自平衡调节方法，结构简单，可靠性高。
技术方案：
一种自平衡调节支撑平台，包括：
至少三个用于支撑所述支撑平台并通过其对应电机控制升降的脚撑；
控制模块，用于控制各电机转停并实时获取各电机电流。
所述脚撑还包括升降组件，所述电机通过驱动所述升降组件实现所述脚撑升降。
所述升降组件包括丝杆以及与所述丝杆螺纹配合的升降块。
在所述丝杆设有从动齿轮，与所述从动齿轮啮合有驱动齿轮，所述电机的电机轴与所述驱动齿轮固定连接。
在所述从动齿轮侧还设有通过识别所述从动齿轮的齿进而识别所述从动齿轮转速及转动角度的转速检测传感器。
在所述丝杆外设置有外筒，在所述升降块的侧壁上开设有轴向的长槽缺口，在所述外筒内侧壁下端与所述长槽缺口相对应处安装有堵头，通过所述堵头与所述长槽缺口配合限制所述升降块的旋转运动及其伸出所述外筒的长度。
所述支撑平台还包括用于检测所述脚撑位移量的检测传感器，所述检测传感器将所述脚撑位移量反馈至控制模块，并在所述脚撑回缩至预设阈值时，控制模块控制相应电机停止。
所述升降组件包括竖直滑动安装的齿形杆以及与所述齿形杆配合安装的升降齿轮，所述升降齿轮与所述电机的电机轴固定连接，并通过所述电机驱动转动。
在所述升降齿轮侧还设有通过识别所述升降齿轮的齿进而识别所述升降齿轮的转速及转动角度的转速检测传感器。
一种采用前述自平衡调节支撑平台的机器人。
一种采用前述自平衡调节支撑平台的自平衡调节方法，包括步骤：
(1)所述控制模块同时驱动所有电机转动，控制所有脚撑伸出；
(2)当其中一个脚撑接触地面时，所述控制模块实时获取其电机内的电流，当其电机内的电流大于该电机预设阈值时，控制其电机停止；
(3)重复步骤(2)直至所有电机均停止。
在所有电机停止，即所有脚撑均接触地面后，所述控制模块同步所有电机的速度调节，控制所述电机继续转动，直至所有脚撑伸出距离达到预设定参数，则控制模块控制所有电机停止，并上报支撑平衡完成。
在所有脚撑伸出距离达到预设定参数时，所述控制模块获取各电机电流，并判断各电机电流是否均大于等于其内对应的预设定平衡值，若是，则控制模块控制所有电机停止，并上报支撑平衡完成；若否，则控制模块上报故障。
有益效果：本发明基于电流反馈的自平衡调节支撑平台结构简单，可靠性高，仅依靠接近传感器可以实现自动调节平衡，同时减小电动支撑模组的体积尺寸。同时，当地面不平(有凸起、凹坑等)，本发明均可以实现对台车的自适应调平衡，保证台车的稳定性，以保证台车的正常使用。
附图说明
图1为装设本发明支撑平台的整机结构图。
图2为本发明的支撑平台图。
图3为本发明的电动支撑模组剖视图。
图4为本发明的电动支撑模组轴测图。
图5为本发明的电动支撑模组内部结构示意图。
图6为本发明的控制流程图。
其中，1.电动支撑模组，2.齿轮箱盖，3.从动齿轮，4.轴承，5.齿轮箱，6.螺母，7.丝杠，8.内筒，9.外筒，10.端部法兰，11.脚撑，12.堵头，13.电机总成，14.驱动齿轮,15.回缩检测传感器，16.转接件，17.转速检测传感器，20.机器人整机，21.底盘组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为装设本发明支撑平台的整机结构图。如图1所示，包括机器人整机20及支撑平台，在机器人整机20内安装有内部电源及控制模块。如图2所示，支撑平台包括底盘组件21以及安装在底盘组件21四角处的电动支撑模组1；进一步地，在底盘组件21的四角处对称开设有支撑孔，在支撑孔内均固定安装有电动支撑模组1，实现四点的支撑。
图3为本发明的电动支撑模组剖视图，如图3所示，电动支撑模组1包括齿轮箱盖2、从动齿轮3、轴承4、齿轮箱5、螺母6、丝杠7、内筒8、外筒9、端部法兰10、脚撑11、堵头12、电机总成13以及驱动齿轮14；其中，电机总成13通过螺钉固定安装在齿轮箱5下端面的齿轮端盖上，电机总成13与机器人整机20内的控制模块连接，并通过控制模块控制；控制模块实时获取电机总成13的电流；驱动齿轮14设置于齿轮箱5内，并固定安装于电机总成13的输出轴上，随输出轴旋转；在齿轮箱5内通过轴承4转动安装有丝杆7，在丝杆7上端固定安装有从动齿轮3，从动齿轮3与驱动齿轮14啮合，并通过驱动齿轮14驱动从动齿轮3旋转，进而带动丝杠7进行旋转；在丝杆7下端通过螺纹配合安装有螺母6；外筒9上端面设置在齿轮箱5内，在齿轮箱5的下端面上通过螺钉固定安装有齿轮端盖，外筒9上端外侧壁上设有径向向外延伸的安装块，外筒9通过该安装块与齿轮箱5下端面的齿轮端盖通过螺钉固定连接以实现外筒9与齿轮箱5之间的固定连接；在外筒9内设置有内筒8；内筒8的外径小于外筒9的内径，可以在外筒9内滑动；内筒8套设在螺母6外，并与螺母6通过螺钉固定连接；由于丝杆7是固定安装在轴承4的内圈上的，所以丝杆7的旋转可驱动螺母6进行上下运动，进而带动内筒8上下运动。在内筒8的下端面通过螺钉固定安装有脚撑11，脚撑11可以随内筒8的上下运动而运动。
在本发明中，在内筒8的外侧壁上开设有轴向的长槽缺口，在外筒9内侧壁下端与长槽缺口相对应处安装有堵头12，通过堵头12与内筒8外侧壁上的长槽缺口限制内筒8的旋转运动，同时可以限制内筒8伸出外筒9的长度。
在本发明中，在外筒9下端面上还固定安装有端部法兰10，如图3、4所示，在端部法兰10上通过转接件16固定安装有回缩检测传感器15，回缩检测传感器15与丝杠7轴线平行安装，其用于检测脚撑11上端面，当脚撑11上端面回缩靠近回缩检测传感器15时，回缩检测传感器15受到遮挡信号反馈给机器人控制模块，机器人控制模块停止电机的旋转，进而停止内筒8的回缩，以限制内筒8回缩位置。
如图5所示，在齿轮箱5内位于从动齿轮3下方还固定安装有转速检测传感器17，其安装在从动齿轮3下方位于从动齿轮3齿所在的周向上任一位置处，其轴线与丝杠7轴线平行安装，通过识别从动齿轮3的齿进而识别从动齿轮3转速及转动角度。
电动支撑模组1通过机器人整机20的内部电源供电，通过其控制模块进行电机的驱动控制；电机总成13通过齿轮副的啮合驱动丝杠7进行旋转运动，进而通过丝杠螺母副的配合，推动内筒8上下运动，进而带动脚撑11进行上下直线运动；
其中转速检测传感器17可实时的检测获取从动齿轮3单位时间内的转动齿数，进而可换算出单位时间内从动齿轮3的旋转角度，甚至角速度；通过控制模块内设预定参数(即预先设定的从动齿轮3旋转角度或者电机转动角度等)，可控制脚撑11的伸出长度；本发明中，转速检测传感器17的安装方式并不单一，只要安装在能够检测识别到从动齿轮3齿及其齿数变化的位置即可。
当控制模块驱动电机反转时，内筒8带动脚撑11进行回缩运动，当脚撑11上端面回缩靠近回缩检测传感器15时，回缩检测传感器15受到遮挡发信号反馈给控制模块，控制模块停止电机的旋转，进而停止内筒8的回缩。
在本发明中，前述电动支撑模组的结构采用的是丝杆螺母结构，但本发明不止于此，还可以设计为齿形杆组件，具体为：脚撑11上方与齿形杆固定连接，在齿形杆侧面转动安装有与其相啮合的升降齿轮，升降齿轮与电机的电机轴固定连接，并通过电机驱动转动，从而可以驱动与其相啮合的齿形杆的升降，进而带动脚撑11的上下运动。那么相应地，转速检测传感器17安装在该升降齿轮侧位于升降齿轮齿所在的周向上任一位置处，其轴线与电机轴的轴线平行安装，通过识别升降齿轮的齿进而识别升降齿轮的转速及转动角度；本发明中，转速检测传感器17的安装方式并不单一，只要安装在能够检测识别到该升降齿轮齿及其齿数变化的位置即可。
图6为本发明的控制流程图。如图6所示，控制模块同时驱动4个底盘组件21四角处的电动支撑模组1的电机总成13正转，进而推动内筒8伸出，由于地面存在不平整等原因，当第一个电动支撑模组的脚撑11接触地面时，电机总成13的电流变大，其中控制模块可对电机总成13的电流进行实时监控，当第一个电动支撑模组中电机总成的电流值大于控制模块内部该电动支撑模组的电机总成电流的预设定阈值A时，控制模块停止该电动支撑模组的电机总成，进而停止第一个电动支撑模组的运动；当第二个电动支撑模组的脚撑11接触地面时，当其电机总成13电流值大于控制模块内部其相应的预定阈值B时，控制模块停止第二个电动支撑模组的运动，依次控制第三、第四电动支撑模组；其中控制模块中各个电动支撑模组的电机总成的电流阈值不一定相同，可进行预设置；当所有电动支撑模组的脚撑11均已经触地停止，则控制模块通过转速检测传感器17获取从动齿轮3旋转的角度；并同步所有电动支撑模组的速度调节，当全部伸出距离达到预设定参数(即用于支撑整个支撑平台的长度时脚撑11的伸出距离，这里可以设置为从动齿轮3旋转的角度)，且电流值均大于等于预设定平衡值，则控制模块停止支撑模块的伸出，并上报支撑平衡完成；从而精确控制四个电动支撑模组1的伸出长度，保证伸出长度一致，当从而对机器人整机20进行自动调节平衡。
根据3点决定一个平面的原理，前三个电动支撑模组1首先接触地面形成一个平面，通过电流反馈可以精确的控制第四电动支撑模组1的伸长度，进而保证第四电动支撑模组1的脚撑11与前面三点同平面，实现机器人台车在任意平面的自动调节平衡。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种自平衡调节支撑平台，其特征在于：包括：
至少三个用于支撑所述支撑平台并通过其对应电机控制升降的脚撑；
控制模块，用于控制各电机转停并实时获取各电机电流。
2.根据权利要求1所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：所述脚撑还包括升降组件，所述电机通过驱动所述升降组件实现所述脚撑升降。
3.根据权利要求2所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：所述升降组件包括丝杆以及与所述丝杆螺纹配合的升降块。
4.根据权利要求3所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：在所述丝杆设有从动齿轮，与所述从动齿轮啮合有驱动齿轮，所述电机的电机轴与所述驱动齿轮固定连接。
5.根据权利要求4所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：在所述从动齿轮侧还设有通过识别所述从动齿轮的齿进而识别所述从动齿轮转速及转动角度的转速检测传感器。
6.根据权利要求3所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：在所述丝杆外设置有外筒，在所述升降块的侧壁上开设有轴向的长槽缺口，在所述外筒内侧壁下端与所述长槽缺口相对应处安装有堵头，通过所述堵头与所述长槽缺口配合限制所述升降块的旋转运动及其伸出所述外筒的长度。
7.根据权利要求1所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：所述支撑平台还包括用于检测所述脚撑位移量的检测传感器，所述检测传感器将所述脚撑位移量反馈至控制模块，并在所述脚撑回缩至预设阈值时，控制模块控制相应电机停止。
8.根据权利要求2所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：所述升降组件包括竖直滑动安装的齿形杆以及与所述齿形杆配合安装的升降齿轮，所述升降齿轮与所述电机的电机轴固定连接，并通过所述电机驱动转动。
9.根据权利要求8所述的自平衡调节支撑平台，其特征在于：在所述升降齿轮侧还设有通过识别所述升降齿轮的齿进而识别所述升降齿轮的转速及转动角度的转速检测传感器。
10.一种采用权利要求1～9任一所述的自平衡调节支撑平台的机器人。
11.一种采用权利要求1～9任一所述的自平衡调节支撑平台的自平衡调节方法，其特征在于：包括步骤：
(1)所述控制模块同时驱动所有电机转动，控制所有脚撑伸出；
(2)当其中一个脚撑接触地面时，所述控制模块实时获取其电机内的电流，当其电机内的电流大于该电机预设阈值时，控制其电机停止；
(3)重复步骤(2)直至所有电机均停止。
12.根据权利要求11所述的自平衡调节方法，其特征在于：在所有电机停止，即所有脚撑均接触地面后，所述控制模块同步所有电机的速度调节，控制所有电机继续转动，直至所有脚撑伸出距离达到预设定参数，则控制模块控制所有电机停止，并上报支撑平衡完成。
13.根据权利要求12所述的自平衡调节方法，其特征在于：在所有脚撑伸出距离达到预设定参数时，所述控制模块获取各电机电流，并判断各电机电流是否均大于等于其内对应的预设定平衡值，若是，则控制模块控制所有电机停止，并上报支撑平衡完成；若否，则控制模块上报故障。
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