基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法，機(jī)械助力臂包括：第一控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和機(jī)械助力臂本體；第1控制器，用于接收第2控制器上傳的操作力信號(hào)，并根據(jù)操作力信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器而控制交流伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩；由于交流伺服電機(jī)與提升系統(tǒng)的纏繞輪的纏繞軸相連，進(jìn)而控制纏繞輪的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制夾具緊鎖裝置進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。優(yōu)點(diǎn)為：通過(guò)檢測(cè)操作者通過(guò)末端操作器發(fā)送的操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升、下降、懸停和定位；具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用體積小以及成本低的優(yōu)點(diǎn)，為一種實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作作業(yè)的特殊作業(yè)機(jī)器人，可滿足各種裝配生產(chǎn)線、物流傳送作業(yè)等。
【專利說(shuō)明】
基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械助力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人得到廣泛應(yīng)用，但受成本和功能限制，現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人還不能獨(dú)立完成所有的物料搬運(yùn)工作，大量的物料搬運(yùn)工作仍需要人來(lái)完成。
[0003]目前，操作工人主要依靠機(jī)械助力臂對(duì)物料進(jìn)行搬運(yùn)，其中，機(jī)械助力臂具有顯著的人機(jī)互助特點(diǎn)。傳統(tǒng)的機(jī)械助力臂，具有設(shè)備笨重、受場(chǎng)地限制和通用性差等不足，仍滿足不了制造業(yè)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法，可有效解決上述問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明提供一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，包括:第一控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和機(jī)械助力臂本體(I);
[0007]其中，所述提升系統(tǒng)包括:纏繞輪(21)、鋼絲繩(22)、導(dǎo)向輪(23)和夾具緊鎖裝置
(24);所述纏繞輪(21)設(shè)置于所述機(jī)械助力臂本體(I)的尾端，所述導(dǎo)向輪(23)設(shè)置于所述機(jī)械助力臂本體(I)的頭端；所述鋼絲繩(22)的尾端纏繞在所述纏繞輪(21)上后，沿水平設(shè)置的所述機(jī)械助力臂本體(I)的軸向方向延伸，其頭端從所述導(dǎo)向輪(23)引出后，在所述鋼絲繩(22)的頭端固定安裝所述夾具緊鎖裝置(24)，使所述夾具緊鎖裝置(24)懸掛于所述機(jī)械助力臂本體(I)的下方；所述夾具緊鎖裝置(24)用于與夾具連接；
[0008]所述第二控制系統(tǒng)包括:末端操作器(31)和第2控制器(32);
[0009]所述末端操作器(31)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，用于感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)，并將所述操作力信號(hào)發(fā)送給所述第2控制器(32);其中，所述操作力信號(hào)為控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停信號(hào)；
[0010]所述第2控制器(32)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，用于接收所述末端操作器(31)發(fā)送的所述操作力信號(hào)，并將所述操作力信號(hào)發(fā)送到所述第一控制系統(tǒng)；
[0011]所述第一控制系統(tǒng)包括:第I控制器(41)、伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)(42);
[0012]所述第I控制器(41)，用于接收所述第2控制器(32)上傳的所述操作力信號(hào)，并根據(jù)所述操作力信號(hào)，通過(guò)所述伺服驅(qū)動(dòng)器而控制所述交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩；由于所述交流伺服電機(jī)(42)與所述提升系統(tǒng)的所述纏繞輪(21)的纏繞軸相連，進(jìn)而控制所述纏繞輪(21)的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。
[0013]優(yōu)選的，所述機(jī)械助力臂本體(I)為二自由度機(jī)械臂。
[0014]優(yōu)選的，所述二自由度機(jī)械臂包括機(jī)械大臂(11)、肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)、肘部旋轉(zhuǎn)軸
(13)和機(jī)械小臂(14);
[0015]所述機(jī)械大臂(11)的肩部安裝所述肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)，通過(guò)操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉動(dòng)作，可控制所述機(jī)械大臂(11)沿所述肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；
[0016]在所述機(jī)械大臂(11)的肘部安裝所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)，從所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)至所述機(jī)械大臂(11)的自由端形成所述機(jī)械小臂(14);通過(guò)操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉動(dòng)作，可控制所述機(jī)械小臂(14)沿所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。
[0017]優(yōu)選的，所述纏繞輪(21)為動(dòng)力輥；所述導(dǎo)向輪(23)為鋼絲滑輥。
[0018]優(yōu)選的，所述第一控制系統(tǒng)還包括限位開(kāi)關(guān)和安全鎖；
[0019]所述限位開(kāi)關(guān)和所述安全鎖均與所述第I控制器(41)連接；
[0020]所述限位開(kāi)關(guān)，用于所述鋼絲繩(22)上極限位置和下極限位置的檢測(cè)和保護(hù)；
[0021]所述安全鎖，設(shè)置于所述纏繞輪(21)上，用于在異常停電和緊急情況下，對(duì)所述纏繞輪(21)制動(dòng)。
[0022]優(yōu)選的，所述第I控制器(41)采用三環(huán)控制模式，通過(guò)所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩；
[0023]所述三環(huán)控制模式具體包括:比較單元、延時(shí)單元、速度環(huán)調(diào)節(jié)器、電流環(huán)調(diào)節(jié)器、位置環(huán)調(diào)節(jié)器、電流檢測(cè)器、制動(dòng)器和編碼器；
[0024]所述比較單元和所述延時(shí)單元設(shè)置于所述第I控制器(41)的內(nèi)部；
[0025]所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器、所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器和所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)置于所述伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部；
[0026]所述電流檢測(cè)器安裝于所述交流伺服電機(jī)(42)的前部，用于檢測(cè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器向所述交流伺服電機(jī)(42)輸出的各相相電流；
[0027]所述編碼器和所述制動(dòng)器安裝于所述交流伺服電機(jī)(42)的尾部，所述編碼器用于采集所述交流伺服電機(jī)(42)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息和轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；所述制動(dòng)器用于制動(dòng)所述交流伺服電機(jī)(42)，所述制動(dòng)器的輸入端通過(guò)所述延時(shí)單元連接到所述比較單元；所述制動(dòng)器的輸出端與所述交流伺服電機(jī)(42)連接；
[0028]所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器為最內(nèi)環(huán)，其輸入端與所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出端連接，其反饋端與所述電流檢測(cè)器的輸出端連接，其輸出端與所述交流伺服電機(jī)(42)的輸入端連接；所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出即為所述交流伺服電機(jī)(42)的各相相電流，使所述交流伺服電機(jī)(42)的輸入電流等于設(shè)定電流；
[0029]所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器為中間環(huán)，其輸入端分別與所述比較器和所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器連接；其反饋端與所述編碼器連接，用于接收所述編碼器采集到的所述交流伺服電機(jī)(42)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；其輸出端與所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流給定；
[0030]所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器為最外環(huán)，其輸入端與所述比較器連接；其反饋端與所述編碼器連接，用于接收所述編碼器采集到的所述交流伺服電機(jī)(42)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；其輸出端與所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度給定。
[0031]優(yōu)選的，所述第二控制系統(tǒng)還包括:操作顯示器(25);
[0032]所述操作顯示器(25)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，與所述第2控制器
[32]連接，用于設(shè)定控制參數(shù)、顯示所述第二控制系統(tǒng)和所述第一控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及記錄故障；
[0033]所述夾具鎖緊裝置(24)包括控制開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電機(jī)；所述控制開(kāi)關(guān)和所述執(zhí)行電機(jī)均連接到所述第2控制器(32);
[0034]所述第2控制器(32)通過(guò)控制所述執(zhí)行電機(jī)，進(jìn)而控制所述夾具緊鎖裝置(24)，從而控制夾具對(duì)負(fù)載進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、鎖緊、釋放和重心移動(dòng)操作。
[0035]本發(fā)明還提供一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂操控方法，包括以下步驟:
[0036]SI，當(dāng)需要移動(dòng)負(fù)載時(shí)，第2控制器(32)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)動(dòng)作，進(jìn)而夾緊負(fù)載；
[0037]S2，在一定范圍內(nèi)水平移動(dòng)負(fù)載，包括:
[0038]在肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)位置安裝松緊調(diào)節(jié)裝置，首先鎖緊所述松緊調(diào)節(jié)裝置，操作者向末端操作器(31)施加推拉力，進(jìn)而控制機(jī)械大臂(11)沿肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到第I水平位置點(diǎn)；然后，釋放所述松緊調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)操作者向末端操作器(31)繼續(xù)施加的推拉力，使機(jī)械小臂(14)沿肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到最終的水平位置點(diǎn)；
[0039]S3，在上述水平范圍內(nèi)移動(dòng)負(fù)載的過(guò)程中，由于操作者同時(shí)向末端操作器(31)施加向上、向下或懸停的操作力F，還執(zhí)行控制負(fù)載在垂直方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體包括:
[0040]S31，末端操作器(31)感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)；其中，所述操作力信號(hào)包括上升、下降或懸停信號(hào)；
[0041]所述末端操作器(31)將所述操作力信號(hào)發(fā)送到第2控制器(32);
[0042]S32，所述第2控制器(32)通過(guò)通信線路將所述操作力信號(hào)發(fā)送到第I控制器
(41);
[0043]S33，所述第I控制器(41)接收所述操作力信號(hào)，并根據(jù)所述操作力信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制纏繞輪(21)的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。
[0044]優(yōu)選的，S33具體包括:
[0045]S331，所述第2控制器(32)將接收到的操作力信號(hào)發(fā)送至比較器；
[0046]S332，所述比較器判斷所述操作力信號(hào)的信號(hào)類型；如果所述操作力信號(hào)所攜帶的操作力為向上或向下的操作力，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升或下降操作，則執(zhí)行S333-S334;如果所述操作力信號(hào)所攜帶的操作力為0，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行懸停動(dòng)作，則執(zhí)行S335 ;
[0047]S333，所述比較器斷開(kāi)位置環(huán)調(diào)節(jié)器，并向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸入端發(fā)出上升或下降的速度指令，作為所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的速度設(shè)定值；同時(shí)，編碼器采集交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息，并將所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息反饋到所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為速度環(huán)反饋值；所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器比較所述速度設(shè)定值和所述速度環(huán)反饋值，其差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出到電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端，作為電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)給定值；
[0048]S334，所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端接收所述電流環(huán)給定值；同時(shí)，電流檢測(cè)器檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器向交流伺服電機(jī)(42)輸出的各相相電流，所檢測(cè)到的相電流輸入到所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)反饋值；所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器比較所述電流環(huán)給定值和所述電流環(huán)反饋值，差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出交流伺服電機(jī)(42)每相的相電流，進(jìn)而使交流伺服電機(jī)(42)輸出與所述操作力信號(hào)相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩；
[0049]S335，比較器分別向位置環(huán)調(diào)節(jié)器、速度環(huán)調(diào)節(jié)器和電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端發(fā)送伺服鎖定指令、零速度信號(hào)指令和轉(zhuǎn)矩維持指令；
[0050]S336，所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述伺服鎖定指令；其反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，作為位置反饋值；所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述伺服鎖定指令和所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息進(jìn)行綜合分析后，向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度環(huán)給定值；
[0051]S337，所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述零速度信號(hào)指令，給定輸入端接收所述速度環(huán)給定值，反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述零速度信號(hào)指令、所述速度環(huán)給定值和所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息進(jìn)行綜合分析后，向電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流環(huán)給定值；
[0052]S338，所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述轉(zhuǎn)矩維持指令，給定輸入端接收所述電流環(huán)給定值，反饋端接收電流檢測(cè)器檢測(cè)到的交流伺服電機(jī)(42)的各相相電流；
[0053]所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述轉(zhuǎn)矩維持指令、所述電流環(huán)給定值和所述相電流進(jìn)行綜合分析后，輸出交流伺服電機(jī)(42)每相的相電流，使交流伺服電機(jī)(42)產(chǎn)生與負(fù)載當(dāng)前轉(zhuǎn)矩大小相應(yīng)的反向輸出轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止；當(dāng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止開(kāi)始，啟動(dòng)延時(shí)單元開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到延時(shí)設(shè)定時(shí)間時(shí)，向制動(dòng)器發(fā)送電磁制動(dòng)信號(hào)，通過(guò)機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間懸停功能。
[0054]本發(fā)明的有益效果如下:
[0055]本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法，通過(guò)檢測(cè)操作者通過(guò)末端操作器發(fā)送的操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升、下降、懸停和定位；具有整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用體積小以及成本低的優(yōu)點(diǎn)，為一種實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作作業(yè)的特殊作業(yè)機(jī)器人，可滿足各種裝配生產(chǎn)線、物流傳送作業(yè)等。
【附圖說(shuō)明】
[0056]圖1為本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖2為本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂的電路控制原理圖；
[0058]圖3為本發(fā)明提供的三環(huán)控制電路原理示意圖；
[0059]圖4所示，為二自由度機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0061]如圖1所示，為本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，為本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂的電路控制原理圖。結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，包括:第一控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和機(jī)械助力臂本體I。該機(jī)械助力臂可根據(jù)實(shí)際需要，靈活采用各種安裝方式，例如，可采用墻面固定、屋頂?shù)跹b或地面安裝等方式，當(dāng)采用地面安裝方式時(shí)，參考圖1，需要安裝立柱5，通過(guò)立柱5，支撐整個(gè)機(jī)械助力臂。當(dāng)采用其他安裝方式時(shí)，不安裝立柱5。
[0062]本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，核心思想為:
[0063]控制系統(tǒng)采用分散控制方式，上位機(jī)，即第一控制系統(tǒng)中的第I控制器，采用高性能可編程控制器，其任務(wù)是接收處理下位機(jī)信號(hào)，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)提升系統(tǒng)；下位機(jī)，即第二控制系統(tǒng)中的第2控制器，也采用高性能可編程控制器，其任務(wù)是接收處理末端操作器發(fā)送的信號(hào)并傳遞給上位機(jī)。上位機(jī)與下位機(jī)之間采用RS232串口通訊方式。
[0064]其中，下位機(jī)，主要用于通過(guò)控制開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電機(jī)，進(jìn)而控制夾具鎖緊裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，鎖緊，釋放，重心的移動(dòng)等機(jī)械手的操作；同時(shí)通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊，采集末端操作器發(fā)出的操作力信號(hào)，并將操作力信號(hào)傳輸給上位機(jī)。下位機(jī)還配置有操作顯示器，用于監(jiān)視上下位機(jī)的運(yùn)行、故障記錄以及控制參數(shù)的設(shè)定等。
[0065]上位機(jī)，是機(jī)械助力臂的控制中樞，主要用于控制交流伺服電機(jī)的啟停運(yùn)行；具體的，接收下位機(jī)上傳的操作力信號(hào)，通過(guò)操作力的測(cè)量比較，向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出轉(zhuǎn)矩指令信號(hào)；伺服驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)接受到的轉(zhuǎn)矩指令，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)提升系統(tǒng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升、下降或懸停作業(yè)。同時(shí)監(jiān)視限位開(kāi)關(guān)；當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)異常狀態(tài)，控制安全鎖動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械助力臂及時(shí)鎖定。
[0066]以下對(duì)本發(fā)明提供的第一控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和機(jī)械助力臂本體四個(gè)核心部件詳細(xì)介紹:
[0067](—)提升系統(tǒng)
[0068]其中，提升系統(tǒng)包括:纏繞輪21、鋼絲繩22、導(dǎo)向輪23和夾具鎖緊裝置24 ;纏繞輪21設(shè)置于機(jī)械助力臂本體I的尾端，導(dǎo)向輪23設(shè)置于機(jī)械助力臂本體I的頭端；鋼絲繩22的尾端纏繞在纏繞輪21上后，沿水平設(shè)置的機(jī)械助力臂本體I的軸向方向延伸，其頭端從導(dǎo)向輪23引出后，在鋼絲繩22的頭端固定安裝夾具鎖緊裝置24，使夾具鎖緊裝置24懸掛于機(jī)械助力臂本體I的下方；夾具鎖緊裝置14，用于負(fù)載的快速裝卸，此裝置可與各種機(jī)械式，電動(dòng)式，氣動(dòng)式和真空式夾具配合使用。
[0069]實(shí)際應(yīng)用中，纏繞輪21采用動(dòng)力輥；導(dǎo)向輪23為鋼絲滑輥。
[0070](二)第二控制系統(tǒng)
[0071]第二控制系統(tǒng)包括:末端操作器31和第2控制器32 ；
[0072]末端操作器31，固定安裝于夾具鎖緊裝置24，用于感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)，并將操作力信號(hào)發(fā)送給第2控制器32 ;其中，操作力信號(hào)為控制夾具鎖緊裝置24進(jìn)行上升、下降或懸停信號(hào)；具體的，本發(fā)明中，末端操作器內(nèi)部安裝了一只力傳感器，是機(jī)械助力臂操作的信號(hào)源，用于感知手指的操作力。機(jī)械助力臂采用微操作力控制方式，控制原理是:僅僅利用末端操作器檢測(cè)操作者施加的微操作力，通過(guò)在線的實(shí)時(shí)處理，及時(shí)響應(yīng)操作者的上升或下降動(dòng)作，大大降低慣性，延展操作者的手臂，這是機(jī)械助力臂的指尖控制調(diào)節(jié)模式。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載位置的精細(xì)移動(dòng)調(diào)節(jié)，第2控制器還設(shè)置了機(jī)械助力臂對(duì)空載(僅夾具鎖緊裝置)和三種不同重量的負(fù)載轉(zhuǎn)矩存儲(chǔ)記憶功能和微調(diào)模式，即:利用觸摸屏實(shí)現(xiàn)負(fù)載重物的位置微小調(diào)節(jié)，每次移動(dòng)速度能達(dá)到0.006m/s-0.6m/s，實(shí)現(xiàn)位置精確調(diào)節(jié)。
[0073]第2控制器32，固定安裝于夾具鎖緊裝置24，用于接收末端操作器31發(fā)送的操作力信號(hào)，并將操作力信號(hào)發(fā)送到第一控制系統(tǒng)；
[0074]第二控制系統(tǒng)還包括:操作顯示器；
[0075]操作顯示器，固定安裝于夾具鎖緊裝置24，與第2控制器32連接，用于設(shè)定控制參數(shù)、顯示第二控制系統(tǒng)和第一控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及記錄故障；
[0076]夾具鎖緊裝置包括控制開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電機(jī)；控制開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電機(jī)均連接到第2控制器32 ；
[0077]第2控制器32通過(guò)控制執(zhí)行電機(jī)，進(jìn)而控制夾具鎖緊裝置對(duì)負(fù)載進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、鎖緊、釋放和重心移動(dòng)操作。
[0078](三)第一控制系統(tǒng)
[0079]第一控制系統(tǒng)包括:第I控制器41、伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)42 ;
[0080]第I控制器41，用于接收第2控制器32上傳的操作力信號(hào)，并根據(jù)操作力信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器而控制交流伺服電機(jī)42的輸出轉(zhuǎn)矩；由于交流伺服電機(jī)42與提升系統(tǒng)的纏繞輪21的纏繞軸相連，進(jìn)而控制纏繞輪21的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制夾具鎖緊裝置24進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。
[0081]此外，第一控制系統(tǒng)還包括限位開(kāi)關(guān)和安全鎖；
[0082]限位開(kāi)關(guān)和安全鎖均與第I控制器41連接；
[0083]限位開(kāi)關(guān)，安裝于纏繞輪的兩端，用于鋼絲繩22上極限位置和下極限位置的檢測(cè)和保護(hù)；
[0084]安全鎖，設(shè)置于纏繞輪21上，用于在異常停電和緊急情況下，對(duì)纏繞輪21制動(dòng)，以避免負(fù)載的墜落。
[0085]基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，第I控制器主要采用轉(zhuǎn)矩控制模式。轉(zhuǎn)矩控制模式是通過(guò)外部模擬量的輸入而設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為:例如3V對(duì)應(yīng)2.4Nm，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為1.5V時(shí)，電機(jī)軸輸出為1.2Nm:如果電機(jī)軸負(fù)載低于
1.2Nm時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)(提升狀態(tài))；外部負(fù)載等于1.2Nm時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)(懸停狀態(tài))；大于1.2Nm時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)(下降狀態(tài)，通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生)?？梢酝ㄟ^(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定而改變?cè)O(shè)定的力矩大小。
[0086]單純的轉(zhuǎn)矩控制模式還無(wú)法滿足機(jī)械助力臂快速精確的控制，在具體控制方式中，本發(fā)明采用了伺服電機(jī)的三環(huán)控制，所謂三環(huán)就是3個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0087]參考圖3，為三環(huán)控制電路原理示意圖，基于三環(huán)控制模式，控制交流伺服電機(jī)42的輸出轉(zhuǎn)矩；
[0088]具體的，三環(huán)控制模式具體包括:比較單元、延時(shí)單元、速度環(huán)調(diào)節(jié)器、電流環(huán)調(diào)節(jié)器、位置環(huán)調(diào)節(jié)器、電流檢測(cè)器、制動(dòng)器和編碼器；
[0089]比較單元和延時(shí)單元設(shè)置于第I控制器41的內(nèi)部；
[0090]速度環(huán)調(diào)節(jié)器、電流環(huán)調(diào)節(jié)器和位置環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)置于伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部；
[0091]電流檢測(cè)器安裝于交流伺服電機(jī)42的前部，用于檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器向交流伺服電機(jī)42輸出的各相相電流；具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，電流檢測(cè)器為霍爾裝置。
[0092]編碼器和制動(dòng)器安裝于交流伺服電機(jī)42的尾部，編碼器用于采集交流伺服電機(jī)42的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息和轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；制動(dòng)器用于制動(dòng)交流伺服電機(jī)42，制動(dòng)器的輸入端通過(guò)延時(shí)單元連接到比較單元；制動(dòng)器的輸出端與交流伺服電機(jī)42連接；
[0093]電流環(huán)調(diào)節(jié)器為最內(nèi)環(huán)，其輸入端與速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出端連接，其反饋端與電流檢測(cè)器的輸出端連接，其輸出端與交流伺服電機(jī)42的輸入端連接；電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出即為交流伺服電機(jī)42的各相相電流，使交流伺服電機(jī)42的輸入電流等于設(shè)定電流；電流環(huán)調(diào)節(jié)器主要功能為控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)矩模式下，伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)算最小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)最快。
[0094]速度環(huán)調(diào)節(jié)器為中間環(huán)，其輸入端分別與比較器和位置環(huán)調(diào)節(jié)器連接；其反饋端與編碼器連接，用于接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)42的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；其輸出端與電流環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流給定；
[0095]位置環(huán)調(diào)節(jié)器為最外環(huán)，其輸入端與比較器連接；其反饋端與編碼器連接，用于接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)42的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；其輸出端與速度環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度給定。
[0096](四)機(jī)械助力臂本體
[0097]機(jī)械助力臂本體I為二自由度機(jī)械臂，可實(shí)現(xiàn)直徑6米的服務(wù)范圍調(diào)節(jié)。具體的，二自由度機(jī)械臂包括機(jī)械大臂11、肩部旋轉(zhuǎn)軸12、肘部旋轉(zhuǎn)軸13和機(jī)械小臂14 ;
[0098]機(jī)械大臂11的肩部安裝肩部旋轉(zhuǎn)軸12，通過(guò)操作者施加于末端操作器31的推拉動(dòng)作，可控制機(jī)械大臂11沿肩部旋轉(zhuǎn)軸12進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；
[0099]在機(jī)械大臂11的肘部安裝肘部旋轉(zhuǎn)軸13，從肘部旋轉(zhuǎn)軸13至機(jī)械大臂11的自由端形成機(jī)械小臂14 ;通過(guò)操作者施加于末端操作器31的推拉動(dòng)作，可控制機(jī)械小臂14沿肘部旋轉(zhuǎn)軸13進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。如圖4所示，為二自由度機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的仰視圖。
[0100]參考圖1，還設(shè)置有電纜6和彈簧電纜7，用于電源和上下位機(jī)的信號(hào)傳輸。
[0101]本發(fā)明還提供一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂操控方法，包括以下步驟:
[0102]SI，當(dāng)需要移動(dòng)負(fù)載時(shí)，第2控制器32驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)動(dòng)作，進(jìn)而夾緊負(fù)載；
[0103]S2，在一定范圍內(nèi)水平移動(dòng)負(fù)載，包括:
[0104]在肘部旋轉(zhuǎn)軸13位置安裝松緊調(diào)節(jié)裝置，首先鎖緊松緊調(diào)節(jié)裝置，操作者向末端操作器31施加推拉力，進(jìn)而控制機(jī)械大臂11沿肩部旋轉(zhuǎn)軸12進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到第I水平位置點(diǎn)；然后，釋放松緊調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)操作者向末端操作器31繼續(xù)施加的推拉力，使機(jī)械小臂14沿肘部旋轉(zhuǎn)軸13進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到最終的水平位置點(diǎn)；
[0105]S3，在上述水平范圍內(nèi)移動(dòng)負(fù)載的過(guò)程中，由于操作者同時(shí)向末端操作器31施加向上、向下或懸停的操作力F，還執(zhí)行控制負(fù)載在垂直方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體包括:
[0106]S31，末端操作器31感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)；其中，操作力信號(hào)包括上升、下降或懸停信號(hào)；
[0107]末端操作器31將操作力信號(hào)發(fā)送到第2控制器32 ;
[0108]S32，第2控制器32通過(guò)通信線路將操作力信號(hào)發(fā)送到第I控制器41 ;
[0109]S33，第I控制器41接收操作力信號(hào)，并根據(jù)操作力信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流伺服電機(jī)42的輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制纏繞輪21的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制夾具鎖緊裝置24進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。
[0110]本步驟具體包括:
[0111]S331，第2控制器32將接收到的操作力信號(hào)發(fā)送至比較器；
[0112]S332，比較器判斷操作力信號(hào)的信號(hào)類型；如果操作力信號(hào)所攜帶的操作力為向上或向下的操作力，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升或下降操作，則執(zhí)行S333-S334 ;如果操作力信號(hào)所攜帶的操作力為O，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行懸停動(dòng)作，則執(zhí)行S335 ;
[0113]S333，比較器斷開(kāi)位置環(huán)調(diào)節(jié)器，并向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸入端發(fā)出上升或下降的速度指令，作為速度環(huán)調(diào)節(jié)器的速度設(shè)定值；同時(shí)，編碼器采集交流伺服電機(jī)42當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息，并將轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息反饋到速度環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為速度環(huán)反饋值；速度環(huán)調(diào)節(jié)器比較速度設(shè)定值和速度環(huán)反饋值，其差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出到電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端，作為電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)給定值；
[0114]S334，電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端接收電流環(huán)給定值；同時(shí)，電流檢測(cè)器檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器向交流伺服電機(jī)42輸出的各相相電流，所檢測(cè)到的相電流輸入到電流環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)反饋值；電流環(huán)調(diào)節(jié)器比較電流環(huán)給定值和電流環(huán)反饋值，差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出交流伺服電機(jī)42每相的相電流，進(jìn)而使交流伺服電機(jī)42輸出與操作力信號(hào)相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩；
[0115]S335，比較器分別向位置環(huán)調(diào)節(jié)器、速度環(huán)調(diào)節(jié)器和電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端發(fā)送伺服鎖定指令、零速度信號(hào)指令和轉(zhuǎn)矩維持指令；
[0116]S336，位置環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收伺服鎖定指令；其反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)42當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，作為位置反饋值；位置環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)伺服鎖定指令和轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息進(jìn)行綜合分析后，向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度環(huán)給定值；
[0117]S337，速度環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收零速度信號(hào)指令，給定輸入端接收速度環(huán)給定值，反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)42當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；速度環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)零速度信號(hào)指令、速度環(huán)給定值和轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息進(jìn)行綜合分析后，向電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流環(huán)給定值；
[0118]S338，電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收轉(zhuǎn)矩維持指令，給定輸入端接收電流環(huán)給定值，反饋端接收電流檢測(cè)器檢測(cè)到的交流伺服電機(jī)42的各相相電流；
[0119]電流環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)轉(zhuǎn)矩維持指令、電流環(huán)給定值和相電流進(jìn)行綜合分析后，輸出交流伺服電機(jī)42每相的相電流，使交流伺服電機(jī)42產(chǎn)生與負(fù)載當(dāng)前轉(zhuǎn)矩大小相應(yīng)的反向輸出轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止；當(dāng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止開(kāi)始，啟動(dòng)延時(shí)單元開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到延時(shí)設(shè)定時(shí)間時(shí)，向制動(dòng)器發(fā)送電磁制動(dòng)信號(hào)，通過(guò)機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間懸停功能，以免伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)長(zhǎng)期處于大電流工作狀態(tài)。
[0120]由此可見(jiàn)，本發(fā)明提供的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂及其操控方法，通過(guò)檢測(cè)操作者通過(guò)末端操作器發(fā)送的操作指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升、下降、懸停和定位；為一種實(shí)現(xiàn)人機(jī)合作作業(yè)的特殊作業(yè)機(jī)器人，可滿足各種裝配生產(chǎn)線、物流傳送作業(yè)等。具體優(yōu)點(diǎn)如下:
[0121]I)輕松搬運(yùn):可輔助操作者進(jìn)行零重力操作，輕松完成物料的搬運(yùn)、裝配和定位工作，成為各行業(yè)物料搬運(yùn)裝備的首選。
[0122]2)精確定位:懸掛載荷后，在空中處于“浮動(dòng)”狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)所操作物料的快速精準(zhǔn)定位。
[0123]3)操作簡(jiǎn)單:負(fù)載升降不需要控制按鈕，人的動(dòng)作即機(jī)械的動(dòng)作指令。
[0124]4)通用性強(qiáng):負(fù)載夾緊裝置可配備任何形式的夾具系統(tǒng)，適用范圍廣。
[0125]5)高效安全:由交流伺服驅(qū)動(dòng)，長(zhǎng)期性穩(wěn)定性高，人機(jī)合作，提高安全保障和工作效率。
[0126]6)機(jī)械助力臂整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用體積小以及成本低，可廣泛推廣使用。
[0127]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，包括:第一控制系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、第二控制系統(tǒng)和機(jī)械助力臂本體(I); 其中，所述提升系統(tǒng)包括:纏繞輪(21)、鋼絲繩(22)、導(dǎo)向輪(23)和夾具緊鎖裝置(24);所述纏繞輪(21)設(shè)置于所述機(jī)械助力臂本體(I)的尾端，所述導(dǎo)向輪(23)設(shè)置于所述機(jī)械助力臂本體(I)的頭端；所述鋼絲繩(22)的尾端纏繞在所述纏繞輪(21)上后，沿水平設(shè)置的所述機(jī)械助力臂本體(I)的軸向方向延伸，其頭端從所述導(dǎo)向輪(23)引出后，在所述鋼絲繩(22)的頭端固定安裝所述夾具緊鎖裝置(24)，使所述夾具緊鎖裝置(24)懸掛于所述機(jī)械助力臂本體(I)的下方；所述夾具緊鎖裝置(24)用于與夾具連接； 所述第二控制系統(tǒng)包括:末端操作器(31)和第2控制器(32); 所述末端操作器(31)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，用于感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)，并將所述操作力信號(hào)發(fā)送給所述第2控制器(32);其中，所述操作力信號(hào)為控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停信號(hào)； 所述第2控制器(32)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，用于接收所述末端操作器(31)發(fā)送的所述操作力信號(hào)，并將所述操作力信號(hào)發(fā)送到所述第一控制系統(tǒng)； 所述第一控制系統(tǒng)包括:第I控制器(41)、伺服驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī)(42); 所述第I控制器(41)，用于接收所述第2控制器(32)上傳的所述操作力信號(hào)，并根據(jù)所述操作力信號(hào)，通過(guò)所述伺服驅(qū)動(dòng)器而控制所述交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩；由于所述交流伺服電機(jī)(42)與所述提升系統(tǒng)的所述纏繞輪(21)的纏繞軸相連，進(jìn)而控制所述纏繞輪(21)的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述機(jī)械助力臂本體(I)為二自由度機(jī)械臂。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述二自由度機(jī)械臂包括機(jī)械大臂(11)、肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)、肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)和機(jī)械小臂(14); 所述機(jī)械大臂(11)的肩部安裝所述肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)，通過(guò)操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉動(dòng)作，可控制所述機(jī)械大臂(11)沿所述肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)進(jìn)行360°內(nèi)自由fe轉(zhuǎn)； 在所述機(jī)械大臂(11)的肘部安裝所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)，從所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)至所述機(jī)械大臂(11)的自由端形成所述機(jī)械小臂(14);通過(guò)操作者施加于所述末端操作器(31)的推拉動(dòng)作，可控制所述機(jī)械小臂(14)沿所述肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述纏繞輪(21)為動(dòng)力輥；所述導(dǎo)向輪(23)為鋼絲滑輥。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述第一控制系統(tǒng)還包括限位開(kāi)關(guān)和安全鎖； 所述限位開(kāi)關(guān)和所述安全鎖均與所述第I控制器(41)連接； 所述限位開(kāi)關(guān)，用于所述鋼絲繩(22)上極限位置和下極限位置的檢測(cè)和保護(hù)； 所述安全鎖，設(shè)置于所述纏繞輪(21)上，用于在異常停電和緊急情況下，對(duì)所述纏繞輪(21)制動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述第I控制器(41)采用三環(huán)控制模式，通過(guò)所述伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩； 所述三環(huán)控制模式具體包括:比較單元、延時(shí)單元、速度環(huán)調(diào)節(jié)器、電流環(huán)調(diào)節(jié)器、位置環(huán)調(diào)節(jié)器、電流檢測(cè)器、制動(dòng)器和編碼器； 所述比較單元和所述延時(shí)單元設(shè)置于所述第I控制器(41)的內(nèi)部； 所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器、所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器和所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)置于所述伺服驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部； 所述電流檢測(cè)器安裝于所述交流伺服電機(jī)(42)的前部，用于檢測(cè)所述伺服驅(qū)動(dòng)器向所述交流伺服電機(jī)(42)輸出的各相相電流； 所述編碼器和所述制動(dòng)器安裝于所述交流伺服電機(jī)(42)的尾部，所述編碼器用于采集所述交流伺服電機(jī)(42)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息和轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；所述制動(dòng)器用于制動(dòng)所述交流伺服電機(jī)(42)，所述制動(dòng)器的輸入端通過(guò)所述延時(shí)單元連接到所述比較單元；所述制動(dòng)器的輸出端與所述交流伺服電機(jī)(42)連接； 所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器為最內(nèi)環(huán)，其輸入端與所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出端連接，其反饋端與所述電流檢測(cè)器的輸出端連接，其輸出端與所述交流伺服電機(jī)(42)的輸入端連接；所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出即為所述交流伺服電機(jī)(42)的各相相電流，使所述交流伺服電機(jī)(42)的輸入電流等于設(shè)定電流； 所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器為中間環(huán)，其輸入端分別與所述比較器和所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器連接；其反饋端與所述編碼器連接，用于接收所述編碼器采集到的所述交流伺服電機(jī)(42)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；其輸出端與所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流給定； 所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器為最外環(huán)，其輸入端與所述比較器連接；其反饋端與所述編碼器連接，用于接收所述編碼器采集到的所述交流伺服電機(jī)(42)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；其輸出端與所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器連接，用于向所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度給定。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂，其特征在于，所述第二控制系統(tǒng)還包括:操作顯示器(25); 所述操作顯示器(25)，固定安裝于所述夾具緊鎖裝置(24)，與所述第2控制器(32)連接，用于設(shè)定控制參數(shù)、顯示所述第二控制系統(tǒng)和所述第一控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及記錄故障； 所述夾具鎖緊裝置(24)包括控制開(kāi)關(guān)和執(zhí)行電機(jī)；所述控制開(kāi)關(guān)和所述執(zhí)行電機(jī)均連接到所述第2控制器(32); 所述第2控制器(32)通過(guò)控制所述執(zhí)行電機(jī)，進(jìn)而控制所述夾具緊鎖裝置(24)，從而控制夾具對(duì)負(fù)載進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、鎖緊、釋放和重心移動(dòng)操作。8.—種基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂操控方法，其特征在于，包括以下步驟: SI，當(dāng)需要移動(dòng)負(fù)載時(shí)，第2控制器(32)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電機(jī)動(dòng)作，進(jìn)而夾緊負(fù)載； S2，在一定范圍內(nèi)水平移動(dòng)負(fù)載，包括: 在肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)位置安裝松緊調(diào)節(jié)裝置，首先鎖緊所述松緊調(diào)節(jié)裝置，操作者向末端操作器(31)施加推拉力，進(jìn)而控制機(jī)械大臂(11)沿肩部旋轉(zhuǎn)軸(12)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到第I水平位置點(diǎn)；然后，釋放所述松緊調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)操作者向末端操作器(31)繼續(xù)施加的推拉力，使機(jī)械小臂(14)沿肘部旋轉(zhuǎn)軸(13)進(jìn)行360°內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)，直到旋轉(zhuǎn)到最終的水平位置點(diǎn)； S3，在上述水平范圍內(nèi)移動(dòng)負(fù)載的過(guò)程中，由于操作者同時(shí)向末端操作器(31)施加向上、向下或懸停的操作力F，還執(zhí)行控制負(fù)載在垂直方向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，具體包括: S31，末端操作器(31)感應(yīng)操作者手指發(fā)出的操作力信號(hào)；其中，所述操作力信號(hào)包括上升、下降或懸停信號(hào)； 所述末端操作器(31)將所述操作力信號(hào)發(fā)送到第2控制器(32); S32，所述第2控制器(32)通過(guò)通信線路將所述操作力信號(hào)發(fā)送到第I控制器(41);S33，所述第I控制器(41)接收所述操作力信號(hào)，并根據(jù)所述操作力信號(hào)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流伺服電機(jī)(42)的輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而控制纏繞輪(21)的纏繞狀態(tài)，最終達(dá)到控制所述夾具緊鎖裝置(24)進(jìn)行上升、下降或懸停的動(dòng)作。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于交流伺服控制的機(jī)械助力臂操控方法，其特征在于，S33具體包括: S331，所述第2控制器(32)將接收到的操作力信號(hào)發(fā)送至比較器； S332，所述比較器判斷所述操作力信號(hào)的信號(hào)類型；如果所述操作力信號(hào)所攜帶的操作力為向上或向下的操作力，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行上升或下降操作，則執(zhí)行S333-S334 ;如果所述操作力信號(hào)所攜帶的操作力為0，表明需要對(duì)負(fù)載進(jìn)行懸停動(dòng)作，則執(zhí)行S335 ; S333，所述比較器斷開(kāi)位置環(huán)調(diào)節(jié)器，并向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸入端發(fā)出上升或下降的速度指令，作為所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的速度設(shè)定值；同時(shí)，編碼器采集交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息，并將所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息反饋到所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為速度環(huán)反饋值；所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器比較所述速度設(shè)定值和所述速度環(huán)反饋值，其差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出到電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端，作為電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)給定值； S334，所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入端接收所述電流環(huán)給定值；同時(shí)，電流檢測(cè)器檢測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器向交流伺服電機(jī)(42)輸出的各相相電流，所檢測(cè)到的相電流輸入到所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的反饋端，作為所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的電流環(huán)反饋值；所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器比較所述電流環(huán)給定值和所述電流環(huán)反饋值，差值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出交流伺服電機(jī)(42)每相的相電流，進(jìn)而使交流伺服電機(jī)(42)輸出與所述操作力信號(hào)相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩； S335，比較器分別向位置環(huán)調(diào)節(jié)器、速度環(huán)調(diào)節(jié)器和電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端發(fā)送伺服鎖定指令、零速度信號(hào)指令和轉(zhuǎn)矩維持指令； S336，所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述伺服鎖定指令；其反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，作為位置反饋值；所述位置環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述伺服鎖定指令和所述轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息進(jìn)行綜合分析后，向速度環(huán)調(diào)節(jié)器輸出速度環(huán)給定值； S337，所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述零速度信號(hào)指令，給定輸入端接收所述速度環(huán)給定值，反饋端接收編碼器采集到的交流伺服電機(jī)(42)當(dāng)前的轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息；所述速度環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述零速度信號(hào)指令、所述速度環(huán)給定值和所述轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息進(jìn)行綜合分析后，向電流環(huán)調(diào)節(jié)器輸出電流環(huán)給定值； S338，所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器的指令輸入端接收所述轉(zhuǎn)矩維持指令，給定輸入端接收所述電流環(huán)給定值，反饋端接收電流檢測(cè)器檢測(cè)到的交流伺服電機(jī)(42)的各相相電流； 所述電流環(huán)調(diào)節(jié)器對(duì)所述轉(zhuǎn)矩維持指令、所述電流環(huán)給定值和所述相電流進(jìn)行綜合分析后，輸出交流伺服電機(jī)(42)每相的相電流，使交流伺服電機(jī)(42)產(chǎn)生與負(fù)載當(dāng)前轉(zhuǎn)矩大小相應(yīng)的反向輸出轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止；當(dāng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載的懸浮停止開(kāi)始，啟動(dòng)延時(shí)單元開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到延時(shí)設(shè)定時(shí)間時(shí)，向制動(dòng)器發(fā)送電磁制動(dòng)信號(hào)，通過(guò)機(jī)械制動(dòng)實(shí)現(xiàn)負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間懸停功能。
【文檔編號(hào)】B66C23/02GK105984812SQ201510057904
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日
【發(fā)明人】蘇淑萍, 陳偉華, 丁介平, 黃三華, 陳坤華, 張鋒
【申請(qǐng)人】上海優(yōu)漢實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司