掰手腕机器人和控制方法技术

本发明专利技术公开了一种掰手腕机器人，该掰手腕机器人主要包括臂力生成机构１０和控制系统１００，该控制系统１００在比赛初期阶段检测用户的最大臂力，每次生成不同的比赛场景，并执行力反馈控制以实施该场景。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及服务机器人或娱乐机器人，并且更具体地说，涉及模拟人类 掰手腕的掰手腕机器人。
技术介绍
根据提供对抗参赛者的臂力的反作用力的装置，常规掰手腕设备可以大 致分成三种类型。第一种类型是利用弹簧力，而这种类型的典型实例有美国专利No. 3,947,025，其中掰手腕训练设备由如图la所示的具有可调节刚度 的螺旋盘簧组成。这种类型的其它实例有美国专利6，652，428; 5,458,554; 5,431,616; 4,卯0，019; 3，662，602;以及俄罗斯专利No. 2，128，539。与这种类 型类似的有中国专利2691654,在该专利中系统被装载重量。 .第二种类型的掰手腕设备使用气缸或液压缸，从力的可操控性上来看， 这种类型优于先前的弹簧类型，然而这种类型的弱点在于，系统因为用来生 成气压或液压的辅助设备而变得复杂而庞大，并且因此可能变得很昂贵。这 种类型的典型专利技术有如图lb所示的美国专利No. 5,842,958和如图lc所示 的美国专利No. 4,805,900。这种类型的 一 些其它专利技术有美国专利No. 3,400,793; 4,406,454; 4,754,964;以及日本专利公开No. 55-54969。第三种类型的掰手腕设备使用电动马达而不是弹簧或气缸/液压缸以达 到生成对抗用户的抵抗力的目的，绝大多数的新近掰手腕设备都属于这种类 型。这种类型的典型专利技术有如图Id所示的日本专利公开No. 06-315544，其 中转矩马达用于生成臂力，并且传感器盘和光传感器用于检测臂速以防止将 参赛者摔骨折。这种类型的另一实例为日本专利公开No. 54-161436。然而，专利技术前述设备的目的是为了进行单一的掰手腕比赛或进行力量训练，其中，它们通常生成固定的力量等级(可以通过按钮或其它装置选^^力 量等级)。如果参赛者具有比掰手腕设备更大的力量，那么他将获胜，否则 他将在比赛中失败。因此，缺点在于，在若干次尝试后，参赛者很快就会对 这种掰手腕设备感到厌烦。
技术实现思路
因此，本专利技术的主要目的是提供一种，其不单 一且不容易令人厌烦，尤其是，其在比赛的初期阶段检测用户的最大臂力， 每次都以用户不能提前预测力量模式的方式自动或随机生成不同的掰手腕 场景，利用与机械臂的运动相关的反馈信号和与作用在机械臂上的转矩相关 的反馈信号来执行力反馈控制以实施该场景，从而使得用户能够获得或强或 弱的臂力而无需通过按钮或任何其它装置进行任何调整。本专利技术的另一目的是提供一种，其通过用户想 要获胜的意愿影响比赛获胜的概率的方式来提高和保持掰手腕的乐趣。通过以下结合附图对本专利技术示例性实施例的详细描述，本专利技术的特性和 优点将变得更加明显。附图说明图la-ld是如现有技术所用的典型掰手腕设备的示图。图2a是根据本专利技术实施例的包括安装环境的掰手腕机器人的透视图。图2b是根据本专利技术实施例的臂力生成机构的透视图。图2c是示出根据本专利技术实施例与转接器相连的倾斜计的透视图。图3是根据本专利技术实施例的控制系统的框图。图。图4b是示出根据本专利技术实施例的包括控制程序的力反馈控制原理的示 意图。图5a示出根据本专利技术实施例的有关转矩命令和实际转矩的示例性曲线图。图5b示出根据本专利技术实施例的有关期望位置和经过位置反馈控制的实 际位置的示例性曲线图。图6示出根据本专利技术实施例的有关掰手腕机器人的控制方法的流程图。 图7-9a示出有关控制方法的详细流程图。图9b是示出测量自八个二十多岁的年轻人的最大臂力的图表。 图10a和图10e示出有关掰手腕机器人的控制方法的详细流程图。 图10b是示出当前臂角为IO度的的获胜、平局和失败子场景的图表。 图10c是有关示例性意愿分数和对应的获胜概率的图表。 图10d示出根据本专利技术实施例的子场景的力量模式。 图11示出贏得比赛的意愿强烈和意愿薄弱的两个参赛者所测试的示例 性曲线图。图12是示出用于实现本专利技术的方式以及用户与掰手腕机器人之间的实际参赛的场景的图片。图13是由生成相同力量模式的 一 个用户测试两次的示例性曲线图。 图14a是示出用于实现本专利技术的另一方式并示出72岁的女士参加掰手腕的图片。图14b是示出图14a的掰手腕结果的示例性曲线图。 图15a示出25岁的年轻人与图14a的掰手腕机器人之间进行比赛的情 景以及比赛结果。图15b示出IO岁的儿童与图14a的掰手腕机器人之间进行比赛的情景 以及比赛结果。图16a是示出一个用户与图14a的掰手腕机器人进行了 26次掰手腕比 赛时的每次比赛实耗时间以及获胜或失败的图表。图16b是概括两个用户与图14a的掰手腕机器人都进行了 26次掰手腕 比赛时的结果的图表。具体实施例方式本专利技术涉及掰手腕机器人，其主要包括臂力生成机构IO(以下的标号 表示图2a、图2b、图2c以及图3中的标号)以及控制系统100。臂力生成 机构IO主要包括电动马达11、位置/速度传感器12、转矩传感器15以及机 械臂A。控制系统100在比赛的初期阶段检测用户的最大臂力，每次生成不 同的比赛场景，并且执行力反馈控制逻辑并生成马达控制输入信号，以利用 来自位置/速度传感器12的与机械臂A的运动相关的反馈信号以及来自转矩 传感器15的与作用在机械臂A上的转矩相关的反馈信号来实现该场景。更具体地，图2a示出根据本专利技术实施例的包括安装环境的掰手腕机器 人(以下称为"掰手腕机器人，，)，其中示出桌子T、在桌子T上仿造人体 上半部的主体B、安装在右侧的(或者，安装在左侧的)臂力生成机构10、 连接在主体B上并为用户显示指导消息的图像输出显示器20a、在桌子T前 的椅子C、在桌子T的前部上的两个超声波传感器30a和30b以及在桌子T 下方的光电传感器30c。虽然没有在图2a中显出，但是还预备有在桌子下方 的控制系统100、用以指导用户的语音输出扬声器20b。两个超声波传感器30a和30b (还有可能是一个超声波传感器或多个超 声波传感器)被连接在桌子T的前部的右侧和左侧，并且在掰手腕机器人附 近的指定范围的角度内检测人的靠近。 一般来说，超声波传感器与其它类型 的传感器相比具有高的抗扰性的优点并且能够很容易测量任何情况下靠近 的人的距离。利用红外线的超声波传感器30c检测人坐在椅子C上，与其它 类型的传感器相比，它检测很窄范围角度内的物体。为了指导参赛者，预备了图像输出显示器20a和/或语音输出扬声器20b (在图3中)，并且语音输出扬声器可以与图像输出显示器20a成一体或者 可以单独安装在桌子T的合适位置。更具体地如图2b所示，臂力生成机构10包括电动马达11,其根据 由控制系统100计算出的马达控制输入信号提供必需的转矩；位置/或速度传感器12，其检测马达11的角位置和角速度，并且为控制系统100提供与 角转动相关的反馈信号；减速器13,其连接至马达ll,降低达ll的速度并 增加马达ll的转矩；带有手A的机械臂，其中用户握住手A进行掰手腕比 赛；转矩传感器15，其安装在减速器13和机械臂A之间，并且检测作用在 机械臂A上的转矩；带有机械制动器14的转接器16，其安装在减速器13 和机械臂A之间，并且被用来限制机械臂A运动的角范围以保证用户的安 全；以及底盘17，其支持马达11和制动器座台18,并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掰手腕机器人，包括：　臂力生成机构，包括电动马达、位置／速度传感器、转矩传感器和机械臂Ａ；以及　控制系统，用于在比赛初期阶段检测用户的最大臂力，每次生成不同的比赛场景，以及执行力反馈控制逻辑并生成马达控制输入信号以实施该场景。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜喆求，
申请(专利权)人：姜喆求，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]