【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机械臂
本申请涉及被动顺从性机械臂(roboticarm，机器臂)的实施例，以及控制这种机械臂的方法。
技术介绍
被动顺从性机械臂对由外部施加的载荷引起的挠曲具有相对较低的抵抗力。这样，已知被动顺从性机械臂特别适合在与人共享的环境中操作，在这些环境中可能会发生人与机械臂之间的意外接触。Stoelen，M.等人探讨了“Co-exploringactuatorantagonismandbio-inspiredcontrolinaprintablerobotarm(可打印机械臂中的共同开采致动器对抗和双激励控制)”中的一些发展，InternationalConferenceonSimulationofAdaptiveBehavior，SAB2016：FromAnimalstoAnimats14pp244-255,2016。本申请的焦点是对被动顺从性机械臂的硬件和控制的改进，以提供快速和精确的关节运动，而无需过于复杂的控制。
技术实现思路
概括地说，本专利技术的第一方面和第二方面提供了一种被动顺从性机械臂...
【技术保护点】
1.一种机械臂，包括：/n关节，所述关节允许第一连接件和第二连接件之间的运动；以及/n第一双向致动器和第二双向致动器，每个双向致动器包括第一弹性构件和第二弹性构件，所述第一弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿第一方向运动，所述第二弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿与所述第一方向相反的第二方向运动，所述双向致动器中的每一者能够控制成增加所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的一者中的张力，同时减小所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的另一者中的张力，/n其中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件具有施加的力和产生的伸长之间的单调增加的非线性关系，并且包括具有...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170918 GB 1715005.3;20170918 GB 1715006.1;2017091.一种机械臂，包括：
关节，所述关节允许第一连接件和第二连接件之间的运动；以及
第一双向致动器和第二双向致动器，每个双向致动器包括第一弹性构件和第二弹性构件，所述第一弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿第一方向运动，所述第二弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿与所述第一方向相反的第二方向运动，所述双向致动器中的每一者能够控制成增加所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的一者中的张力，同时减小所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的另一者中的张力，
其中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件具有施加的力和产生的伸长之间的单调增加的非线性关系，并且包括具有大体弹性部分和相对刚性部分的复合材料。
2.根据权利要求1所述的机械臂，其中，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器能够控制成在高扭矩模式下操作，在所述高扭矩模式下，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器各自在其各自的第一弹性构件中提供张力。
3.根据权利要求1或2所述的机械臂，其中，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器能够控制成在对抗模式下操作，在所述对抗模式下，所述第一双向致动器在其第一弹性构件中提供张力，而所述第二双向致动器在其第二弹性构件中提供张力。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的机械臂，其中，所述相对刚性部分随着所述弹性构件的伸长而提供了相应的所述弹性构件的刚度的增加。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的机械臂，其中，所述弹性部分包括所述复合材料的芯，并且所述相对刚性部分包括外部环绕部分。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的机械臂，其中，所述相对刚性部分包括围绕所述弹性部分的盘旋式材料。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的机械臂，其中，所述弹性部分包括弹性体，诸如热塑性弹性体。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的机械臂，其中，所述相对刚性部分包括聚合物，诸如热塑性聚合物。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的机械臂，其中，所述关节允许所述第二连接件相对于所述第一连接件绕位于所述第二连接件的第一锚固点和第二锚固点之间的所述关节的枢转轴线枢转，其中，在所述第一双向致动器和所述第二双向致动器中的每一者中，所述第一弹性构件在所述第一锚固点和所述第一连接件之间延伸，以及所述第二弹性构件在所述第二锚固点和所述第一连接件之间延伸。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的机械臂，所述机械臂还包括：
端部执行器，所述端部执行器布置成与对象接合，所述关节的运动引起所述端部执行器的运动；
第一感测装置，所述第一感测装置布置成感测所述对象的最初估计位置；和
第二感测装置，所述第二感测装置布置成感测所述对象的最终感测位置，所述第二传感器布置成与所述端部执行器协同运动，
其中，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器布置成使所述端部执行器最初优选地在所述高扭矩模式下运动到所述最初估计位置，并最终优选地在所述对抗模式下运动到所述最终感测位置。
11.根据权利要求3至10中的任一项所述的机械臂，所述机械臂还包括端部执行器，所述端部执行器布置成与对象接合，所述关节的运动引起所述端部执行器的运动，其中，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器能够控制成使所述端部执行器最初在所述高扭矩模式下并最终在所述对抗模式下朝向待接合的对象运动。
12.一种控制机械臂的方法，所述机械臂包括：关节，所述关节允许第一连接件和第二连接件之间的运动；以及第一双向致动器和第二双向致动器，所述第一双向致动器和所述第二双向致动器中的每一者包括第一弹性构件和第二弹性构件，所述第一弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿第一方向运动，所述第二弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿与所述第一方向相反的第二方向运动，其中，所述第一弹性构件和所述第二弹性构件具有施加的力和产生的伸长之间的非线性关系，并且包括具有大体弹性部分和相对刚性部分的复合材料，
所述方法包括以下步骤：
控制所述第一双向致动器以增加所述第一双向致动器的所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的一者中的张力，同时减小所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的另一者中的张力；以及
控制所述第二双向致动器以增加所述第二双向致动器的所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的一者中的张力，同时减小所述第一弹性构件和所述第二弹性构件中的另一者中的张力。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法包括以下步骤：通过增加所述第一双向致动器和所述第二双向致动器各自的第一弹性构件中的张力并减小所述第一双向致动器和所述第二双向致动器各自的第二弹性构件中的张力，来控制所述第一双向致动器和所述第二双向致动器在高扭矩模式下操作。
14.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法包括以下步骤：通过在所述第一双向致动器中增加所述第一弹性构件中的张力并减小所述第二弹性构件中的张力，而同时在所述第二双向致动器中增加所述第二弹性构件中的张力并减小所述第一弹性构件中的张力，来在对抗模式下控制所述第一双向致动器和所述第二双向致动器。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的方法，其中，所述机械臂包括根据权利要求1至10中的任一项所述的机械臂。
16.根据权利要求12至15中的任一项所述的方法，所述方法包括：控制所述机械臂以使所述机械臂的端部执行器运动到对象，所述方法包括以下另外的其他步骤：
a)使用第一感测装置来感测所述对象的最初估计位置；
b)优选地通过控制所述第一双向致动器和所述第二双向致动器在所述高扭矩模式下操作，来使至少一个所述关节运动以使所述端部执行器运动到所述最初估计位置附近的临近位置；
c)使用构造成与所述端部执行器协同运动的第二感测装置来感测所述对象的最终感测位置；以及
d)优选地通过在所述对抗模式下控制所述第一双向致动器和所述第二双向致动器，来使所述至少一个关节运动以使所述端部执行器运动到所述最终感测位置。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的方法，所述方法包括：控制所述机械臂以使所述机械臂的端部执行器运动到对象，所述方法包括：控制所述第一双向致动器和所述第二双向致动器以使所述端部执行器最初在所述高扭矩模式下并最终在所述对抗模式下朝向所述对象运动。
18.一种用于采摘水果或蔬菜的系统，包括支撑一个或多个根据权利要求1至11中的任一项所述的机械臂的可移动基座。
19.一种控制机械臂以使所述机械臂的端部执行器运动到对象的方法，所述机械臂具有至少一个关节，所述至少一个关节能够运动以引起所述端部执行器的运动，所述方法包括以下步骤：
a)使用第一感测装置来感测所述对象的最初估计位置；
b)使所述至少一个关节运动以使所述端部执行器运动到所述最初估计位置附近的临近位置；
c)使用构造成与所述端部执行器协同运动的第二感测装置来感测所述对象的最终感测位置；以及
d)使所述至少一个关节运动以使所述端部执行器运动到所述最终感测位置。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，步骤(b)包括：对于所述端部执行器朝向所述最初估计位置的运动轨迹的至少初始部分，经由开环控制来控制所述关节的运动。
21.根据权利要求书19或20所述的方法，其中，步骤(b)包括：对于所述端部执行器朝向所述最初估计位置的运动轨迹的至少最终部分，经由闭环反馈控制来控制所述关节的运动。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的方法，其中，在步骤(a)中，使用所述第一感测装置包括：使用第一摄像机，优选地使用第一立体摄像机，以获得所述对象的所述最初估计位置。
23.根据权利要求19至22中的任一项所述的方法，其中，在步骤(c)中，使用所述第二感测装置包括：使用摄像机来获得所述对象的图像，以及优选地通过识别所述图像中的预定颜色或图案来识别所述图像中的所述对象。
24.根据权利要求19至23中的任一项所述的方法，其中，在步骤(c)中，使用所述第二感测装置包括：使用第二摄像机，优选地使用第二立体摄像机，以获得所述对象的所述最终感测位置。
25.根据权利要求19至24中的任一项所述的方法，所述方法包括重复以下另外的步骤：使用所述第二感测装置来感测所述对象的感测位置；以及使所述至少一个关节运动以使所述端部执行器运动到所述感测位置，直到所述感测位置对应于所述最终感测位置。
26.根据权利要求19至25中的任一项所述的方法，其中，所述关节包括变刚度致动器，所述变刚度致动器具有一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件能够致动成使所述关节运动从而使所述端部执行器运动，并且步骤(b)包括：在低刚度模式下控制所述变刚度致动器，在所述低刚度模式下，所述一个或多个弹性构件中的合成张力相对较低。
27.根据权利要求19至26中的任一项所述的方法，其中，所述关节包括变刚度致动器，所述变刚度致动器具有一个或多个弹性构件，所述一个或多个弹性构件能够致动成使所述关节运动从而使所述端部执行器运动，并且步骤(d)包括：在高刚度模式下控制所述变刚度致动器，在所述高刚度模式下，所述一个或多个弹性构件中的合成张力相对较高。
28.根据权利要求19至27中的任一项所述的方法，其中，所述关节能够由第一双向致动器和第二双向致动器移动，每个双向致动器包括第一弹性构件和第二弹性构件，所述第一弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿第一方向运动，所述第二弹性构件能够通过增加张力来致动成推动所述关节沿与所述第一方向相反的第二方向运动，所述双向致动器中的每一者能够控...
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