一种主手机械臂和主手机械臂的关节扭矩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种主手机械臂和主手机械臂的关节扭矩控制方法，所述的主手机械臂具体包括：固定座以及一至三轴连杆；一轴连杆与固定座绕第一旋转轴转动连接；二轴连杆与一轴连杆绕第二旋转轴转动连接；三轴连杆与二轴连杆绕第三旋转轴转动连接；设置在一轴连杆上的二轴驱动模组直接驱动二轴连杆绕第二旋转轴转动；设置在一轴连杆或二轴连杆上的三轴驱动模组通过驱动连接组件将转动传递到三轴连杆，驱动三轴连杆绕第三旋转轴转动。本发明专利技术实施例提供的结构能够减轻末端负载，提升操作手感，保证稳定运行；本发明专利技术实施例提供的控制方法，能够补偿驱动模组的摩擦力，提升对主手机械臂的关节扭矩控制精度。关节扭矩控制精度。关节扭矩控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种主手机械臂和主手机械臂的关节扭矩控制方法


[0001]本专利技术涉及手术机器人
，特别涉及一种主手机械臂和一种主手机械臂的关节扭矩控制方法。

技术介绍

[0002]主从式微创手术机器人是将机器人技术与传统的微创手术技术相结合的一种机器人系统，主手是主从式微创手术机器人的主控制器，是医生与微创手术机器人交互的关键设备以及进行人机交互的载体，主手一方面作为输入装置将医生手部的操作动作传递给从端控制从手完成手术操作，另一方面作为输出装置能够将从手与手术环境的交互作用力反馈给医生实现临场力感觉。
[0003]主手机械臂包含多个转动自由度，需要在各轴上安装驱动模组，而现有的主手机械臂中驱动模组的布置方式和驱动组件的结构设置，都难以使各轴的体积和重量降低，特别是末端负载的体积和重量，这对提升操作手感造成了一定的阻碍，并且往往无法兼顾操作过程中结构的稳定性。主手机械臂中的驱动模块若采用大减速比的减速器，存在较大的摩擦力，导致关节输出扭矩减小，为了补偿减速器摩擦力，还需要对主手机械臂的关节扭矩进行控制。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种主手机械臂和主手机械臂的关节扭矩控制方法，技术方案如下所述：
[0005]一种主手机械臂，包括：
[0006]固定座；
[0007]一轴连杆，与所述固定座绕第一旋转轴转动连接；
[0008]二轴连杆，与所述一轴连杆绕第二旋转轴转动连接；
[0009]三轴连杆，与所述二轴连杆绕第三旋转轴转动连接；
[0010]二轴驱动模组，设置在所述一轴连杆上，所述二轴驱动模组的输出端连接所述二轴连杆，所述二轴驱动模组直接驱动所述二轴连杆绕第二旋转轴转动；
[0011]三轴驱动模组，设置在所述一轴连杆或所述二轴连杆上；
[0012]驱动连接组件，设置在所述三轴驱动模组的输出端和三轴连杆之间，用于将所述三轴驱动模组输出的转动传递到所述三轴连杆，使所述三轴驱动模组通过所述驱动连接组件驱动所述三轴连杆绕第三旋转轴转动。
[0013]进一步的，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组均包括依次连接的电机和减速器，所述减速器的输出端设置扭矩传感器。
[0014]进一步的，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组平行设置于所述一轴连杆内，所述二轴驱动模组的输出端提供绕第二旋转轴的转动；所述三轴驱动模组的输出端提供绕第一中间转轴的转动，所述第三旋转轴和所述第一中间转轴平行，所述第一中间转轴的转动通
过所述驱动连接组件传递到所述第三旋转轴，从而驱动所述第三旋转轴的转动。
[0015]进一步的，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组在所述一轴连杆内沿平行于第一旋转轴方向并列排布，且所述二轴驱动模组设置在所述一轴连杆内更靠近所述二轴连杆的一侧。
[0016]进一步的，所述驱动连接组件包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件和第五连接件，
[0017]所述第一连接件的一端与所述三轴驱动模组的输出端连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件的一端转动连接；
[0018]所述第三连接件的一端与所述二轴驱动模组的输出端连接，所述第三连接件的另一端与所述第二连接件的另一端和所述第四连接件的一端转动连接；
[0019]所述第五连接件的一端与第四连接件的另一端转动连接，所述第五连接件的另一端连与所述三轴连杆固定连接。
[0020]进一步的，所述第一连接件、第二连接件、第三连接件与所述一轴连杆构成平行四边形连接，所述第三连接件、第四连接件、第五连接件与所述二轴连杆构成平行四边形连接。
[0021]进一步的，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组沿垂直于第一旋转轴方向并列排布；所述二轴驱动模组的输出端提供绕第二旋转轴的转动，所述三轴驱动模组的输出端提供绕第一中间转轴的转动，第二旋转轴和第一中间转轴同轴；所述第三旋转轴和所述第一中间转轴平行，所述第一中间转轴的转动通过所述驱动连接组件传递到所述第三旋转轴，从而驱动所述第三旋转轴的转动。
[0022]进一步的，所述三轴驱动模组设置在所述二轴连杆上，并跟随所述二轴连杆一同转动。
[0023]进一步的，所述三轴驱动模组设置在所述一轴连杆上，且所述二轴驱动模组的输出轴和所述三轴驱动模组的输出轴均通过轴承安装到所述一轴连杆上。
[0024]进一步的，所述驱动连接组件包括第六连接件和第七连接件，所述第六连接件的一端与所述三轴驱动模组的输出端连接，另一端连接所述第七连接件的一端，所述第七连接件的另一端连接所述三轴连杆；所述第六连接件、第七连接件、二轴连杆与部分三轴连杆构成平行四边形连接。
[0025]进一步的，所述主手机械臂还包括设置在所述固定座内的一轴驱动模组，所述一轴驱动模组的输出端连接所述一轴连杆，所述一轴驱动模组直接驱动所述一轴连杆绕第一旋转轴转动；所述一轴驱动模组包括依次连接的电机和减速器，所述减速器的输出端设置扭矩传感器。
[0026]进一步的，所述电机的输出轴设置有抱闸结构。
[0027]进一步的，所述主手机械臂还包括四轴连杆、五轴连杆和六轴连杆，所述四轴连杆与所述三轴连杆转动连接，所述五轴连杆与所述四轴连杆转动连接，所述六轴连杆与所述五轴连杆转动连接，所述六轴连杆的自由端设置主手工具。
[0028]一种主手机械臂的关节扭矩控制方法，所述主手机械臂采用如上述的主手机械臂；所述主手机械臂的关节扭矩控制方法包括：
[0029]确定控制对象，所述控制对象为所述主手机械臂中的一轴驱动模组、二轴驱动模
组和三轴驱动模组的至少一个；
[0030]获取所述控制对象的当前运动状态，并根据所述当前运动状态确定所述控制对象对应的预设扭矩值；
[0031]按照所述预设扭矩值控制所述控制对象工作，并利用扭矩传感器检测所述控制对象输出的实际扭矩值；
[0032]计算所述预设扭矩值和所述实际扭矩值的扭矩差值，根据所述扭矩差值调整所述控制对象的工作电流，以使调整工作电流后的控制对象输出的实际扭矩值等于所述预设扭矩值。
[0033]进一步的，根据所述当前运动状态确定所述控制对象对应的预设扭矩值，包括：
[0034]获取所述主手机械臂的动力学模型；
[0035]将所述当前运动状态输入所述动力学模型，得到所述控制对象对应的预设扭矩值。
[0036]进一步的，在按照所述预设扭矩值控制所述控制对象工作之前，还包括：
[0037]将所述预设扭矩值与第一比例系数的乘积作为预启动扭矩值；其中，所述第一比例系数大于等于0且小于等于1；
[0038]确定所述预启动扭矩值对应的预启动电流值，通过前馈控制的方式控制所述控制对象按照所述预启动电流值工作。
[0039]进一步的，在按照所述预设扭矩值控制所述控制对象工作之前，还包括：
[0040]根据工况与摩擦力的对应关系确定所述控制对象的当前摩擦力；
[0041]将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主手机械臂，其特征在于，包括：固定座；一轴连杆，与所述固定座绕第一旋转轴转动连接；二轴连杆，与所述一轴连杆绕第二旋转轴转动连接；三轴连杆，与所述二轴连杆绕第三旋转轴转动连接；二轴驱动模组，设置在所述一轴连杆上，所述二轴驱动模组的输出端连接所述二轴连杆，所述二轴驱动模组直接驱动所述二轴连杆绕第二旋转轴转动；三轴驱动模组，设置在所述一轴连杆或所述二轴连杆上；驱动连接组件，设置在所述三轴驱动模组的输出端和三轴连杆之间，用于将所述三轴驱动模组输出的转动传递到所述三轴连杆，使所述三轴驱动模组通过所述驱动连接组件驱动所述三轴连杆绕第三旋转轴转动。2.根据权利要求1所述的主手机械臂，其特征在于，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组均包括依次连接的电机和减速器，所述减速器的输出端设置扭矩传感器。3.根据权利要求1或2所述的主手机械臂，其特征在于，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组平行设置于所述一轴连杆上，所述二轴驱动模组的输出端提供绕第二旋转轴的转动；所述三轴驱动模组的输出端提供绕第一中间转轴的转动，所述第三旋转轴和所述第一中间转轴平行，所述第一中间转轴的转动通过所述驱动连接组件传递到所述第三旋转轴，从而驱动所述第三旋转轴的转动。4.根据权利要求3所述的主手机械臂，其特征在于，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组在所述一轴连杆上沿平行于第一旋转轴方向并列排布，且所述二轴驱动模组设置在所述一轴连杆内更靠近所述二轴连杆的一侧。5.根据权利要求4所述的主手机械臂，其特征在于，所述驱动连接组件包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、第四连接件和第五连接件，所述第一连接件的一端与所述三轴驱动模组的输出端连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件的一端转动连接；所述第三连接件的一端与所述二轴驱动模组的输出端连接，所述第三连接件的另一端与所述第二连接件的另一端和所述第四连接件的一端转动连接；所述第五连接件的一端与第四连接件的另一端转动连接，所述第五连接件的另一端连与所述三轴连杆固定连接。6.根据权利要求5所述的主手机械臂，其特征在于，所述第一连接件、第二连接件、第三连接件与所述一轴连杆构成平行四边形连接，所述第三连接件、第四连接件、第五连接件与所述二轴连杆构成平行四边形连接。7.根据权利要求1或2所述的主手机械臂，其特征在于，所述二轴驱动模组和三轴驱动模组沿垂直于第一旋转轴方向并列排布；所述二轴驱动模组的输出端提供绕第二旋转轴的转动，所述三轴驱动模组的输出端提供绕第一中间转轴的转动，第二旋转轴和第一中间转轴同轴；所述第三旋转轴和所述第一中间转轴平行，所述第一中间转轴的转动通过所述驱动连接组件传递到所述第三旋转轴，从而驱动所述第三旋转轴的转动。8.根据权利要求7所述的主手机械臂，其特征在于，所述三轴驱动模组设置在所述一轴连杆上，且所述二轴驱动模组的输出轴和所述三轴驱动模组的输出轴均通过轴承安装到所
述一轴连杆上。9.根据权利要求7所述的主手机械臂，其特征在于，所述三轴驱动模组设置在所述二轴连...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹，黄宇，陈经纬，王了，
申请(专利权)人：重庆金山医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：