用于精细定位末端部的自动机械手装置及相关控制制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自动装置，该自动装置包括：用于在Ｎ维空间中移动一个端部的铰接臂，该铰接臂具有至少Ｎ＋１个电动关节；以及用于控制所述电动关节移动的计算机，所述计算机控制对该铰接臂的末端部进行预定位的第一步骤和进行精细定位的第二步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使末端部能够移动的自动机械手装置领域。
技术介绍
所述自动机械手装置用于在空间中移动和定位物体或者工具。该自动机械手装置 可具有串接、并接或者较少见的混合结构。在串接结构中，构成该自动装置的各个部件彼此 串联铰接，通过沿运动链分布的致动器获得相对运动。在并接结构中，若干运动链闭合(se refermer)并且构成这种运动链的元件不必全部被致动。所述串接、混合或者并接的自动机械手装置具有一定的自动装置灵活度，从而使 待被操纵的物体获得一定的自由度。大多数工业化销售的串接自动装置为-SCARA类型，具有位于一个平面内的两个移动臂和在垂直于该平面的方向上的一 个自动装置灵活度(平面能够绕后者的轴线旋转得到)，允许在与基准平面平行的平面中 对固体进行定位和定向；或者-拟人化类型，具有基座、肩部、支撑腕关节(poignet)的臂，最终产生6个自动装 置灵活度(3个用于定位，3个用于定向)。如果自动装置灵活度的数量(与致动器的数量相关)大于所获得的被操纵固体的 自由度的数量，则自动装置可能是冗余的。一般地说，所述自动装置虽然难以控制，但是能 够避开工作空间中的障碍或者能够在难以进入的空间中工作。标准ISO 9283定义了工业自动装置所考虑的性能标准，特别是定位的重复性和 精确性。到目前为止，无论是串接或者并接、冗余或者非冗余的自动机械手装置的定位的重 复性没有超过接近百分之一毫米的值。就精确度性能而言，它们甚至更差，现在最好的自动 装置仅仅能够保证在工作空间中0. 03毫米内的精确定位。在诸如制表领域中，必须在0. 2毫米直径的孔中插入轴，或者在光电领域中，已证 明小于0.01毫米的重复性以及0. 01毫米量级的定位精确度是必须的。对于一些所谓的奇异(singuliSre)结构而言，自动装置的末端部的自由度的数 量局部上严格小于自动装置灵活度的数量。雅可比矩阵是对该自动装置的几何模型进行微 分得到的矩阵；该矩阵在奇异位置中不再是可逆(irwersible)的。例如当该自动装置被可 逆的微分模型控制时将产生问题。因为潜在的控制问题，通常难以在靠近奇异结构的区域 中定位自动装置的末端部。文献US4523100已知为现有技术，其公开了一种包括铰接臂的自动装置，该铰接 臂支撑用于微运动的铰接头。所述铰接臂提供铰接头的粗略定位，精确定位由构成该头部 关节的线性游标提供。该自动装置具有如下缺点需要至少6个不同种类的关节。在所谓的用于在三维空间中精确定位物体的微装置/宏装置内，该末端部的精细 移动通常由固定在运动链下游的独立测微装置提供；该组件需要用于对测微装置进行定位 的支撑结构的最少3个关节，该测微装置本身包括3个关节，这意味着大致包括6个关节。
技术实现思路
本专利技术用来解决现有技术的上述缺点，特别地用于精确定位冗余自动装置的末端 部，从而相对现有技术具有精确性方面(重复性和精确定位)的改进性能。此外，本专利技术能 够在与自动装置结构的基座或者奇异结构靠近的区域中工作。与宏装置/微装置相比，本 专利技术通过提供一种集成架构而使精细定位所使用的关节数目实质减少。本专利技术涉及完全集成且冗余的自动装置结构，对于所述结构而言存在所谓的“感 兴趣区域(une zone d'interet)"，在该区域中可获得自动装置的末端部的精细定位。与专 利US4523100所公开的技术方案不同，该感兴趣区域不覆盖自动装置的末端部可进入的整 个工作空间，但是具有优选的动作容积，在所述动作容积内自动装置的端部可沿任一运动 路径运动。本专利技术涉及自动装置，其包括用于使端部在N维空间中移动的铰接臂，该铰接臂 具有至少N+1个电动关节；以及计算机，用于控制电动关节移动，所述计算机控制对该铰接 臂的末端部进行预定位的第一步骤和进行精细定位的第二步骤。预定位的第一步骤包括使铰接臂的端部进入到感兴趣区域中，尽可能靠近最优定 位区域的中心，所述中心通过N个辅助(secondaire)电动关节限定，所述关节中的至少一 个是旋转轴。精细定位的第二步骤包括阻止除所述N个辅助电动关节之外的所有关节活动； 以及通过所述N个辅助电动关节中的至少一个的基本移动来控制末端部的移动。在具体实施例中-用于在三维空间中定位的铰接臂包括至少4个电动关节，其中包括至少2个旋 转轴，所述预定位的第一步骤包括将自动装置的末端部引入到感兴趣区域中，所述感兴趣 区域是工作空间的子集合，所述精细定位的第二步骤包括阻止除包括2个旋转轴在内的3 个辅助电动关节之外的所有关节活动、以及通过辅助关节中的至少一个的基本移动来进行 最终定位；-用于在三维空间中定位的铰接臂包括至少4个电动关节，其中包括至少一个旋 转轴，所述预定位的第一步骤包括将自动装置的末端部引入到感兴趣区域中，所述感兴趣 区域是工作空间的子集合，所述精细定位的第二步骤包括阻止除了包括所述旋转轴在内 的3个辅助电动关节之外的所有关节活动、以及通过所述辅助关节中的至少一个的基本移 动来进行最终定位；-铰接结构包括至少3个电动关节，其中包括至少2个所谓的辅助平行旋转轴，所 述预定位的第一步骤包括将所述自动装置的末端部引入到感兴趣区域中；所述精细定位的 第二步骤包括阻止除了辅助电动旋转轴之外的所有电动关节活动，以及通过所述辅助轴 中的至少一个的旋转所引起的基本移动来进行最终定位；-用于在空间的平面中定位的铰接臂包括至少3个电动关节，其中包括至少一个 旋转轴，所述预定位的第一步骤包括将自动装置的末端部引入到感兴趣区域中，所述感兴 趣区域是工作空间的子集合，所述精细定位的第二步骤包括阻止除了包括所述旋转轴在 内的2个辅助电动关节之外的所有关节活动、以及通过所述辅助关节中的至少一个的基本 移动来进行最终定位；-用于在三维空间进行定位的铰接臂包括至少4个串接的电动关节，其中包括至 少3个所谓的辅助旋转轴，所述预定位的第一步骤包括将该自动装置的末端部引入到感兴 趣区域中，所述感兴趣区域是工作空间的子集合，相对于3个附属旋转轴的杠杆臂具有小 长度，所述精细定位的第二步骤包括阻止除了辅助电动旋转轴之外的所有关节活动、以及 通过所述辅助轴中的至少一个的旋转所引起的基本移动来进行最终定位；-铰接臂包括至少3个串接的电动关节，其中包括至少2个所谓的辅助平行旋转 轴，所述预定位的第一步骤包括将该自动装置的末端部引入到感兴趣区域中，甚至最优定 位区域，所述最优定位区域是圆盘，该圆盘的中心是与等腰直角三角形的斜边相对的顶点， 所述等腰直角三角形包含在包括操纵臂的末端部并且垂直于辅助旋转轴的平面中，所述斜 边具有位于第一辅助旋转轴上的第一顶点和位于第二辅助旋转轴上的第二顶点；圆盘的直 径近似等于两个辅助旋转轴之间的距离；所述精细定位的第二步骤包括阻止除所述辅助 电动旋转轴之外的所有电动关节活动，以及通过辅助轴中的至少一个的旋转所引起的基本 移动来进行最终定位；-自动装置包括至少一个位于运动链上游的附加关节，还包括一个通过所述附加 关节的动作限定感兴趣区域的打开步骤；-所述精细定位是通过重复从称为协调点的特定点到目标点的运动路径的一部分 而间接获得的，从而解决了干摩擦(frottements sees)的问题，该协调点是位于与目标点 相关联的死区(zone mort本文档来自技高网...

【技术保护点】
自动装置，包括：用于使端部在Ｎ维空间中移动的铰接臂，所述铰接臂包括至少Ｎ＋１个电动关节；以及计算机，用于控制所述电动关节的移动，其特征在于，所述计算机控制对所述铰接臂的末端部进行预定位的第一步骤和进行精细定位的第二步骤，　　预定位的第一步骤包括使所述铰接臂的端部进入到感兴趣区域中，尽可能靠近最优定位区域的中心，所述中心由Ｎ个辅助电动关节限定，所述关节中的至少一个是旋转轴；　　精细定位的第二步骤包括：阻止除所述Ｎ个辅助电动关节之外的所有关节活动；以及通过所述Ｎ个辅助电动关节中的至少一个的基本移动来控制所述末端部的移动。

【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：让弗朗索瓦布莱斯，
申请(专利权)人：勒阿佛尔大学，
类型：发明
国别省市：FR[法国]