包含多个铰接元件的机械臂以及用于确定机械臂形状的装置制造方法及图纸

一种机械臂，其包括多个铰接元件（１２），和用于控制多个元件（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）的位置的控制装置（６），由此机械臂可以用蛇形来进行尖顶从动运动。装置（２）用于直接测量元件中至少部分元件的相对位置，所述装置计算与理论外形的偏差，并且修正机械臂控制装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含多，接元件的机械臂以及用于确定机械臂,的 狱领域本专利技术涉及一种机械臂，特别是涉及具有"尖顶从动"功能的机械臂。背景駄在机器人领域，具有尖顶从动功能的机械臂是发展的方向；也就是说，机 械臂以类{} 形的方式纵向前进。这种机械臂能够承载工作负荷和工具，而且 可用于对具WWPra道的设备，例如喷气发动机的内部零件，进行检查。尖顶从动，通常在医疗领域以内窥镜的的形式和在工业领,种程度上以内孑L表面检査仪的形^r泛应用。然而,这些装置 ^于外部环境来控制工作 台或者传感装置在一个合适的部位执行给定的任务。内窥镜通常由本体内的孔 来引导，虽然在内窥镜末端可以执行一定的控制，但事实上内窥镜的主要部分 本质上是被动的，其中仅有的引导由装置移动在其中的本体中的孔或者管来提 供。用于机械臂的尖顶从动技术的主要优点在我们同时待审的专利申请N。.W00216995中进行描述。该申i青描述和保护一种机械臂，该臂由多个纵向 链段组成，每,连段包含多个被动连接元件。每^I段的^J瑞由导线"引导"， 这样通过改变导线的长度，可以使臂弯曲。在典型的机械臂中，可以具有许多 链段，比方说4到20个，^tf连段比方可以包含10到20个连接元件。M:调 整每一链段的控制线的张力，臂可以移动和采取多种空间外形和结构。例如可 以通过在发动机中使用的轴上缠绕每一根控帝i践来实现。发动机例如由电脑控 制系统控制。臂固定 座上且向目标推进，同时外形不断改变以"跟随"着尖端。 用这种机械臂，连接元件的关节处于压紧状态下，即在每一控制线上J^共 张力，"绷紧"每一关节。这样使臂具有空间确定性，可以更好的控制臂的空间 位置。这样，就可以控制一个链段里的一组连接元件，而不是與虫的控制每一 个元件，禾佣这种连接元件的冈岐设计来传递负荷，使得招可运动和减负荷变化或者力矩的改变在链段的连接元件中传递。我们同时待审的申请WO02/100608也涉及一种机械臂，其中ili^i入一层橡胶或者Ait^^粘接或 者锁紧两个形成链段间相邻连接元件间的关节的部件，橡胶层在链接部件间形 成固定的接触表面，同时提供弹性剪切力产生连接的"刚度"。为了鄉一种會滩沿着空间内预定路《纽其与预定路径偏离或者改菊艮小 的尖顶从动的机械臂，有必要了解臂的大量组件或者元件相对的精确位置和结 构。在"理想"的没有摩擦的链段中，当外部作用力，如负荷、重力、摩擦等 不存在时，每一链段将保持沿其长度方向恒定半径的圆弧形。itl^卜，对导线绕 筒或绞盘的角位移的测量^JIf共精确的测量以控制导线长度。然而实际上，外部因素对每1链都有影响，其会改势卜形，使得臂不再 是一个圆的正圆弧。而且臂负荷变化时导线可能在绕筒上滑动。这使控制臂沿 一预定路径更加困难，因为改变臂的姿态将改变臂的负荷、重S/摩擦力的分布， 因此改变臂本身的皿，弓胞至少部分的偏离预定路径。虽然在某些情况下可 以接受与预定路径有一些偏离，但是其它偏离情况是一定不能接受的。
技术实现思路
本专利技术的目的就为了缓解这些问题。根据本专利技术，提供了一种机械臂，其包含至少一个^l段，所述链段具有多 怖接元件； 一控制装置，通过作用一賴段或^S连段的控制元件来控制机 械臂的位置；和一测量装置，所述湖懂装置与控制装置相关联，用来测量臂中 一个或每个链段中的至少一个连接元件与至少另一个连接元件的相对位置，用以以确定臂的实际开m。因而观懂装置樹共与实际臂外形有关的信息，使得臂的控制能够被调节来 补偿臂外形由于外界因素导致的与预定外形产生的差异。例如，臂可以包括与 控制装置和测量装置相关联的运算装置，用来计算臂实际外形与预定外形差异， 期每修正值鹏合控制装置。 地，测量装置测1^对相邻元件，或者至少一个或WH连g端的每 对元件间的相对位置。这样就可以得到臂实际外形的精确图像，使任何要求的 补偿运动能够计算出来。例如，可以通过观察和测量臂上的外部记号的位置来测得相对位置。在另一个例子中，测量，^ffi来测量元件皿接元件之间的横向平面的角度关系。 为了全面描述两本体间的空间关系，需要六个独立的描述符。最简单的形式记为X，Y，Z (平移)，a, e， Y (方向)。平移和方向通常用来确定"姿态"。 而在依照本专利技术的一个更精确的臂中，测量，可以测量元件的相对位置。例如，测量體可以包含产生一组由戶腐一个元件承载的能量束的體， 和由其它元件承载的能量阵列传感装置，其适于检测能量束。，地，所述能 量阵列具有大于能量束的尺寸范围，使得所述一元件相对于另一元件的移动导 致能量束相对阵列的移动，因此可以显示出元件中的一个相对另一个的位置。多个能量束和阵列对可以被设置在元件上的不同位置上，用来计算一个元 件相对于另一个元件的空间位置。尽管理论上三组足以提供六个信息，但是发 现在一个平面上使用四个这样的组更好。所述能量束和阵列组每个都提供了两 个测量数据。这八个测量数据然后运用运算法则可以导出六个独立的描述符， 由此完戯卜形信息。能量束可以是倒可适当的能量束，特别是典型地电磁能量， 例如，由发光二极管产生的光。这种传感装置可以为检湖像素的拉长阵列，其 沿着能量束移动的预期路径延伸。能量束的十顿和结构可由穿过狭缝娜的光来控制。通过控制光产生體 与狭缝的距离，能量束的形状和性质可以被控制在清晰的界限量内。当考虑阵 列潜在运动方向时，能量束产生时在两边都具有半影。半影最好能够覆盖至少 六个阵列像素，使得光的修整可以被检测到，就接收器象素阵列来说能清晰地 显示出能量束运动的位置和方向。这样，能量源可以产生具有唯一强度的光或 能量的屏。或者，这种测量装置也可以直接测量相邻元件在不同〗體间的距离。如果 在至少三个位置上测量，所述元件的横向平面的相对位置可以确定。例如，测 量装置可以包括三个线性电位仪，它们固定在元件的外围或邻近外围之间。电 位仪占据很小的空间并且可以被快速取样。这种测量装置适用于仅能在元件间以较少的自由度(少于完整的六个自由 度)相对运动的各种机械臂和尖顶从动装置。这样只需要较少的测量就能完全 确定一元件相对另一元件的空间姿态。例如，如果忽略或者有效消除扭曲位移 和剪切，那么元件之间就很少有或者没有扭曲或者剪切运动。另一种测量元件的横向平面倾斜的方法是在元件上固定加速计。1M地使用三个加速计， 一个用于戶诚元件旋转的一 个轴线。通过在每1段上至少一个或者,在全部元件上设置测量装置，可以对 元件中的每一个相对臂数据的相对位置进t，续监测。上部的重量是最小的，由每一个测量装置传递的信号可以传到与用于臂的控制装置相连的计算ai:，由此可调节导线的张力从而修正元件^;件组与预定路径、外形、结构的偏差。 这样能更好地在路〗处控制臂的下述特性，也能精确调节一些或者全部的链段 的控制线上的张力，此时考虑到了负载、位置或者由臂末端的工作台产生的工 作压力的变化的影响。控制装置包含控制线，針控审i践绕在一个与臂的近端相邻的定直4域者 变直径的主轴或者绞盘上。每一，段的端部的位置由每个主轴上的电动机带 动线绕上或绕出来控制。在这种布置中，线被巻绕的张力会变化，这样，电动 机上的编码器不再能够准确的测量导线的长度。因此，测量装置可包括线位移 测量装置，以精确观懂出各个线的长度和由线控制的元件的健。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂，包括：具有多个铰接元件的至少一个链段；通过作用于所述一个链段或每个链段上的控制元件来控制所述臂位置的控制装置；以及，测量装置，其与控制装置相联，设置用来测量所述臂中所述一个链段或每个链段中的至少一个元件与所述臂中至少另一个元件的相对位置，用来确定所述臂的实际形状。

【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：RO白金汉，AC格拉厄姆，
申请(专利权)人：奥利弗克里斯品机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]