專利名稱：包含多個(gè)鉸接元件的機(jī)械臂以及用于確定機(jī)械臂形狀的裝置的制作方法
包含多，接元件的機(jī)械臂以及用于確定機(jī)械臂,的 獄領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂，特別是涉及具有"尖頂從動(dòng)"功能的機(jī)械臂。背景駄在機(jī)器人領(lǐng)域，具有尖頂從動(dòng)功能的機(jī)械臂是發(fā)展的方向；也就是說(shuō)，機(jī) 械臂以類{} 形的方式縱向前進(jìn)。這種機(jī)械臂能夠承載工作負(fù)荷和工具，而且 可用于對(duì)具WWPra道的設(shè)備，例如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部零件，進(jìn)行檢查。尖頂從動(dòng)，通常在醫(yī)療領(lǐng)域以內(nèi)窺鏡的的形式和在工業(yè)領(lǐng),種程度上以內(nèi)孑L表面檢査儀的形^r泛應(yīng)用。然而,這些裝置 ^于外部環(huán)境來(lái)控制工作 臺(tái)或者傳感裝置在一個(gè)合適的部位執(zhí)行給定的任務(wù)。內(nèi)窺鏡通常由本體內(nèi)的孔 來(lái)引導(dǎo)，雖然在內(nèi)窺鏡末端可以執(zhí)行一定的控制，但事實(shí)上內(nèi)窺鏡的主要部分 本質(zhì)上是被動(dòng)的，其中僅有的引導(dǎo)由裝置移動(dòng)在其中的本體中的孔或者管來(lái)提 供。用于機(jī)械臂的尖頂從動(dòng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在我們同時(shí)待審的專利申請(qǐng)N。.W00216995中進(jìn)行描述。該申i青描述和保護(hù)一種機(jī)械臂，該臂由多個(gè)縱向 鏈段組成，每,連段包含多個(gè)被動(dòng)連接元件。每^I段的^J瑞由導(dǎo)線"引導(dǎo)"， 這樣通過(guò)改變導(dǎo)線的長(zhǎng)度，可以使臂彎曲。在典型的機(jī)械臂中，可以具有許多 鏈段，比方說(shuō)4到20個(gè)，^tf連段比方可以包含10到20個(gè)連接元件。M:調(diào) 整每一鏈段的控制線的張力，臂可以移動(dòng)和采取多種空間外形和結(jié)構(gòu)。例如可 以通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的軸上纏繞每一根控帝i踐來(lái)實(shí)現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)例如由電腦控 制系統(tǒng)控制。臂固定 座上且向目標(biāo)推進(jìn)，同時(shí)外形不斷改變以"跟隨"著尖端。 用這種機(jī)械臂，連接元件的關(guān)節(jié)處于壓緊狀態(tài)下，即在每一控制線上J^共 張力，"繃緊"每一關(guān)節(jié)。這樣使臂具有空間確定性，可以更好的控制臂的空間 位置。這樣，就可以控制一個(gè)鏈段里的一組連接元件，而不是與蟲(chóng)的控制每一 個(gè)元件，禾傭這種連接元件的岡岐設(shè)計(jì)來(lái)傳遞負(fù)荷，使得招可運(yùn)動(dòng)和減負(fù)荷變化或者力矩的改變?cè)阪湺蔚倪B接元件中傳遞。我們同時(shí)待審的申請(qǐng)WO02/100608也涉及一種機(jī)械臂，其中ili^i入一層橡膠或者Ait^^粘接或 者鎖緊兩個(gè)形成鏈段間相鄰連接元件間的關(guān)節(jié)的部件，橡膠層在鏈接部件間形 成固定的接觸表面，同時(shí)提供彈性剪切力產(chǎn)生連接的"剛度"。為了鄉(xiāng)一種會(huì)灘沿著空間內(nèi)預(yù)定路《紐其與預(yù)定路徑偏離或者改菊艮小 的尖頂從動(dòng)的機(jī)械臂，有必要了解臂的大量組件或者元件相對(duì)的精確位置和結(jié) 構(gòu)。在"理想"的沒(méi)有摩擦的鏈段中，當(dāng)外部作用力，如負(fù)荷、重力、摩擦等 不存在時(shí)，每一鏈段將保持沿其長(zhǎng)度方向恒定半徑的圓弧形。itl^卜，對(duì)導(dǎo)線繞 筒或絞盤(pán)的角位移的測(cè)量^JIf共精確的測(cè)量以控制導(dǎo)線長(zhǎng)度。然而實(shí)際上，外部因素對(duì)每1鏈都有影響，其會(huì)改勢(shì)卜形，使得臂不再 是一個(gè)圓的正圓弧。而且臂負(fù)荷變化時(shí)導(dǎo)線可能在繞筒上滑動(dòng)。這使控制臂沿 一預(yù)定路徑更加困難，因?yàn)楦淖儽鄣淖藨B(tài)將改變臂的負(fù)荷、重S/摩擦力的分布， 因此改變臂本身的皿，弓胞至少部分的偏離預(yù)定路徑。雖然在某些情況下可 以接受與預(yù)定路徑有一些偏離，但是其它偏離情況是一定不能接受的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就為了緩解這些問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種機(jī)械臂，其包含至少一個(gè)^l段，所述鏈段具有多 怖接元件； 一控制裝置，通過(guò)作用一賴段或^S連段的控制元件來(lái)控制機(jī) 械臂的位置；和一測(cè)量裝置，所述湖懂裝置與控制裝置相關(guān)聯(lián)，用來(lái)測(cè)量臂中 一個(gè)或每個(gè)鏈段中的至少一個(gè)連接元件與至少另一個(gè)連接元件的相對(duì)位置，用以以確定臂的實(shí)際開(kāi)m。因而觀懂裝置樹(shù)共與實(shí)際臂外形有關(guān)的信息，使得臂的控制能夠被調(diào)節(jié)來(lái) 補(bǔ)償臂外形由于外界因素導(dǎo)致的與預(yù)定外形產(chǎn)生的差異。例如，臂可以包括與 控制裝置和測(cè)量裝置相關(guān)聯(lián)的運(yùn)算裝置，用來(lái)計(jì)算臂實(shí)際外形與預(yù)定外形差異， 期每修正值鵬合控制裝置。 地，測(cè)量裝置測(cè)1^對(duì)相鄰元件，或者至少一個(gè)或WH連g端的每 對(duì)元件間的相對(duì)位置。這樣就可以得到臂實(shí)際外形的精確圖像，使任何要求的 補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)能夠計(jì)算出來(lái)。例如，可以通過(guò)觀察和測(cè)量臂上的外部記號(hào)的位置來(lái)測(cè)得相對(duì)位置。在另一個(gè)例子中，測(cè)量，^ffi來(lái)測(cè)量元件皿接元件之間的橫向平面的角度關(guān)系。 為了全面描述兩本體間的空間關(guān)系，需要六個(gè)獨(dú)立的描述符。最簡(jiǎn)單的形式記為X，Y，Z (平移)，a, e， Y (方向)。平移和方向通常用來(lái)確定"姿態(tài)"。 而在依照本發(fā)明的一個(gè)更精確的臂中，測(cè)量，可以測(cè)量元件的相對(duì)位置。例如，測(cè)量體可以包含產(chǎn)生一組由戶腐一個(gè)元件承載的能量束的體， 和由其它元件承載的能量陣列傳感裝置，其適于檢測(cè)能量束。，地，所述能 量陣列具有大于能量束的尺寸范圍，使得所述一元件相對(duì)于另一元件的移動(dòng)導(dǎo) 致能量束相對(duì)陣列的移動(dòng)，因此可以顯示出元件中的一個(gè)相對(duì)另一個(gè)的位置。多個(gè)能量束和陣列對(duì)可以被設(shè)置在元件上的不同位置上，用來(lái)計(jì)算一個(gè)元 件相對(duì)于另一個(gè)元件的空間位置。盡管理論上三組足以提供六個(gè)信息，但是發(fā) 現(xiàn)在一個(gè)平面上使用四個(gè)這樣的組更好。所述能量束和陣列組每個(gè)都提供了兩 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。這八個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)然后運(yùn)用運(yùn)算法則可以導(dǎo)出六個(gè)獨(dú)立的描述符， 由此完戯卜形信息。能量束可以是倒可適當(dāng)?shù)哪芰渴貏e是典型地電磁能量， 例如，由發(fā)光二極管產(chǎn)生的光。這種傳感裝置可以為檢湖像素的拉長(zhǎng)陣列，其 沿著能量束移動(dòng)的預(yù)期路徑延伸。能量束的十頓和結(jié)構(gòu)可由穿過(guò)狹縫娜的光來(lái)控制。通過(guò)控制光產(chǎn)生體 與狹縫的距離，能量束的形狀和性質(zhì)可以被控制在清晰的界限量?jī)?nèi)。當(dāng)考慮陣 列潛在運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，能量束產(chǎn)生時(shí)在兩邊都具有半影。半影最好能夠覆蓋至少 六個(gè)陣列像素，使得光的修整可以被檢測(cè)到，就接收器象素陣列來(lái)說(shuō)能清晰地 顯示出能量束運(yùn)動(dòng)的位置和方向。這樣，能量源可以產(chǎn)生具有唯一強(qiáng)度的光或 能量的屏。或者，這種測(cè)量裝置也可以直接測(cè)量相鄰元件在不同〗體間的距離。如果 在至少三個(gè)位置上測(cè)量，所述元件的橫向平面的相對(duì)位置可以確定。例如，測(cè) 量裝置可以包括三個(gè)線性電位儀，它們固定在元件的外圍或鄰近外圍之間。電 位儀占據(jù)很小的空間并且可以被快速取樣。這種測(cè)量裝置適用于僅能在元件間以較少的自由度(少于完整的六個(gè)自由 度)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)械臂和尖頂從動(dòng)裝置。這樣只需要較少的測(cè)量就能完全 確定一元件相對(duì)另一元件的空間姿態(tài)。例如，如果忽略或者有效消除扭曲位移 和剪切，那么元件之間就很少有或者沒(méi)有扭曲或者剪切運(yùn)動(dòng)。另一種測(cè)量元件的橫向平面傾斜的方法是在元件上固定加速計(jì)。1M地使用三個(gè)加速計(jì)， 一個(gè)用于戶誠(chéng)元件旋轉(zhuǎn)的一 個(gè)軸線。通過(guò)在每1段上至少一個(gè)或者,在全部元件上設(shè)置測(cè)量裝置，可以對(duì) 元件中的每一個(gè)相對(duì)臂數(shù)據(jù)的相對(duì)位置進(jìn)t，續(xù)監(jiān)測(cè)。上部的重量是最小的，由每一個(gè)測(cè)量裝置傳遞的信號(hào)可以傳到與用于臂的控制裝置相連的計(jì)算ai:，由此可調(diào)節(jié)導(dǎo)線的張力從而修正元件^;件組與預(yù)定路徑、外形、結(jié)構(gòu)的偏差。 這樣能更好地在路〗處控制臂的下述特性，也能精確調(diào)節(jié)一些或者全部的鏈段 的控制線上的張力，此時(shí)考慮到了負(fù)載、位置或者由臂末端的工作臺(tái)產(chǎn)生的工 作壓力的變化的影響。控制裝置包含控制線，針控審i踐繞在一個(gè)與臂的近端相鄰的定直4域者 變直徑的主軸或者絞盤(pán)上。每一，段的端部的位置由每個(gè)主軸上的電動(dòng)機(jī)帶 動(dòng)線繞上或繞出來(lái)控制。在這種布置中，線被巻繞的張力會(huì)變化，這樣，電動(dòng) 機(jī)上的編碼器不再能夠準(zhǔn)確的測(cè)量導(dǎo)線的長(zhǎng)度。因此，測(cè)量裝置可包括線位移 測(cè)量裝置，以精確觀懂出各個(gè)線的長(zhǎng)度和由線控制的元件的健。線位移測(cè)量裝置例如可包含一個(gè)測(cè)量滾輪，在它周?chē)鷮?dǎo)線成一定角度穿過(guò)， 或者 地在每一根導(dǎo)線兩邊設(shè)置一對(duì)夾送滾輪，用一個(gè)傳繊來(lái)檢測(cè)至少一 個(gè)滾輪的角位移。夾送滾輪的接觸壓力應(yīng)足夠大以確保線的位移導(dǎo)致相應(yīng)的測(cè) 量滾輪的角位移。導(dǎo)線的實(shí)際位移的直接測(cè)量可用來(lái)糾正主軸電動(dòng)機(jī)編碼器的 位置確定。然而，假設(shè)導(dǎo)線的張力是一常數(shù)，或者至少是導(dǎo)線位移的函數(shù)，這樣張力 就可以計(jì)算了。由于導(dǎo)線有彈性，導(dǎo)線的張力將影響導(dǎo)線的長(zhǎng)度。因此一種更 精確的導(dǎo)線位移測(cè)量裝置包括兩對(duì)夾送滾輪。從所述滾輪獲得兩個(gè)角位移測(cè)量 值可用來(lái)計(jì)算導(dǎo)線的位移和張力，這樣就能更準(zhǔn)確的確定線的長(zhǎng)度。另一個(gè)例子中，線位移測(cè)量，包括光學(xué)或磁性傳ai。例如，每一控制 線可以在光學(xué)傳感器附近沿導(dǎo)線間隔設(shè)置多個(gè)標(biāo)記，這樣^H己的移動(dòng)進(jìn)而到所 述控制線的移動(dòng)能很容易被光學(xué)傳感器檢測(cè)到。標(biāo)記可單純地位于所述線的外 表面，或者導(dǎo)線束中一根可以與其他顏色不同，這種對(duì)照是非常明顯的以允許 檢觀接恃線頓道，進(jìn)而測(cè)定線本身位移。磁性傳感裝置包含一個(gè)或者多個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，而磁性裝置在在鄰近傳 感器的范圍中沿著控制導(dǎo)線以一定間隔設(shè)有多個(gè)標(biāo)記。這些磁性標(biāo)記包括以規(guī) 律的間隔嵌在控制導(dǎo)線內(nèi)多個(gè)磁鐵?；蛘?，磁性標(biāo)記可以通過(guò)磁化線組件中的主線來(lái)獲得，或者將主線與其他形式的磁條置換來(lái)獲得，這樣霍爾效應(yīng)傳感器 可以用于確定控制線相對(duì)傳感器的漸增的位移。如上戶脫，為了準(zhǔn)確觀糧導(dǎo)線的位移，必須用這種光學(xué)和磁性裝置來(lái)測(cè)量 控制線的位移和伸長(zhǎng)，但是對(duì)于測(cè)量導(dǎo)線， 一個(gè)位移量就足夠了。光學(xué)、磁性和加速器傳感體的優(yōu)點(diǎn)之一就是這樣的體沒(méi)有施加任何物 理作用力或者影響在線上。測(cè)量控制線位移的另一種方法，可以沿臂方向衝共另外的觀懂線，使其與 控制線分開(kāi)。這些線的位移可以如上述那樣被測(cè)得。優(yōu)點(diǎn)在于線上沒(méi)有負(fù)荷， 線的張力不會(huì)改變。然而這樣需要更大的空間和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這，合于大 型的機(jī)械臂。


為了使發(fā)明更容易 ， M舉例的方法，用附圖作為參考，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械臂的示意圖；圖2是圖i沿n—n的橫截面，示出了控制線的布置；圖3是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械臂的^寺定實(shí)施例的部^^示的立體圖；圖4是圖3的機(jī)械臂一部分的分解圖；圖5是圖4沿V—V的剖面圖；圖6是發(fā)明的機(jī)械臂末端"^連段部分的立體圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械臂的透視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的臂鏈段的示意亂圖9是機(jī)械臂的受力圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的機(jī)械臂的立體圖； 圖11是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例機(jī)械臂的的立體圖； 圖12是圖11所示的臂的局部放大圖；圖13、 14和15為用于根據(jù)本發(fā)明的臂上的不同測(cè) 置的示圖；圖16為圖io戶;f^臂的測(cè)i^置的示圖；圖17所示為從圖16所示的測(cè)量裝置中獲得的 的一系列的曲線圖。參照?qǐng)D1 ，機(jī)械臂10包含處于以鉸接關(guān)節(jié)14連接的連接元件12的形式的 多個(gè)元件。臂在鄰近端安^E/S座16上。多tffi制線18，制器6中延伸出 穿過(guò)鵬16并穿過(guò)針連接元件12外圍中的孔38?？刂凭€18分^H組如圖2 所示沿圓周間隔開(kāi)，每一組通過(guò)粘接在連接元件上而沿著臂端接在特定的連接 元件12a， 12b， 12c上。在一組線端接處，這些連接元件雜制連接元件，且 確定了鏈段20的彩瑞。由控制離制的這一鄉(xiāng)鵬制線18的移動(dòng)來(lái)控制特定控 制連接元件12a， 12b， 12c的健，進(jìn)而控制相應(yīng)鏈段20的健。如上戶腿，測(cè)1^S 2例如從每^|段的控制連接元件條健 。運(yùn) 算裝置4用來(lái)處理這對(duì)立置數(shù)據(jù)并且用來(lái)將臂的實(shí)際測(cè)量位置和理論或預(yù)定位 置作比較。任何差異使得需要計(jì)算所需的補(bǔ)償移動(dòng)，而這些差異被傳送給控制 器6，然后轉(zhuǎn)換成控制元件12a， 12b， 12c的移動(dòng)。參照?qǐng)D3和圖4，每一個(gè)連接元件12包含一對(duì)外部輪盤(pán)22，而每一關(guān)節(jié)包 含一對(duì)內(nèi)部輪盤(pán)24。內(nèi)部輪盤(pán)24被加工成具有弓形凸起的外表面26，夕卜部輪 盤(pán)每一個(gè)都有與弓形凸起相匹配的內(nèi)表面28。這些對(duì)應(yīng)的表面26、 28皿、, 膠層或者Ait1t^層30 3!接在一起，而、,膠層^Ait,層可粘在^^ 面上。內(nèi)輪盤(pán)和外縱22、 24每一個(gè)都帶有中心孔，該中心孔形成了、歸臂中 心通過(guò)的導(dǎo)管32,用于容納供電、信息總線或用于安裝在臂末端的工作臺(tái)的控 制裝置。參照?qǐng)D5， ^外部輪盤(pán)22和每個(gè)內(nèi)部輪盤(pán)24者咯自包括多個(gè)間隔的銷 釘孔34， 36。因此當(dāng)一外部輪盤(pán)22和一內(nèi)部輪盤(pán)24的組件隨著位于孔34、 36 中的銷ITM相互相鄰放置時(shí)，臂組件就可以在控制線的張力作用下保持在一起。 每一外部輪盤(pán)包括多個(gè)導(dǎo)管38來(lái)容納控制線18。在每一鏈段的末端，控制線中的三根18a， 18b， 18c端接，并且固定在擴(kuò) 大的凹槽40中，爿腿凹槽位于限定鏈端彩瑞的連接元件的外部輪盤(pán)22的一個(gè) 中(如圖6所示)。幾個(gè)這樣的鏈段首尾相連形成有一定長(zhǎng)度的臂，而其它幾組 組控制線通過(guò)導(dǎo)管38到另"^連段?？刂凭€18朝向底座方向張緊使連接元件保 持在將連接元件組件保持在一起的壓縮載荷下。參照?qǐng)D7，導(dǎo)線18穿過(guò)底座并且每個(gè)都被繞在各自的絞盤(pán)42上。每個(gè)絞 盤(pán)42的旋離動(dòng)利用計(jì)穀鵬制系統(tǒng)(圖中未示出)來(lái)控制臂的{體。圖8示出了控制原理?？刂凭€的運(yùn)動(dòng)決定了在一^l段遠(yuǎn)端的連接元件的橫板44的位置。在近i驢接元件46和逾驢接元件44之間的"被動(dòng)"連接元 件45使臂在鏈段上形皿確外形。在理想的鏈段中，應(yīng)該是圓的一段精確弧形。 然而，實(shí)際上重力和負(fù)荷使戶，臂偏離圓弧形，如圖9所示。圖IO顯示了一種用來(lái)測(cè)量相鄰連接元件的相對(duì)位置的，，以確定這種影 響的禾雖。圖10所示的組件包括安裝板48，其置于每對(duì)的內(nèi)部輪盤(pán)24之間， 每對(duì)內(nèi)部輪盤(pán)24在其鄰近外圍處支持著發(fā)光二極管50。在該組件中，夕卜部輪盤(pán) 54， 56形狀設(shè)置j^E其外圍具有間隙57。來(lái)自發(fā)光二極管50的光被引導(dǎo)穿過(guò) 每對(duì)外部輪盤(pán)54之一的外圍上設(shè)置的狹槽52。 ^t中另一個(gè)外部輪盤(pán)56包含 位于輪般周緣內(nèi)表面的光傳繊的陣列58，與狹槽52對(duì)齊。陣列58設(shè)置戯卜 部輪盤(pán)56相切，這樣，在當(dāng)^3i接元件相對(duì)另一個(gè)做相鄉(xiāng)動(dòng)時(shí)，來(lái)自發(fā)光二 極管穿過(guò)狹槽52的光掃射過(guò)陣列58。如果圍繞連接元件組件圓周地間隔布置四 個(gè)這樣的裝置，就可以確定相鄰?fù)獠枯啽P(pán)的姿態(tài)和臂的準(zhǔn)確外形。參見(jiàn)圖16，更詳細(xì)地示出了所述裝置。發(fā)光二極管50的光源安裝鄰近狹 槽52的散光罩51后面。狹槽52沿離開(kāi)光源50的方向擴(kuò)大。曲線53表示了位 于在任何一邊帶有半影65的傳感器陣列58的平面上的位置對(duì)獲得的光束^t 的關(guān)系。如圖17所示，這一設(shè)置使得半影55遮蓋住陣列58的至少2又1/2的 象素59。像素值的柱狀圖61可以用來(lái)產(chǎn)生"最佳擬和"線63，這樣可以推斷 出半影55的邊界。因此半影的中間值可以確定比象素59的寬度要更精確。因 此可以從光束陣列集中得出兩段信息。圖11示出了另一種確定相鄰?fù)獠枯啽P(pán)相對(duì)位置的方法。在這個(gè)例子中在連 接元件之間設(shè)置電位計(jì)。 一個(gè)電位計(jì)本體69在相鄰的連接元件的外部輪盤(pán)62， 64之間延伸，在每一連接元件的一對(duì)輪盤(pán)60、 62之間，預(yù)緊彈簧70保持墊片 70 在光滑反作用平面68上。墊片70被安^^立于電位計(jì)軸69末端的球形 支座73上，使墊片可以旋轉(zhuǎn)。連接元件的相對(duì)移動(dòng)導(dǎo)致電位計(jì)中產(chǎn)生可觀懂的 線性移動(dòng)。因此，每一個(gè)電位計(jì)的讀數(shù)就是安裝點(diǎn)相鄰連接元件的距離?？梢?jiàn)，離接元件的圓周間隔分布三個(gè)這樣的電位計(jì)能夠掛共足夠的信息 來(lái)確定相鄰連接元件橫向平面的相對(duì)角位置(也就是到下一個(gè)連接元件平面的 距離和該平面的方位)。這樣，實(shí)際臂的皿可以在這樣的裝置中被確定，該裝 置中連接元件之間沒(méi)有扭轉(zhuǎn)和切向運(yùn)動(dòng)M扭轉(zhuǎn)和切向運(yùn)動(dòng)很小。這種裝置有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是電位計(jì)可被密封，使得控制線可以被潤(rùn)滑而不被纏繞。電位計(jì)需要的空間也很小，而且比如圖10所示的光學(xué)傳SH更快的被取樣。另一種測(cè)量臂實(shí)際形狀的方法是將測(cè)量線同控制線一樣穿過(guò)連接元件外 圍，然后測(cè)穀些線的長(zhǎng)度。這樣的測(cè)難,規(guī)座延伸出，可以端接一個(gè)位置 需被測(cè)量的連接元件，或者可以在連接元件處繞回，然后返回底座。戶腿測(cè)量導(dǎo)線如圖13所^^夷在巻筒74上。線76穿過(guò)一對(duì)夾送滾輪78。夾送滾輪其中一 個(gè)的角位移的領(lǐng)懂為測(cè)量導(dǎo)線的長(zhǎng)度提t(yī)灘確,。這樣，至連接元件的距離 可以精確測(cè)量，如果圍繞纟M接元件的圓周間隔使用三根這樣的測(cè)量線76，連 接元件橫向平面的角度也可以被確定。確定測(cè)量線76長(zhǎng)度的另一個(gè)方法^Iil在測(cè)量線上設(shè)置光學(xué)iH己S0，并將 光學(xué)傳繊82置于鄰近測(cè)識(shí)76的位置，如圖14所示。然而另一個(gè)測(cè)量測(cè)量 線76長(zhǎng)度的方法是在其內(nèi)部駄磁體84。霍爾效應(yīng)傳麟86安驗(yàn)測(cè)難的 附近，用來(lái)測(cè)量導(dǎo)線的位移?？刂凭€繞在絞盤(pán)上，每一絞盤(pán)通常具有一電動(dòng)機(jī)和一個(gè)用于控制的編碼器。 然而，可以理解，絞盤(pán)的角位移通常不能準(zhǔn)確表示線繞出或者繞進(jìn)絞盤(pán)的量。 這是由于導(dǎo)線的彈性和與巻筒等接觸時(shí)的摩擦。因此，上述導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)也可 以被用來(lái)測(cè)量與每個(gè)絞盤(pán)相鄰的線的位移。這樣給出了每一控制線長(zhǎng)度的更精 確的測(cè)量，進(jìn)而又能精確測(cè)定出臂的外形。因此有可能用這些導(dǎo)線觀糧技術(shù)得出的信息來(lái)調(diào) ^ :的控制。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)械臂，包括具有多個(gè)鉸接元件的至少一個(gè)鏈段；通過(guò)作用于所述一個(gè)鏈段或每個(gè)鏈段上的控制元件來(lái)控制所述臂位置的控制裝置；以及，測(cè)量裝置，其與控制裝置相聯(lián)，設(shè)置用來(lái)測(cè)量所述臂中所述一個(gè)鏈段或每個(gè)鏈段中的至少一個(gè)元件與所述臂中至少另一個(gè)元件的相對(duì)位置，用來(lái)確定所述臂的實(shí)際形狀。
2、 如權(quán)禾腰求1戶腿的mM臂，欺寺征在于，包跪算裝置，其與控制裝 置和測(cè)量裝置相聯(lián)結(jié)，用于計(jì)算所述臂實(shí)際外形與預(yù)定外形間的差異，以M應(yīng)戶;M^異來(lái)修正控制^a的，。
3、 如權(quán)利要求1或2戶脫的機(jī)械臂，^#征在于，測(cè)量裝置l細(xì)來(lái)測(cè)魏 對(duì)相鄰元件或者戶脫一^I段或^K連段的末端上的元件的相對(duì)位置。
4、 如權(quán)利要求l、 2或3所述的l幾械臂，其特征在于，測(cè)量^a被用來(lái)測(cè) 量元件的橫向平面之間的相互角度關(guān)系。
5、 如權(quán)禾腰求l、 2、 3或4戶腿的機(jī)械臂，其特征在于，測(cè)難置!細(xì)來(lái) 測(cè)量戶，元件的相對(duì)姿態(tài)。
6、 如前面任一權(quán)利要求戶/M的機(jī)械臂，^!t征在于，測(cè)量，包括一用于產(chǎn)生能量束的發(fā)生裝置，其由一元件支承，禾n—能量傳感裝置陣列，其由另一元件史承并用來(lái)檢測(cè)能量束。
7、 如權(quán)禾腰求6戶服的機(jī)械臂，其特征在于，育g量束是電磁能， 為光， 并且所述傳感裝置包括傳感器的延伸陣列，這些傳感器沿著所述束預(yù)定移動(dòng)路 徑延伸。
8、 如權(quán)利要求6或7戶脫的機(jī)械臂，^f寺征在于，測(cè)難置包括多個(gè)戶腿 發(fā)生裝置、傳感裝置的間隔姿態(tài)。
9、 如權(quán)禾腰求l、 2、 3或4戶脫的機(jī)械臂，其特征在于，測(cè)量裝置包括用 來(lái)測(cè)量在多個(gè)間隔位置上相鄰元件間的距離的裝置。
10、 如權(quán)利要求9所述的機(jī)械臂，其特征在于，測(cè)量^g包括多個(gè)安M 位于夕卜圍上或鄰近外圍處的戶脫元件之間的線性電位計(jì)。
11、 如前面任一權(quán)利要求戶腿的機(jī)械臂，其特征在于，控制體包括至少 一組控制線，其與相應(yīng)的控制元件相聯(lián)，每一控制線具有致動(dòng)裝置，用來(lái)改變臓線的長(zhǎng)度。
12、 如權(quán)禾腰求11戶腿的機(jī)械臂，其特征在于，測(cè)S^S包括設(shè)置用以用來(lái)直接測(cè)魏一控制線做的線位移測(cè)量體。
13、 如前面任一權(quán)利要求戶腿的機(jī)械臂，其特征在于，測(cè)量驢包繊位 移測(cè)量裝置，所述線位移測(cè)量體被用來(lái)測(cè)量一組領(lǐng)糧線的位移，所述測(cè)量線 與其位置被測(cè)量的所述一個(gè)或旨元件相聯(lián)。
14、 如權(quán)利要求12或13所述的機(jī)械臂，其特征在于，線位移測(cè)S^S包 括 一對(duì)夾送滾輪，所述夾送滾輪對(duì)中的一個(gè)被設(shè)置在每一導(dǎo)線的任一端；以 及一傳感器，設(shè)置用來(lái)檢測(cè)戶，滾輪中至少一個(gè)的角位移。
15、 如權(quán)利要求12或13戶脫的機(jī)械臂，其特征在于，線位移測(cè)量裝置包 括一，用于檢測(cè)戶皿線的至少一個(gè)*斜己的裝置。
16、 如權(quán)禾腰求13戶腿的機(jī)械臂，其特征在于，線位移測(cè)s^a包括光學(xué)或磁性傳麟。
17、 一種操作機(jī)械臂的方法，所述臂包括至少一，段，所述鏈段具有多 竹雄元件，臓方飽括用控制，來(lái)控制阮丞一個(gè)或^iil段中控制元件的位置； 用測(cè)量，測(cè)量所述臂上戶，一 或每^1段上至少一個(gè)元件相對(duì)于至 少另一個(gè)元件的相對(duì)位置；計(jì)算由測(cè)量裝置觀糧的相X刑體和預(yù)定隨之間的差異； 修正控制裝置來(lái)補(bǔ)償BW^異。
18、 一種機(jī)械臂設(shè)備，其包括多個(gè)縱向鏈段，其沿著戶皿臂連續(xù)排列， 每一鏈段都可以相對(duì)于其他鏈段移動(dòng)，確定一個(gè)蛇形路徑或形狀，其中，每一 ^段包括多個(gè)連接元件，每一連接元件相對(duì)于相鄰的連接元件可以在至少二 個(gè)維度上相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并且進(jìn)一步包括用來(lái)檢測(cè)所述臂外形由于外界因素的影響 相對(duì)理論外形變化的裝置，和校正裝置，其與用于所述臂的控制裝置相聯(lián)用于 運(yùn)算至少部分修正傳遞給控制裝置以補(bǔ)償所述臂外形由于外界因素導(dǎo)致的變 化。
19、 一種用于確定兩元件間相對(duì)位置的設(shè)備，所述兩個(gè)元件的每一個(gè)育, 相對(duì)另一個(gè)移動(dòng)，其中所述設(shè)備包括用于產(chǎn)生能量束的裝置，其由第一元件支 7承； 一能量傳感裝置陣列，其由第二元件支承用于檢須斷述的能量束，其特征在于，所述陣列具有的維度范圍大于所述能量束的維度范圍，使得第一元件相 對(duì)第二元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致能量束的運(yùn)動(dòng)，由此表明了所述相對(duì)運(yùn)動(dòng)的程度，或者使得能鼓相對(duì)于陣歹啲錢(qián)表示戶腿元件中的一個(gè)相對(duì)另一個(gè)的健。
20、具有一個(gè)或者多，段的機(jī)械臂，其中每^l段由線控制，，征在 于，每一線的張緊和/或移動(dòng)受帶發(fā)條的，影響，這樣每一線移動(dòng)的控制由傳 感裝置確定，所述傳感裝置用于直接地且獨(dú)立于，運(yùn)動(dòng)地檢測(cè)每一導(dǎo)線的線 性移動(dòng)。
全文摘要
一種機(jī)械臂，其包括多個(gè)鉸接元件(12)，和用于控制多個(gè)元件(12a，12b，12c)的位置的控制裝置(6)，由此機(jī)械臂可以用蛇形來(lái)進(jìn)行尖頂從動(dòng)運(yùn)動(dòng)。裝置(2)用于直接測(cè)量元件中至少部分元件的相對(duì)位置，所述裝置計(jì)算與理論外形的偏差，并且修正機(jī)械臂控制裝置。
文檔編號(hào)B25J9/06GK101237964SQ200680022079
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者A·C·格拉厄姆, R·O·白金漢 申請(qǐng)人:奧利弗克里斯品機(jī)器人有限公司