基于智能机械臂的模块化机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人领域，具体涉及基于智能机械臂的模块化机器人。
【背景技术】
[0002]在IC封装、激光焊接等轻载高速精密应用领域，以串联机器人为代表的串联式机械臂机构是常见的机构形式之一。常规的串联机器人的机构形式为:初级臂固定在基座上，其余机械臂通过关节依次串联。其中工业机器人的多自由度运动由各关节处的伺服电机驱动完成。传统类型的机器人设计往往需要根据机械人的实际工作需求来具体设计各段机械臂的本体机构以及减速系统(或直驱系统)，从而导致机器人的工作方式较为专一化，已经设计完成的机械臂等组件很难与其他类型机器人通用，进而导致机器人生产制造的标准化程度较低，生产批次小，制造成本高等不足。此外，由于串联机器人在实际工作时，其各段机械部不可避免的存在着振动，各段机械臂的振动会叠加反映为机器人末端执行器的振动，影响机器人的定位精度。在高速机器人的应用领域，上述机器臂的振动情况往往更加剧烈。而传统的机器人的机械臂本体等设计一经定型便很难做出改变，其固有频率等动力学特性很难改变。由于机器人在工作过程中的位姿变化会导致其动态特性的变化，传统类型的机器人的本体结构等设计很难满足不同工况下位姿多变条件下的一致工作精度要求，容易出现在一定位姿时的工作末端超幅振动现象，降低工作精度。
[0003]传统类型的机器人往往采用以下方案来抑制工作过程中的末端振动情况:(I)采用高刚性的机械臂本体设计，减轻由机器人的运动变形；(2)增加振动衰减的等待时间，保证执行精度；(3)采用振动抑制控制策略。串联机器人在运动过程中的机械臂的位置姿态会发生较大的变化，各段机械臂的转动惯量等动力学特性参数会发生较大的变化。
[0004]攀爬类型机器人可以用于轻载场合，其采用模块化构造，生产制造较为简单。其结构主要为圆筒结构，但其动态性能也较难根据动态工况进行调整，导致其在一些工况下的工作精度较低。
[0005]传统类型机器人多为非模块化设计，其部件通用性较差。传统机器人抑制工作末端振动所采用的方法存在如下问题:
现有方法(I)存在的主要问题为:虽然高刚性的机械臂本体可以比较有效地减轻机械臂柔性变形等问题，但该种形式高刚性的本体设计往往相对比较笨重。在对生产效率要求很高的高速精密运动领域，高刚性机构的自重对机构运动的影响权重提升，从而导致高刚性的本体设计目标与高速机构的真正优化目标之间存在差异。此外，对于多自由度串联机械臂而言，其机械臂的位姿变换对导致机构整体的刚度发生变化，这也会大大削减机械臂高刚度设计的有效性。
[0006]现有方法(2)存在的主要问题为:虽然可以保证执行精度，但有可能显著增加机构系统的响应时间，不适用于生产效率高的高频响领域。
[0007]现有方法(3)存在的问题为:解决方法仍为基于控制策略的振动抑制方法。而单纯基于控制策略的振动抑制方法已经在设计领域中广泛使用。面对进一步提高执行速度和精度的需求，该方法的提升空间有限。
[0008]攀爬类型机器人存在工作负载不高，结构动力学特性较难适应不同工况、不同位姿条件下的要求，其工作精度有限。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提出一种基于智能机械臂的模块化机器人，利用基于振动测量与补偿的智能机械臂段，并结合模块化机器人的易于制造的特点，提高机器人的标准化程度，同时也提升机器人对不同工况的适应性，提高机器人的工作精度。
[0010]为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案:
基于智能机械臂的模块化机器人，包括智能机械臂和模块化关节，所述智能机械臂通过模块化关节串联成多自由度机器人，所述智能机械臂段包括本体框架、压电陶瓷驱动器及应变传感器，所述应变传感器安装在所述本体框架上，安装在所述本体框架上的应变传感器构成的群组，用于测量本体框架运动过程中的自身整体变形状况并将测量结果反馈至控制系统；所述压电陶瓷驱动器安装于所述本体框架中，在控制系统的作用下用于补偿所述本体框架在运动过程中的自身整体变形。
[0011]作为本发明基于智能机械臂的模块化机器人的一种改进，所述模块化关节包括一对关节连接座、万向齿轮轴、一对齿轮组及固定轴销，所述一对关节连接座之间呈十字形设置，所述万向齿轮轴设置于所述关节连接座的底部，所述一对齿轮组通过所述固定轴销呈十字形安装于所述一对关节连接座之间并与所述万向齿轮轴相啮合。齿轮组在各自的关节电机驱动下可以带动关节连接座相对万向齿轮轴发生相对旋转，进而带动与关节连接座相连接的智能机械臂段的多自由度运动。
[0012]作为本发明基于智能机械臂的模块化机器人的另一种改进，所述本体框架为为一体式加工的类桁架结构。本体框架为一体式加工的类桁架结构不但制作成本低、模块化设计、便于安装，而且结构稳固，质量轻，机器人可灵活运动。
[0013]作为本发明基于智能机械臂的模块化机器人的再一种改进，所述本体框架由一系列的基本梁组成，所述基本梁包括沿本体框架长度方向的基本梁和本体框架四侧面上的交叉基本梁，在所述基板梁上设置有基本孔槽，压电陶瓷驱动器安装于所述基本孔槽中，应变传感器设置于与所述压电陶瓷驱动器相对的另一侧面。
[0014]作为本发明基于智能机械臂的模块化机器人的进一步改进，所述控制系统为PID(比例-积分-微分)控制系统。
[0015]由上述可知，本发明与现有技术相比具有如下的有益效果:
本发明的基于智能机械臂的模块化机器人通过在机械臂即本体框架上设置有压应变传感器和压电陶瓷驱动器，首先通过压应变传感器测量本体框架在运动过程中的自身整体变形状况，然后压电陶瓷驱动器即产生与变形方向相反的力，使得本体框架产生反方向的变形，从而补偿了本体框架在运动过程中的自身变形，改变了本体框架的结构刚度，实现本体框架的刚度调节，从而提高了机器人的工作精度；同时本发明的机器人，无论是本体框架还是模块化关节均可标准模块化生产制造，不但成本低，而且能够提高机器人的标准化程度。
【附图说明】
[0016]图1为本发明基于智能机械臂的模块化机器人的结构示意图；
图2为实施例一智能机械臂的结构示意图；
图3为实施例一智能机械臂A处的放大示意图；
图4为本发明模块化关节的结构示意图；
图5为实施例二智能机械臂的结构示意图；
图6为实施例二智能机械臂B处的放大示意图；
图7为PID控制系图的控制框图；
图中:1智能机械臂，2模块化关节，101本体连接板，102本体框架，103压电陶瓷驱动器，104应变传感器，201关节连接座，202万向齿轮轴，203齿轮组，204固定轴销。
【具体实施方式