并联摇杆机构、使用方法及应用该摇杆机构的机器人与流程

本发明涉及摇杆的技术领域，尤其是涉及并联摇杆机构、使用方法及应用该摇杆机构的机器人。

背景技术：

摇杆机构一般具有两个旋转方向的自由度，且两转动轴线相互垂直，摇杆机构广泛应用于飞机、火车、邮轮、汽车等交通工具，也应用于石油化工行业的阀门控制，及大型电气设备开关的控制等等。

随着智能化时代的到来，摇杆机构也需要进行智能化改造以方便人机协作，一方面需要缩小摇杆机构的占用空间，另一方面在工作空间上也要最大限度的满足使用要求。现阶段摇杆机构的控制多数还停留在手动形式，因人为疏忽而导致的危险事故也时有发生。

公开号为cn204925865u的中国实用新型公开了一种摇杆机构及使用该摇杆机构的控制装置。摇杆机构包括基座、可转动地设置于基座上的第一转动座及第二转动座，以及连接于第一转动座及第二转动座上的操作件。操作件能够在外力驱动下带动第一转动座绕第一轴线相对基座转动。操作件还能够在外力驱动下带动第二转动座绕第二轴线相对基座转动，第二轴线与第一轴线相异。上述的摇杆机构通过第一转动座与第二转动座使得操作件具有两个旋转方向上的自由度，从而方便对装置或设备进行操控。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的摇杆机构一般采用手动方式，但手动方式容易因操作人员疲劳操作或误操作而发生工序错误的情况，导致控制精度低；而现有的部分装置或设备会采用电动方式的摇杆机构，但遇到较为紧急情况时难以进行人工干预，因此难以应对紧急情况；综上所述，目前为止还未出现可同时采用手动方式与电动方式的摇杆机构。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的是提供一种并联摇杆机构，能实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，实现人机协作，能提高控制精度，能适应紧急情况。

本发明的第一发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种并联摇杆机构，包括：摇杆本体、与摇杆本体一端转动连接的控制舱以及设置于控制舱上的联动组件，所述联动组件至少有两组且多组联动组件分布于摇杆本体周侧，所述联动组件包括与摇杆本体中部转动连接的内连杆、与内连杆转动连接的外连杆以及设置于控制舱上的驱动件，所述驱动件与外连杆连接以控制外连杆相对控制舱转动，外连杆与内连杆之间的夹角小于180度。

通过采用上述技术方案，由于外连杆与内连杆之间的夹角小于180度，因此摇杆本体与内连杆的转动处、内连杆与外连杆的转动处、驱动件与外连杆的连接处三点呈三角分布，且内连杆与外连杆转动连接，以此使摇杆本体与驱动件的连线长度及角度可变化，同时摇杆本体与控制舱转动连接，以此使手动操作方式下的摇杆本体具有两个旋转方向上的自由度；而电动操作方式下，当其中一个驱动件带动其对应的外连杆转动时，以外连杆远离驱动件的一端为第一个点，同理可得，对应其他组的联动组件的第二个点，当联动组件为两组时，连接第一个点与第二个点形成连线，以两组联动组件各自的内连杆为另外两条边，从而形成三角形，三角形远离连线的端点即为摇杆本体的位置；当外连杆的旋转角度固定时第一个点与第二个点的空间坐标固定，两点的间距固定，而各内连杆的长度也固定，因此摇杆本体的坐标固定，从而实现对摇杆本体的定位与锁定，且定位精度相对于手动操作方式更高，因此能提升摇杆本体的控制精度；且通过控制驱动件即可实现摇杆机构手动操作方式与电动操作方式的切换，以此在操作人员疲劳或控制精度要求高时改用电动操作方式，当遇到复杂或紧急情况时再改用手动控制，以此实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，实现人机协作，提升控制精度，适应紧急情况。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动件包括设置于控制舱上的电机，所述电机的输出轴与外连杆同轴固定。

通过采用上述技术方案，通过电机控制外连杆的转动角度，以此确定摇杆本体的位置，从而在操作人员疲劳或控制精度要求高时改用电动操作方式，减少操作人员的工作量，提升控制精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述电机的输出轴的转动轴线、外连杆与内连杆转动处的转动轴线、内连杆与摇杆本体转动处的转动轴线以及摇杆本体的转动中心交汇于一点。

通过采用上述技术方案，电机输出轴、外连杆端部、内连杆端部以及摇杆本体均绕同一点转动，以此减少内连杆、外连杆等受到的内部应力，提高摇杆本体移动时的流畅度，减小零件磨损，降低电机负荷，从而提升节能性；并联机构相较于串联结构，驱动布置方便，刚度大。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动件还包括与电机连接的用于控制电机运行的驱动器、用于调节电机转速输出及扭矩输出的减速器、用于检测电机参数的编码器以及用于实现电机制动的制动器中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，驱动器用于控制电机运行，以此对外连杆的角度进行精确调节，进而提升摇杆本体的定位精度；而减速器用于调节电机转速输出及扭矩输出，从而提升摇杆本体的定位速度，且电机的输出扭矩增大后，其抗干扰能力增强；编码器用于检测电机参数，以此方便将电机参数反馈到控制端，进而可以进行摇杆本体的闭环控制；制动器用于实现电机制动，减少摇杆本体的摆动惯量，提升控制精度，同时锁定摇杆本体的坐标位置，减少外部因素的影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述摇杆本体上可拆卸连接有开槽套筒，多个所述内连杆均转动套设于开槽套筒上且各内连杆的转动轴线相互重合，所述开槽套筒与摇杆本体抵接的内壁上设置有防滑层，且其与内连杆连接处的外壁上设置有光滑面。

通过采用上述技术方案，多个内连杆均转动套设于开槽套筒上，而开槽套筒外周壁的中心轴线与摇杆本体的转动中心重合，以此使多个内连杆的转动轴线的交点均与摇杆本体的转动中心重合，以此提升摇杆本体的控制精度，且开槽套筒与摇杆本体抵接的内壁上设置有防滑层，以此提升开槽套筒与摇杆本体的连接强度，而其与内连杆连接处的外壁上设置有光滑面，以此减小开槽套筒与各内连杆之间的摩擦力并减少磨损，降低电机的负荷并延长使用寿命。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述内连杆的一端转动穿设有铰接轴，所述铰接轴穿过外连杆的一端且与之铰接以实现内连杆与外连杆的转动连接，所述铰接轴延伸至内连杆与外连杆外的一端固定套设有与内连杆或外连杆边沿抵接的限位环，铰接轴的另一端开设有环槽，且环槽内可拆卸连接有与外连杆或内连杆边沿抵接的弹性挡圈。

通过采用上述技术方案，通过铰接轴实现内连杆与外连杆的铰接，且铰接轴插入内连杆与外连杆的孔内时其限位环与内连杆或外连杆抵接，且此时铰接轴的另一端凸出内连杆或外连杆，使得环槽露出，此时插入弹性挡圈，弹性挡圈与外连杆或内连杆边沿抵接，以此锁定铰接轴与外连杆、内连杆的相对位置，减少外连杆、内连杆相对转动时的机械误差，提升摇杆的控制精度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述铰接轴采用自润滑石墨铜套。

通过采用上述技术方案，自润滑石墨铜套具有自润滑的特性，以此减小铰接轴与内连杆、外连杆之间的摩擦力并减少磨损，减少电机的负荷，提升节能性，延长并联摇杆机构的使用寿命；且其相较于安装有滚动轴承的铰接形式，具有结构简单紧凑，成本低传动精度高等优点。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述摇杆本体底端与控制舱之间连接有用于实现摇杆本体与控制舱的转动连接的万向接头。

通过采用上述技术方案，万向接头具有两个垂直方向上的旋转自由度，以此提升摇杆本体的灵活性，方便摇杆本体进行手动或电动方式的转动，提升摇杆本体的自由度。

针对现有技术存在的不足，本发明的第二目的是提供一种使用方法，能实现摇杆的手动操作方式与自动操作方式的结合，以适应复杂的工作情况，减少误操作，从而提升工作效率。

本发明的第二发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种使用方法，应用于上述并联摇杆机构，包括如下步骤：获取对应手动模式或电动模式的触发信号；

当获取到对应电动模式的触发信号时，导入摇杆本体所指定的坐标位置；

依据摇杆本体所指定的坐标位置确定各驱动件控制对应外连杆旋转以使摇杆本体到达所指定坐标位置的所需角度；

依据所需角度获取对应各驱动件的预设控制信号以控制驱动件带动外连杆转动，当摇杆本体到达指定的坐标位置时控制驱动件进行制动操作以锁定摇杆本体；

当获取到对应手动模式的触发信号时控制驱动件解除制动操作以解除对摇杆本体的锁定，获取摇杆本体的运动姿态信息并记录。

通过采用上述技术方案，通过控制各驱动件带动对应外连杆旋转的角度以使摇杆本体到达所指定的坐标位置，且当驱动件接收到预设控制信号时旋转对应的所需角度，以此依据操作人员导入的坐标位置自动控制摇杆本体进行定位，提升摇杆本体控制的精度，提升工作效率；且通过控制驱动件可以切换手动模式与电动模式，从而提升摇杆机构的适用性。

针对现有技术存在的不足，本发明的第三目的是提供一种机器人，能实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，以适应复杂的工作情况，减少误操作，从而提升工作效率。

本发明的第三发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种机器人，包括机器人本体以及与机器人本体连接的上述并联摇杆机构。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

摇杆本体与控制舱转动连接，以此使手动操作方式下的摇杆本体具有两个旋转方向上的自由度；而电动操作方式下，当外连杆的旋转角度固定时第一个点与第二个点的空间坐标固定时，摇杆本体的坐标固定，从而实现对摇杆本体的定位，且通过控制驱动件即可实现摇杆机构手动操作方式与电动操作方式的切换，以此在操作人员疲劳或控制精度要求高时改用电动操作方式，当遇到复杂或紧急情况时再改用手动控制，以此实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，实现人机协作，提升控制精度，适应紧急情况；

电机输出轴、外连杆端部、内连杆端部以及摇杆本体均绕同一点转动，以此减少内连杆、外连杆等受到的内部应力，提高摇杆本体移动时的流畅度，减小零件磨损，降低电机负荷，从而提升节能性；

多个内连杆均转动套设于开槽套筒上，而开槽套筒外周壁的中心轴线与摇杆本体的转动中心重合，以此使多个内连杆的转动轴线的交点均与摇杆本体的转动中心重合，以此提升摇杆本体的控制精度。

附图说明

图1是实施例一的整体结构示意图；

图2是实施例一的侧面结构示意图，主要展示万向接头；

图3是实施例一的部分结构示意图，主要展示开槽套筒；

图4是实施例一沿铰接轴径向的剖面结构示意图，主要展示限位环；

图5是图1中a部分的局部放大示意图；

图6是实施例二的方法流程图。

附图标记：1、摇杆本体；11、控制舱；111、安装孔；12、万向接头；13、开槽套筒；131、锁紧箍；132、防滑层；133、光滑面；14、支架；2、联动组件；21、内连杆；22、外连杆；23、驱动件；231、电机；4、铰接轴；41、限位环；42、环槽；43、弹性挡圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：参照图1，为本发明公开的一种并联摇杆机构，用于实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，实现人机协作，以此能提升控制精度，适应紧急情况，包括摇杆本体1、与摇杆本体1一端转动连接的控制舱11以及设置于控制舱11上的联动组件2。结合图2所示，本实施例中控制舱11呈方形盒状，内部中空，其顶部开设有供摇杆本体1穿过的安装孔111，而摇杆本体1呈圆柱状，其底端通过万向接头12与控制舱11内部底壁连接，万向接头12可采用单节式，具有两个旋转方向的自由度且其转动轴线相互垂直，以此使摇杆本体1具有两个旋转方向上的自由度。

控制舱11上位于摇杆本体1的两侧通过螺钉固定有支架14，联动组件2设置于支架14上，且本实施例中联动组件2至少有两组，分布于摇杆本体1的两侧，用于实现电力驱动摇杆本体1或感应摇杆本体1的运动姿态，包括内连杆21、外连杆22以及设置于控制舱11上的驱动件23，驱动件23与外连杆22连接以控制外连杆22相对控制舱11转动，而外连杆22与内连杆21之间的夹角小于180度。其中，驱动件23包括法兰与支架14通过螺钉固定的电机231，电机231可采用步进电机，以此提升转动角度调节的精度。电机231的输出轴与外连杆22的一端同轴固定，其另一端与内连杆21一端转动连接，而内连杆21另一端与摇杆本体1转动连接。

参照图1、图3，摇杆本体1上可拆卸连接有开槽套筒13，开槽套筒13呈圆柱体状且内部中空，其内壁与摇杆本体1插接固定，且其内壁上设置有防滑层132，防滑层132通过磨砂处理形成，用于增大开槽套筒13内壁与摇杆本体1外周壁的摩擦力，从而提升两者的连接强度。且开槽套筒13的底部固定套设有锁紧箍131，锁紧箍131呈c形，一螺栓穿过锁紧箍131的一端与锁紧箍131的另一端螺纹固定，当螺栓拧紧时锁紧箍131的内径缩小，以此压紧具有弹性的开槽套筒13，以此增大开槽套筒13与摇杆本体1的摩擦力，增大两者的连接强度，避免开槽套筒13松动而影响摇杆本体1的控制精度。

对应两组联动组件2的两个内连杆21均转动套设于开槽套筒13上，且两内连杆21的转动轴线相互重合，开槽套筒13与内连杆21连接处的外壁上设置有光滑面133，光滑面133通过抛光处理形成，用于减小开槽套筒13与各内连杆21之间的摩擦力并减少两者的磨损，从而降低电机231的负荷并延长摇杆机构的使用寿命。

参照图4、图5，内连杆21与外连杆22均呈圆弧状，以此扩大内连杆21与外连杆22的相对转动角度范围，且内连杆21与外连杆22连接的一端均开设有圆形的铰接孔，而内连杆21与外连杆22的铰接孔内转动穿设有铰接轴4，以此实现内连杆21与外连杆22的铰接。且铰接轴4采用自润滑石墨铜套，自润滑石墨铜套综合了金属合金与非金属减磨材料各自的性能优点，即有了金属的高承载能力，又具有减磨材料的润滑性能，相较于滚动轴承的铰接形式，具有结构简单紧凑，成本低传动精度高等优点，以此提升内连杆21与外连杆22转动处的灵活性与机械强度，提升摇杆本体1运动的流畅度，同时延长摇杆机构的使用寿命。

铰接轴4延伸至铰接孔外的一端固定套设有与内连杆21或外连杆22边沿抵接的限位环41，限位环41呈圆环状且与铰接轴4一体成型，且铰接轴4的另一端开设有圆环状的环槽42，环槽42位于铰接孔外，且环槽42内可拆卸连接有弹性挡圈43，弹性挡圈43呈c形，且其正常状态下的开口宽度小于环槽42的最大宽度，当弹性挡圈43处于拉伸形变状态时其开口宽度增大，此时弹性挡圈43插入环槽42后其侧壁与外连杆22或内连杆21边沿抵接，以此限制铰接轴4脱离铰接孔，以此锁定铰接轴4与外连杆22、内连杆21的相对位置，减少外连杆22、内连杆21相对转动时的机械误差，提升摇杆本体1的控制精度。

参照图1，电机231的输出轴的转动轴线、外连杆22与内连杆21转动处的转动轴线、内连杆21与摇杆本体1转动处的转动轴线以及摇杆本体1的转动中心交汇于一点，以此使电机231输出轴、外连杆22端部、内连杆21端部以及摇杆本体1均绕同一点转动。由于摇杆本体1在转动时其与内连杆21连接处的运动轨迹为圆弧状，因此使内连杆21在以摇杆本体1转动中心为球心的球面轨迹上运动，同时使外连杆22在以摇杆本体1转动中心为球心的球面轨迹上滑动，以此减少内连杆21、外连杆22受到的扭力等内部应力，提高摇杆本体1移动时的流畅度，减小零件磨损，降低电机231负荷，从而提升节能性。

且驱动件23还包括与电机231连接的驱动器、减速器、编码器以及制动器等，驱动器可采用vsmd116_025t型号，用于控制电机231运行，以此对外连杆22的角度进行精确调节，进而提升摇杆本体1的定位精度。而减速器可采用zwpd010007-171型号，用于调节电机231转速输出及扭矩输出，从而提升摇杆本体1的定位速度，且当电机231的输出扭矩增大后，其抗干扰能力增强，以此提升摇杆机构的稳定性。而编码器可采用ecoder11m-r19b型号，用于检测并采集电机参数，如电机231的电压、电流参数以及电机231的输出轴的角位移、当前角度位置等，以此方便将电机231参数反馈到计算机等总控端，进而可以进行摇杆本体1的闭环控制，或通过电机参数感应摇杆本体1当前姿态，从而依据摇杆本体1的当前姿态或运动轨迹对指定设备进行控制，从而提升摇杆机构的适用范围。而制动器可采用dltz3型号，用于实现电机231的制动，减少摇杆本体1的摆动惯量，提升控制精度，同时锁定摇杆本体1的坐标位置，减少人工扰动等外部因素的影响。

本实施例的实施原理为：由于外连杆22与内连杆21之间的夹角小于180度，因此摇杆本体1与内连杆21的转动处、内连杆21与外连杆22的转动处、电机231输出轴与外连杆22的连接处三点呈三角分布，且内连杆21与外连杆22转动连接，以此使摇杆本体1与驱动件23的连线长度及角度可变化，同时摇杆本体1与控制舱11通过万向接头12转动连接，以此使摇杆本体1具有两个旋转方向上的自由度，便于操作人员手动操控摇杆本体1。

当其中一个电机231带动其对应的外连杆22转动时，以外连杆22远离电机231的一端，即与内连杆21连接的一端为第一个点，同理可得对应另一组联动组件2的外连杆22上的第二个点，连接第一个点与第二个点形成连线，以两组联动组件2各自的内连杆21为另外两条边，从而形成三角形，三角形远离连线的端点即为摇杆本体1的位置。

当外连杆22的旋转角度固定时第一个点与第二个点的空间坐标固定，两点的间距固定，而各内连杆21的长度也固定，因此摇杆本体1的坐标固定，从而实现对摇杆本体1的定位，且通过控制驱动件23时即可实现摇杆机构手动操作方式与电动操作方式的切换，以此在操作人员疲劳或控制精度要求高时改用电动操作方式，当遇到复杂或紧急情况时再改用手动控制，以此实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，实现人机协作，以此能提升控制精度，适应紧急情况。

实施例二：参照图1、图6，一种使用方法，用于实现摇杆的手动操作方式与自动操作方式的结合，以适应复杂的工作情况，减少误操作，从而提升工作效率，其应用上述并联摇杆机构实现，包括如下步骤：计算机获取对应手动模式或电动模式的触发信号，触发信号可采用点击机械按钮或虚拟按钮的方式输入。

当获取到对应电动模式的触发信号时，导入摇杆本体1所指定的坐标位置，坐标位置可采用空间坐标或平面坐标，再依据摇杆本体1所指定的坐标位置，确定各电机231控制对应外连杆22旋转以使摇杆本体1到达所指定坐标位置的所需角度，如：其中一组联动组件2的电机231顺时针旋转30°，另一组联动组件2的电机231逆时针旋转30°。之后计算机依据所需角度获取对应各电机231的预设控制信号以通过驱动器控制电机231带动外连杆22转动，进而控制摇杆本体1进行定位，从而通过电力驱动摇杆本体1进行定位。当摇杆本体1到达指定的坐标位置时控制电机231上的制动器对电机231输出轴进行制动操作，以此锁定外连杆22的转动角度，进而锁定摇杆本体1的坐标位置。

当计算机获取到对应手动模式的触发信号时，控制电机231的制动器解除制动操作以解除对摇杆本体1的锁定，以此便于操作人员手动操控摇杆本体1。且电机231的编码器采集对应两个联动组件2的电机231的电机参数，如电机231输出轴的转动角度等，进而获取摇杆本体1的运动姿态信息并记录，运动姿态信息包括摇杆本体1的坐标位置等，从而依据摇杆本体1的坐标位置控制指定设备执行对应的工序。在另一实施例中，电机可选用具有力矩补偿功能的型号，如tmrw1型号，通过力矩补偿功能可以对摇杆本体1的运动提供补偿力矩，方便操作人员在手动模式下操控摇杆本体1。

本实施例的实施原理为：通过控制各电机231带动对应外连杆22旋转的角度以使摇杆本体1到达所指定的坐标位置，且当电机231接收到预设控制信号时旋转对应的所需角度，以此依据操作人员导入的坐标位置自动控制摇杆本体1进行定位，提升摇杆本体1控制的精度；且通过驱动器、制动器与编码器的结合以切换手动模式与电动模式，从而提升摇杆机构的适用性。

实施例三：一种机器人，用于实现摇杆的手动操作方式与电动操作方式的结合，以适应复杂的工作情况，减少误操作，从而提升工作效率，包括机器人本体以及与机器人本体连接的上述并联摇杆机构。机器人本体可采用仿生机器人、运输机器人、清洁机器人等，并联摇杆机构可以应用于机器人本体的各关节控制部分。

本实施例的实施原理为：通过并联摇杆机构提升机器人的灵活性，方便操作人员操控机器人进行作业，提升作业效率。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。