本發明涉及一種姿態控制的輔助機構，尤其涉及一種用于主從姿態控制的輔助機構。

背景技術：

主從式機械手系統中，當主、從手姿態不一致時，通常采用調整從手姿態的方式。但在某些特殊情況下，卻不宜采用這種調整方式。因為主手通常不具備控制姿態的電機，所以也就無法直接根據從手姿態實現對主手姿態的調整。這就需要一種可用于主從姿態控制的主手姿態調整方法及輔助機構，使主、從手恢復一致。

技術實現要素：

本發明的目的是為了能對主手進行姿態調整，實現主、從手姿態恢復一致而提供一種用于主從姿態控制的輔助機構。

本發明的目的是這樣實現的：一種用于主從姿態控制的輔助機構，在工作臺上設置有計算機、主手和從手，還包括輔助機構，輔助機構包括安裝在工作臺上的輔助機構機座、輔助機構底座、第三輔助機構連桿、第二輔助機構連桿、第一輔助機構連桿和導向裝置，所述輔助機構機座上安裝有第五電機，第五電機的輸出端與輔助機構底座連接，第三輔助機構連桿的一端與輔助機構底座鉸接、另一端與第二輔助機構連桿的一端鉸接，且第三輔助機構連桿與輔助機構底座、第三輔助機構連桿與第二輔助機構連桿的鉸接軸分別與第四電機和第三電機的輸出端連接，第二輔助機構連桿的另一端安裝第二電機，第二電機的輸出端與第一輔助機構連桿的一端連接，第一輔助機構連桿的另一端與導向裝置鉸接，且第一輔助機構連桿與導向裝置的鉸接軸與第一電機的輸出端固連，所述導向裝置與主手的執行器連接。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述導向裝置包括與第一輔助連桿鉸接的導向裝置外殼、導向裝置內芯，導向裝置外殼的內表面設置凹槽，導向裝置內芯的外面設置有與凹槽配合的滑道且導向裝置內芯設置在導向裝置外殼內，導向裝置內芯上設置有與主手的執行器配合的孔，在導向裝置內芯的下端面與導向裝置外殼之間設置有電磁鐵和彈簧。

2.所述導向裝置包括與第一輔助連桿鉸接的導向裝置外殼，導向裝置外殼的內表面設置電機滑道，第六電機通過外表面設置的凸起安裝在電機滑道中，電機的輸出端與導向裝置內芯的下端固連，導向裝置內芯上設置有與主手的執行器配合的孔，在第六電機的下端面與導向裝置外殼之間設置有電磁鐵和彈簧。

一種用于主從姿態控制的輔助機構的調整方法，所述用于主從姿態控制的輔助機構是： 在工作臺上設置有計算機、主手和從手，還包括輔助機構，輔助機構包括安裝在工作臺上的輔助機構機座、輔助機構底座、第三輔助機構連桿、第二輔助機構連桿、第一輔助機構連桿和導向裝置，所述輔助機構機座上安裝有第五電機，第五電機的輸出端與輔助機構底座連接，第三輔助機構連桿的一端與輔助機構底座鉸接、另一端與第二輔助機構連桿的一端鉸接，且第三輔助機構連桿與輔助機構底座、第三輔助機構連桿與第二輔助機構連桿的鉸接軸分別與第四電機和第三電機的輸出端連接，第二輔助機構連桿的另一端安裝第二電機，第二電機的輸出端與第一輔助機構連桿的一端連接，第一輔助機構連桿的另一端與導向裝置鉸接，且第一輔助機構連桿與導向裝置的鉸接軸與第一電機的輸出端固連，所述導向裝置與主手的執行器連接；所述導向裝置包括與第一輔助連桿鉸接的導向裝置外殼、導向裝置內芯，導向裝置外殼的內表面設置凹槽，導向裝置內芯的外面設置有與凹槽配合的滑道且導向裝置內芯設置在導向裝置外殼內，導向裝置內芯上設置有與主手的執行器配合的孔，在導向裝置內芯的下端面與導向裝置外殼之間設置有電磁鐵和彈簧；包括如下步驟：

(1)在主手和從手姿態的不一致時，通過計算機觸發輔助機構開關，關閉主手和從手同步運動關系，從手靜止不動，在第三電機、第四電機、第五電機的驅動下，輔助機構從非工作區域翻轉到工作區域，同時從手和輔助機構進行內部姿態數據傳輸，輔助機構各關節在第一電機、第二電機驅動下進行姿態調整，實現輔助機構姿態與從手姿態一致；

(2)將主手末端的執行器插入導向裝置內芯的孔中，實現主手與輔助機構末端導向裝置姿態一致；

(3)再次觸發輔助機構開關，使電磁鐵通電，帶動導向裝置內芯向電磁鐵方向運動，實現了主手和輔助機構分離；

(4)輔助機構在第三電機、第四電機、第五電機的驅動下從工作區域翻轉回到非工作區域，完成主手的姿態調整，恢復主從手姿態的一致性。

一種用于主從姿態控制的輔助機構的調整方法，所述用于主從姿態控制的輔助機構是：在工作臺上設置有計算機、主手和從手，還包括輔助機構，輔助機構包括安裝在工作臺上的輔助機構機座、輔助機構底座、第三輔助機構連桿、第二輔助機構連桿、第一輔助機構連桿和導向裝置，所述輔助機構機座上安裝有第五電機，第五電機的輸出端與輔助機構底座連接，第三輔助機構連桿的一端與輔助機構底座鉸接、另一端與第二輔助機構連桿的一端鉸接，且第三輔助機構連桿與輔助機構底座、第三輔助機構連桿與第二輔助機構連桿的鉸接軸分別與第四電機和第三電機的輸出端連接，第二輔助機構連桿的另一端安裝第二電機，第二電機的輸出端與第一輔助機構連桿的一端連接，第一輔助機構連桿的另一端與導向裝置鉸接，且第一輔助機構連桿與導向裝置的鉸接軸與第一電機的輸出端固連，所述導向裝置與主手的執行 器連接；所述導向裝置包括與第一輔助連桿鉸接的導向裝置外殼，導向裝置外殼的內表面設置電機滑道，第六電機通過外表面設置的凸起安裝在電機滑道中，電機的輸出端與導向裝置內芯的下端固連，導向裝置內芯上設置有與主手的執行器配合的孔，在第六電機的下端面與導向裝置外殼之間設置有電磁鐵和彈簧；包括如下步驟：

(1)在主手和從手姿態的不一致時，通過計算機觸發輔助機構開關，關閉主手和從手同步運動關系，從手靜止不動，在第三電機、第四電機、第五電機的驅動下，輔助機構從非工作區域翻轉到工作區域，同時從手和輔助機構進行內部姿態數據傳輸，輔助機構各關節在第一電機、第二電機、第六電機驅動下進行姿態調整，實現輔助機構姿態與從手姿態一致；

(2)將主手末端的執行器插入導向裝置內芯的孔中，實現主手與輔助機構末端導向裝置姿態一致；

(3)再次觸發輔助機構開關，使電磁鐵通電，帶動第六電機與導向裝置內芯向電磁鐵方向運動，實現了主手和輔助機構分離；

(4)輔助機構在第三電機、第四電機、第五電機的驅動下從工作區域翻轉回到非工作區域，完成主手的姿態調整，恢復主從手姿態的一致性。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：1.本發明操作簡便，方便操作人員使用。2.本發明設計的主手姿態調整方法及輔助機構可以應用于不宜采用調整從手姿態方式的特殊情況下,為調整主從手姿態的一致性提供新的方式。3.本發明設計的主手姿態調整方法及輔助機構可以更高效率地完成對主手姿態的調整，使其不會因為姿態調整而耽誤過多工作時間。4.本發明設計的主手姿態調整方法及輔助機構不僅可以用于機械手結構中，同樣可以用于其他結構形式機器人中，應用十分廣泛。5.本發明設計的主手姿態調整方法及輔助機構可以準確地完成主手姿態調整，使其與從手姿態一致。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明輔助機構的結構示意圖；

圖3為本發明的通用主手導向裝置結構示意圖；

圖4為本發明的通用主手導向裝置結構剖視圖；

圖5為本發明另一狀態的通用主手導向裝置結構剖視圖；

圖6為本發明的專用主手導向裝置結構示意圖；

圖7為本發明另一角度的專用主手導向裝置結構示意圖；

圖8為本發明的專用主手導向裝置結構剖視圖；

圖9為本發明另一狀態的專用主手導向裝置結構剖視圖；

圖中：1計算機、2主手底座、3第一主手連桿、4主手機座、5第二主手連桿、6第三主手連桿、7執行器、8具有配合孔的導向裝置內芯、9導向裝置外殼、10第一輔助機構連桿、11第二輔助機構連桿、12第三輔助機構連桿、13輔助機構機座、14輔助機構底座、15第一輔助機構驅動電機、16第二輔助機構驅動電機、17第三輔助機構驅動電機、18第四輔助機構驅動電機、19第五輔助機構驅動電機、20滑道、21限位塊、22彈簧、23電磁鐵裝置、24銷釘、25工作臺、26擋圈、27配合孔末端凸臺、28電機滑道、29第六輔助機構驅動電機。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1，通常，3自由度主手不會安裝專用于控制姿態的電機，因此無法直接由從手姿態對其進行調整，只能采用其他方式進行調整。通過觸發輔助機構開關(2個，針對左右機械主手各一個)，關閉主、從手同步運動關系，從手靜止不動。在電機驅動下，輔助機構從非工作區域翻轉到工作區域，同時從手、輔助機構進行內部姿態數據傳輸，將從手當前的姿態(該姿態可以通過從手各電機的運動量結合從手機器人正運動學獲得)，通過數據總線傳遞給計算機主機，計算機主機根據該姿態結合輔助機構的逆運動學，計算出輔助機構各關節電機的相應轉角，從而在電機的驅動下，實現輔助機構末端導向裝置姿態與從手末端姿態一致。然后，操作者操縱主手，將主手末端執行器插入輔助機構的導向裝置中，直至二者完全配合，從而實現了主手與輔助機構末端導向裝置姿態一致，此時從手姿態、主手姿態和導向裝置姿態均一致。最后，再次觸發輔助機構開關，重新建立主從手的同步運動關系，同時，輔助機構導向裝置一側的電磁鐵通電，將導向裝置縮短，使該輔助機構的導向裝置與主手分離。然后，輔助機構在電機驅動下從工作區域翻轉回到非工作區域。由此在從手端不動的情況下，完成主手的姿態調整，恢復了主從手姿態的一致性。該段所描述的4處姿態一致均分為兩種情況：第一種針對外購的通用主手，由于不能人為的設置繞軸線旋轉自由度的零位，所以僅能實現兩個自由度的一致，不包括繞導向裝置軸線旋轉的自由度。第二種針對自制的專用主手，由于可以人為的設置繞軸線旋轉自由度的零位，所以能夠實現3個姿態自由度的一致，包括繞導向裝置軸線旋轉的自由度，該自由度相對獨立，可以通過增量的方式來實現該自由度的主從控制，下文為針對自制主手情況的描述。

結合圖2，輔助機構主要由第一輔助機構連桿10、第二輔助機構連桿11、第三輔助機構連桿12、輔助機構機座13、輔助機構底座14、第一輔助機構驅動電機15、第二輔助機構驅動電機16、第三輔助機構驅動電機17、第四輔助機構驅動電機18、第五輔助機構驅動電機19和導向裝置等組成。輔助機構除了姿態調整(上段所述的2或3個自由度)和導向裝置進給運動(1個自由度)之外，輔助機構還要具有1或3個自由度。當具有1個自由度時，能 將導向裝置從非工作區域翻轉到工作區域的某個固定位置(如：兩個主手操作空間的中心)，可簡單地實現任意一個主手的姿態調整。當具有3個自由度時，可以更進一步實現將導向裝置放置在任意一個理想的指定位置，從而更好的實現主手的姿態調整，下文為針對3自由度情況的描述。輔助機構底座14與輔助機構機座13連接，第三輔助機構連桿12一端與輔助機構底座14連接，第二輔助機構連桿11一端與第三輔助機構連桿12另一端連接，第一輔助機構連桿10一端與第二輔助機構連桿11另一端連接，第一輔助機構連桿10另一端與導向裝置連接，以上5處連接均為轉動副連接，且每處均有電機驅動。電機依次為第五輔助機構驅動電機19、第四輔助機構驅動電機18、第三輔助機構驅動電機17、第二輔助機構驅動電機16、第一輔助機構驅動電機15。通過觸發輔助機構開關，在第三輔助機構驅動電機17、第四輔助機構驅動電機18、第五輔助機構驅動電機19的驅動下，完成輔助機構在工作狀態與非工作狀態之間切換的翻轉運動。第一輔助機構驅動電機15、第二輔助機構驅動電機16、第六輔助機構驅動電機29用于驅動輔助機構末端姿態調整。

結合圖3，通用主手的導向裝置外部結構主要由具有配合孔的導向裝置內芯8、導向裝置外殼9、滑道20和限位塊21等組成。導向裝置內芯的配合孔用于與執行器7配合，滑道20用于保證配合孔8在導向裝置外殼9進給運動的準確性。限位塊21對導向裝置內芯的進給運動起到限位作用。

結合圖4和圖5，其中圖4為通用主手的導向裝置的對接工作狀態剖視圖，圖5為通用主手的導向裝置的分離工作狀態剖視圖。導向裝置內部結構主要由具有配合孔的導向裝置內芯8、導向裝置外殼9、彈簧22和電磁鐵裝置23等組成。進行姿態調整過程中，當首次觸發輔助機構開關后，根據從手、輔助機構內部姿態傳輸的數據，輔助機構各關節在第一輔助機構驅動電機15、第二輔助機構驅動電機16驅動下進行姿態調整，實現了輔助機構姿態與從手姿態一致。然后，操縱主手，將主手末端執行器7插入輔助機構的導向裝置內芯的配合孔中，直至二者完全配合，即實現了主手與輔助機構姿態一致。綜上過程，完成了主手姿態的姿態調整，后再次觸發輔助機構開關，導向裝置一側的電磁鐵裝置23通電將導向裝置內芯吸回，使執行器7和導向裝置內芯的配合孔分離。

結合圖6和圖7，專用主手的導向裝置外部結構主要由導向裝置內芯8、導向裝置外殼9、擋圈26、配合孔末端凸臺27、電機滑道28和第六輔助機構驅動電機29等組成。導向裝置內芯的配合孔用于與執行器7配合，通過擋圈26限制配合孔末端凸臺27運動，從而對導向裝置內芯的進給運動起到了限位作用。

結合圖8和圖9，其中圖8為專用主手的導向裝置的對接工作狀態剖視圖，圖9為專用主手的導向裝置的分離工作狀態剖視圖。該裝置主要由彈簧22、電磁鐵裝置23、銷釘24、 擋圈26、配合孔末端凸臺27、電機滑道28和第六輔助機構驅動電機29等組成。進行姿態調整過程中，當首次觸發輔助機構開關后，根據從手、輔助機構內部姿態傳輸的數據，輔助機構各關節在第一輔助機構驅動電機15、第二輔助機構驅動電機16、第六輔助機構驅動電機29驅動下進行姿態調整(這里重點描述繞導向裝置軸線旋轉的自由度的姿態調整：導向裝置內芯和第六輔助機構驅動電機29的電機軸是通過銷釘24連接，這使二者可以進行同步運動，從而實現了該自由度的姿態調整)，即實現了輔助機構姿態與從手姿態一致，此時專用主手的導向裝置處于對接工作狀態。操縱主手將其末端執行器7插入配合孔中，直至二者完全配合，即實現了主手與輔助機構姿態一致。綜上過程，完成了主手姿態的姿態調整，后再次觸發輔助機構開關，使專用主手的導向裝置處于分離工作狀態，導向裝置一側的電磁鐵裝置23將第六輔助機構驅動電機29吸回，由于銷釘24的作用，沿著電機滑道28運動的第六輔助機構驅動電機29會將拉動導向裝置內芯8一同往回運動，從而使執行器7和導向裝置內芯8分離。

本發明工作過程如下：

正常工作過程中，操作者通過操縱主手運動，其各個關節會在運動過程中產成相應的信號數值，所產成的信號數值作為驅動指令值發往從手的各個關節，使從手實現與主手一致的姿態變化。在某種情況下，主手為正常運動狀態，而從手因受到阻礙或其他原因而處于靜止狀態，發生了主手和從手姿態的不一致。在某些特殊情況下，不宜采用調整從手姿態這種方式。針對這種情況特殊，通過觸發輔助機構開關，關閉主手和從手同步運動關系，從手靜止不動。在第三輔助機構驅動電機17、第四輔助機構驅動電機18、第五輔助機構驅動電機19的驅動下，輔助機構從非工作區域翻轉到工作區域，同時從手和輔助機構進行內部姿態數據傳輸。根據傳輸信號，輔助機構各關節在第一輔助機構驅動電機15、第二輔助機構驅動電機16、第六輔助機構驅動電機29驅動下進行姿態調整，即實現了輔助機構姿態與從手姿態一致。然后，操作者操縱主手，將主手末端執行器7插入輔助機構導向裝置內芯的配合孔8中，直至二者完全配合，從而實現了主手與輔助機構末端導向裝置姿態一致。最后，再次觸發輔助機構開關，使輔助機構導向裝置內芯的配合孔8一側的電磁鐵23通電，帶動導向裝置內芯向電磁鐵23方向運動，實現了主手和輔助機構分離。然后，輔助機構在第三輔助機構驅動電機17、第四輔助機構驅動電機18、第五輔助機構驅動電機19的驅動下從工作區域翻轉回到非工作區域。綜上過程，在從手端不動的情況下，完成主手的姿態調整，恢復了主從手姿態的一致性。

主從姿態控制的主手姿態調整方法的步驟為：

步驟1：觸發輔助機構開關，關閉主、從手同步運動關系，使從手為靜止狀態。在電機驅動下，輔助機構從非工作區域翻轉到工作區域，同時從手、輔助機構進行內部姿態數據傳 輸，根據傳輸數據電機驅動輔助機構，使其末端導向裝置姿態與從手末端姿態一致。

步驟2：操作者操縱主手，將主手末端執行器插入輔助機構的導向裝置中，直至二者完全配合，實現了主手與輔助機構末端導向裝置姿態一致，由步驟1實現了末端導向裝置姿態與從手末端姿態一致，從而使主、從手姿態一致。

步驟3：再次觸發輔助機構開關，重新建立主從手的同步運動關系，同時，輔助機構導向裝置一側的電磁鐵通電，將導向裝置縮短，使該輔助機構的導向裝置與主手分離。然后，輔助機構在電機驅動下從工作區域翻轉回到非工作區域。

其中輔助機構主要由姿態調整部分和翻轉部分組成。姿態調整部分用于輔助機構末端姿態調整，翻轉部分用于輔助機構在工作區域和非工作區域之間翻轉運動。

本發明提出一種用輔助機構實現主從姿態恢復一致的方法，針對沒有姿態電機的主手，當主從姿態一致時，不需要輔助機構，此時輔助機構遠離主手的工作區域，不影響主從操作；當主從姿態由于某種原因不一致時，輔助機構翻轉進入工作區域，通過將主手與輔助機構對接的方式恢復主從姿態一致。

該輔助機構分為翻轉部分和姿態調整部分，翻轉部分根據實際需要，可以將姿態調整部分移動到理想的工作位置；姿態調整部分針對不同類型的主手，根據從手的姿態和翻轉部分的姿態，可實現2或3個自由度的姿態調整，從而進一步實現主從手的姿態一致。

所述的姿態一致均分為兩種情況：第一種針對外購的通用主手，為兩個自由度的一致，不包括繞導向裝置軸線旋轉的自由度；第二種針對自制的專用主手，為三個自由度的一致，包括繞導向裝置軸線旋轉的自由度，該自由度相對獨立，可以通過增量的方式來實現該自由度的主從控制。

輔助機構主要由連桿、驅動電機、輔助機構底座、輔助機構開關和導向裝置等組成。

輔助機構除了姿態調整(2或3個自由度)和導向裝置進給運動(1個自由度)之外，輔助機構還要具有1或3個自由度。

通用主手的導向裝置主要由配合孔8、導向裝置外殼9、滑道20、限位塊21、彈簧22和電磁鐵裝置23等組成；

配合孔8與執行器7相配合，滑道20限制配合孔8的進給運動，限位塊21對配合孔8的進給運動起到限位作用，電磁鐵裝置23通電后壓縮彈簧22將配合孔8吸回，使執行器7和配合孔8分離。

專用主手的導向裝置主要由配合孔8、導向裝置外殼9、彈簧22、電磁鐵裝置23、銷釘24、擋圈26、配合孔末端凸臺27、電機滑道28和輔助機構驅動電機29等組成。

配合孔與執行器7相配合，通過擋圈26限制配合孔末端凸臺27運動，從而限制配合孔 8的進給運動；電磁鐵裝置23通電后壓縮彈簧22將輔助機構驅動電機29吸回，配合孔8和輔助機構驅動電機29的電機軸由銷釘24連接，從而一同被吸回，使執行器7和配合孔分離。

配合孔和輔助機構驅動電機29的電機軸由銷釘24連接，二者同步運動，從而實現了該自由度的姿態調整。

本發明涉及一種可用于主從姿態控制的主手姿態調整方法及輔助機構，主從姿態控制的主手姿態調整方法是針對沒有姿態電機的主手，當主從姿態一致時，不需要輔助機構，此時輔助機構遠離主手的工作區域，不影響主從操作；當主從姿態由于某種原因不一致時，輔助機構翻轉進入工作區域，通過將主手與輔助機構對接的方式恢復主從姿態一致。輔助機構主要由翻轉部分和姿態調整部分組成，翻轉部分根據實際需要，可以將姿態調整部分移動到理想的工作位置。本發明為沒有姿態電機的主手，提供了一種高效的、準確的主手姿態調整方法，提高了工作人員的工作效率。