(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210504580.2 (22)申请日 2022.05.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114603565 A (43)申请公布日 2022.06.10 (73)专利权人 季华实验室 地址 528200 广东省佛山市南海区桂城街 道环岛南路28号 (72)发明人 雷成林　矫日华　 (74)专利代理 机构 佛山市海融科创知识产权代 理事务所(普通 合伙) 44377 专利代理师 许家裕 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/12(2006.01)B25J 17/00(2006.01) 审查员 王慰慰 (54)发明名称 欠驱动机 械臂及其控制方法 (57)摘要 本申请属于机械臂 技术领域， 公开了一种欠 驱动机械臂及其控制方法， 欠 驱动机械臂具有九 个关节， 其中三个 关节分别通过输入轮和输出轮 之间的摩擦传动实现与另外三个关节共用驱动 源， 与传统的每个 关节均有一个驱动源的六轴机 械臂相比， 具有更多的自由度和更大的灵活度， 与传统的每个关节均有一个驱动源的九轴机械 臂相比， 驱动源更少， 结构的复杂性更低， 成本更 低， 且当外界作用于机械臂末端的力过大时， 输 入轮和输 出轮之间会相对滑动， 从而卸载多余的 力， 避免由于负载 过大而损坏驱动源。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 114603565 B 2022.08.02 CN 114603565 B 1.一种欠驱动机械臂控制方法， 其特征在于， 用于对欠驱动机械臂进行控制， 所述欠驱 动机械臂包括六个驱动源、 九个关节和九个连杆， 九个所述关节分别为第一关节 （1） 、 第二 关节 （2） 、 第三关节 （3） 、 第四关节 （4） 、 第五关节 （5） 、 第 六关节 （6） 、 第七关节 （7） 、 第八关节 （8） 、 第九关节 （9） ， 九个所述连杆分别为第一连杆 （10） 、 第二连杆 （11） 、 第三连杆 （12） 、 第四 连杆 （13） 、 第五连杆 （14） 、 第六连杆 （15） 、 第七连杆 （16） 、 第八连杆 （17） 、 第九连杆 （18） ； 六 个所述驱动源分别用于驱动所述第一关节 （1） 、 所述第二关节 （2） 、 所述第三关节 （3） 、 所述 第四关节 （4） 、 所述第五关节 （5） 和所述第六关节 （6） 旋转； 所述第七关节 （7） 、 所述第八关节 （8） 和所述第九关节 （9） 均包括输入轮 （19） 和输出轮 （20） ， 且所述输入轮 （19） 的周面与所述输出轮 （20） 的端面相抵， 所述输入轮 （19） 用于通过 摩擦力带动所述输出轮 （20） 转动； 所述第七关节 （7） 的所述输出轮 （20） 与所述第七连杆 （16） 连接， 并用于带动所述第七 连杆 （16） 摆动， 所述第七关节 （7） 的所述输入轮 （19） 由所述第四关节 （4） 的所述驱动源驱 动； 所述第八关节 （8） 的所述输出轮 （20） 与所述第八连杆 （17） 连接， 并用于带动所述第八 连杆 （17） 摆动， 所述第八关节 （8） 的所述输入轮 （19） 由所述第五关节 （5） 的所述驱动源驱 动； 所述第九关节 （9） 的所述输出轮 （20） 与所述第九连杆 （18） 连接， 并用于带动所述第九 连杆 （18） 转动， 所述第九关节 （9） 的所述输入轮 （19） 由所述第六关节 （6） 的所述驱动源驱 动； 所述欠驱动机 械臂控制方法包括： 基于修正DH法和关节间耦合关系控制所述 欠驱动机 械臂末端的位姿； 基于关节间的摩擦传动关系控制所述 欠驱动机 械臂末端对外界的作用力； 所述基于修 正DH法和关节间耦合关系控制所述 欠驱动机 械臂末端的位姿的步骤 包括： 根据修正DH法计算各相邻的两根连 杆之间的变换矩阵； 根据各相邻的两根连 杆之间的变换矩阵计算所述 欠驱动机 械臂末端的位姿矩阵； 根据所述欠驱动机械臂末端的位姿矩阵和各关节之间的耦合关系， 计算所述欠驱动机 械臂的位置雅可比矩阵； 根据所述 位置雅可比矩阵控制所述 欠驱动机 械臂末端的位姿； 所述基于关节间的摩擦传动关系控制所述欠驱动机械臂末端对外界的作用力的步骤 包括： 获取需要所述欠驱动机械臂末端对外界输出的目标作用力向量； 所述目标作用力向量 包括三个轴向上的目标作用力分量和三个轴向上的目标力矩分量； 根据所述目标作用力向量获取三个轴向上的目标作用力分量； 若至少一个所述目标作用力分量大于对应轴向的最大作用力， 则根据 所述对应轴向的 最大作用力更新所述目标作用力向量； 根据以下模型控制所述 欠驱动机 械臂末端对外界的作用力：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114603565 B 2； 其中， 为所述目标作用力向量， 为所述位置雅可比矩阵的转置矩阵， 分 别为第1至第6个驱动源的输出力矩， 为第四关节 （4） 和第七关节 （7） 之间的耦合系数， 为第五关节 （5） 和第八关节 （8） 之间的耦合系数， 为第六关节 （6） 和第九关节 （9） 之间 的耦合系数， 为  轴沿 轴移动至与 轴相交或重合所需的移动距离 。 2.根据权利要求1所述的欠驱动机械臂控制方法， 其特征在于， 所述根据修正DH法计算 各相邻的两根连 杆之间的变换矩阵的步骤 包括： 根据以下公式计算各相邻的两根连 杆之间的变换矩阵： ； 其中， 为第 个连杆相对第 个连杆的变化矩阵， 为cos函数， 为sin函数， 为 轴沿 轴移动至与 轴相交或重合所 需的移动距离， 为 轴绕 轴旋 转至与 轴同向所需的转动角度， 为 轴沿 轴移动至与 轴相交或重 合所需的移动距离， 为 轴绕 轴旋转至与 轴同向所需的转动角度。 3.根据权利要求2所述的欠驱动机械臂控制方法， 其特征在于， 所述根据 各相邻的两根权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114603565 B 3