CN101797748A - 一种多自由度排爆机械臂 - Google Patents

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闫学凯
李一鹏
周伟
郭盖华
陈志发
林敬桥
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/002—Manipulators for defensive or military tasks
    • B25J11/0025—Manipulators for defensive or military tasks handling explosives, bombs or hazardous objects

Abstract

一种多自由度排爆机械臂，它涉及一种排爆机械臂。它包含六自由度关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六个关节协同控制可使前端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的前端摄像头组成，主摄像头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完成各种动作，包括分布式控制模块和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能以适应不同需求，提高机械臂应用范围。

Description

一种多自由度排爆机械臂
技术领域：
本发明涉及一种排爆机械臂，具体是涉及一种多自由度排爆机械臂。
背景技术：
自美国“9/11”事件后，全球掀起了反恐高潮。随着全球化的发展和反恐工作的深入，与恐怖分子的矛盾进一步激化，反恐形势也发生着巨大变化。通过放置炸弹来制造爆炸恐怖活动，是恐怖主义组织进行恐怖主义活动的惯用手段，除此之外，世界上很多国家都散布着许多未爆炸的弹药，例如，伊拉克战争结束后，伊拉克境内和边境仍有大量的地雷、炮弹以及多国部队投下的布雷弹及子母弹，其中至少有20％没有爆炸。因此如何有效地排除爆炸物已经成为一个世界性的问题。
在此背景下，排爆机器人作为一种安全有效的排除爆炸物的工具日益受到各国的重视，并有着越来越广阔的市场前景，世界上有许多国家例如美国、英国、以色列等发达国家都在加紧研制先进高效的排爆机器人，如美国iRobot公司研制生产的Packbot小型排爆机器人，英国皇家武器装备研究与发展院研制，科努尔发展有限公司AB电子产品分公司生产的“手推车”(Wheelbarrow)排爆机器人，法国Cybernetix公司开发的TSR 200型排爆机器人等。我国在反恐排爆领域也取得了一定成果，如中科院沈阳自动化研究所研制的“灵蜥”系列反恐防暴机器人，北京瑞琦研发的Dragon III排爆机器人等。其中机械臂作为排爆机器人的重要组成部分，它用于替代士兵完成哑弹的拆除销毁等任务。由于作业任务的特殊性，对排爆机械臂有着十分高的要求，如可控自由度、可达工作空间、运动精度、有效负载、运动特性和经济性指标等。现有排爆机械臂大多体积庞大，可达空间较小，运动相对不灵活，对于拆除哑弹等精微操作控制精度不够，而且造价昂贵十分不利于推广使用。
发明内容：
本发明的目的是提供一种多自由度排爆机械臂，它具有六个可控自由度且可达空间范围大，运动灵巧定位精度高，臂展相对较长并具有较大的有效载荷。将其搭载在通用履带移动平台上可构成特种排爆机器人，扩展了移动性能的同时也使其可达空间变得更加灵活，能够代替人类完成许多恶劣环境下的高风险作业任务，如战后战场哑弹拆除、恐怖袭击炸弹处理、危险化学物质搬运销毁等，紧凑型设计使其占用空间小方便移动和运输。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含六自由度关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六自由度关节组件是由底座旋转关节、肩关节、肘关节、腕关节、手爪旋转关节和手爪张合关节组成，六个关节协同控制可使前端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的前端摄像头组成，主摄像头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完成各种动作，包括分布式控制模块和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能以适应不同需求，提高机械臂应用范围，使之能够完成更多更高要求的任务。
本发明涉及的自保护的关节传动机构，可实现底座回转关节转动自由度，并能在误操作或者遇到障碍时自我保护防止驱动电机损坏。蜗轮蜗杆固定箱体通过主轴轴承与旋转关节主轴配合连接，旋转关节蜗轮安装在蜗轮蜗杆固定箱体中，并通过胀紧套周向轴向固连在旋转关节主轴上，当整个机械臂误操作或者遇到障碍时会阻碍底座回转运动，如果阻碍力矩大于胀紧套额定力矩时，则周向固定自动失效，可及时保护驱动电机不会因堵转而损坏。
本发明采用无外露走线设计的分布式控制系统，可实现六自由度关节的协同控制。将六个完全相同的分布式控制模块安装在每个关节组件内，用于控制该关节组件的驱动电机以及速度、位置传感器，所有分布式控制模块由穿梭在管壁中轴内的总线与控制舱连接，通过总线统一供电并可实现相互通讯，这种设计大大减少了手臂末端线路数量，完全包含在管壁内的走线设计很好地保护了线路安全并使机械臂简洁美观。
本发明采用紧凑型折叠设计，设计之初已考虑搭载通用履带移动平台后机械臂收起的最小状态，采用空间紧凑设计使得机械臂收起时尽量占用通用履带移动平台内部空间，使得整个排爆机器人具有最小的高度尺寸和长度尺寸，方便特种排爆机器人的移动和运输。
本发明采用一种双摄像头系统，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的前端摄像头组成，通用履带移动平台搭载机械臂组成特种排爆机器人后，往往需要代替人去完成各种危险任务，操作者通过有线/无线方式进行远程操控，机械臂上的摄像头系统可将前方环境视野传递至控制箱供操作者观察判断进操作。固定在前臂上的主摄像头处于制高点具有最广阔的前方视野，用于对排爆机器人所处环境进行整体观察，安装在手爪关节的前端摄像头具有手爪前方近距离视野，为后方操作者精细处理危险物提供视野保证。
本发明具有以下有益效果：具有六个可控自由度且可达空间范围大，运动灵巧定位精度高，臂展相对较长并具有较大的有效载荷。将其搭载在通用履带移动平台上可构成特种排爆机器人，扩展了移动性能的同时也使其可达空间变得更加灵活，能够代替人类完成许多恶劣环境下的高风险作业任务，如战后战场哑弹拆除、恐怖袭击炸弹处理、危险化学物质搬运销毁等，紧凑型设计使其占用空间小方便移动和运输。
附图说明：
图1为本发明多自由度排爆机械臂整体装配轴测图；
图2为本发明多自由度排爆机械臂整体结构爆炸图；
图3为本发明多自由度排爆机械臂控制舱100组件结构示意图；
图4为本发明多自由度排爆机械臂底座旋转关节200组件结构示意图；
图5为本发明多自由度排爆机械臂后臂300组件结构示意图；
图6为本发明多自由度排爆机械臂肩肘关节600组件结构示意图；
图7为本发明多自由度排爆机械臂前臂400组件结构示意图；
图8为本发明多自由度排爆机械臂主摄像头700组件结构示意图；
图9为本发明多自由度排爆机械臂腕关节800组件结构示意图；
图10为本发明多自由度排爆机械臂手爪关节500组件结构示意图；
图11为本发明多自由度排爆机械臂前部手爪900组件结构示意图；
图12为本发明多自由度排爆机械臂单边手爪1000组件结构示意图；
图13为本发明多自由度排爆机械臂六自由度示意图；
图14为本发明多自由度排爆机械臂平台搭载整体示意图；
图15为本发明多自由度排爆机械臂平台搭载收起示意图；
图16为本发明多自由度排爆机械臂视野范围示意图；
图17为本发明多自由度排爆机械臂有效负载示意图；
图18为本发明多自由度排爆机械臂分布式控制系统示意图；
图19为本发明多自由度排爆机械臂极限位置示意图；
图20为本发明多自由度排爆机械臂扩展可达空间示意图；
图21为本发明多自由度排爆机械臂关节控制模块硬件构成框图；
图22为本发明多自由度排爆机械臂关节程序框图；
图23为本发明多自由度排爆机械臂末端联动功能程序框图；
图24为本发明多自由度排爆机械臂错误处理程序框图。
具体实施方式：
参看图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案：它由控制舱组件2-100、旋转关节组件2-200、后臂组件2-300、前臂组件2-400和手爪关节2-500组成。手爪关节2-500与前臂组件2-400前端固连，具有腕关节转动自由度；前臂组件2-400末与端后臂组件2-300前端固连，具有肘关节转动自由度；后臂组件2-300末端与旋转关节组件2-200固连，具有肩关节转动自由度；旋转关节组件2-200与控制舱组件2-100固连，具有整体回转自由度。控制舱组件2-100发送指令控制机械臂各关节运动，同时可于通用移动平台连接扩展使用范围。
参看图3，为本发明多自由度排爆机械臂控制舱组件100部分，由控制舱上盖板3-1、上盖板密封垫3-2、控制电路3-3、控制舱钣金壳体3-4、通讯天线3-5、控制箱下盖板3-6、下盖板密封垫3-7和GPS天线3-8组成。控制电路3-3安装在控制舱钣金壳体3-4内，由控制舱上盖板3-1和上盖板密封垫3-2盖合并保证其防水防尘要求，为了方便上部组件安装，控制舱钣金壳体3-4下底面开口且由控制箱下盖板3-6和下盖板密封垫3-7盖合并保证其防水防尘要求，通讯天线3-5通过控制舱钣金壳体3-4侧面通孔和控制电路3-3，用于和控制箱无线通讯，GPS天线3-8贴合在控制舱钣金壳体3-4用于接收GPS信号。
参看图4，为本发明多自由度排爆机械臂底座旋转关节组件200部分，由旋转关节位置传感器固定架4-9、旋转关节位置传感器电路4-10、、旋转关节位置传感器磁铁4-11、磁铁固定挡环4-12、主轴轴承4-13、蜗轮蜗杆箱盖4-14、胀紧套端盖4-15、胀紧套4-16、旋转关节蜗轮4-17、旋转关节电路板4-18、旋转关节电路板固定架4-19、旋转关节电机4-20、旋转关节电机固定板4-21、旋转关节密封垫一4-22、电机传动齿轮4-23、旋转关节密封钣金一4-24、蜗杆传动齿轮4-25、蜗杆轴承4-26、旋转关节蜗杆4-27、蜗杆轴承4-28、旋转关节密封垫二4-29、旋转关节主轴4-30、主轴轴承4-31、旋转关节连接架4-32、旋转关节密封垫三4-33、旋转关节密封垫四4-34、旋转关节密封钣金二4-35和蜗轮蜗杆固定箱体4-36组成。蜗轮蜗杆固定箱体4-36通过主轴轴承4-13、4-31与旋转关节主轴4-30配合连接，旋转关节蜗轮4-17安装在蜗轮蜗杆固定箱体4-36中，并通过胀紧套4-16周向轴向固连在旋转关节主轴4-30上，旋转关节电路板固定架4-19将旋转关节电路板4-18紧固并连接在旋转关节电机固定板4-21上，旋转关节电路板4-18控制旋转关节电机4-20转动，电机驱动力通过电机传动齿轮4-23、蜗杆传动齿轮4-25传递至旋转关节蜗杆4-27上，进而传递至与关节蜗杆4-27啮合的旋转关节蜗轮4-17上带动整个旋转关节绕旋转关节主轴4-30转动。旋转关节位置传感器电路4-10上装有磁性绝对位置传感芯片，与旋转关节位置传感器磁铁4-11配合使用即可实时检测旋转关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。旋转关节连接架4-32与下一关节连接，旋转关节密封垫4-22、4-29、4-33、4-34和旋转关节密封钣金4-24、4-35保证了旋转关节防水防尘要求。
参看图5，为本发明多自由度排爆机械臂后臂组件300部分，由后臂臂杆5-37和两套肩肘关节组件5-600组成。两套肩肘关节组件5-600固连在后臂臂杆5-37两端组成后臂组件，一端与旋转关节固连另一端与前臂组件固连，并可实现供肩肘关节两个自由度的控制。
参看图6，为本发明多自由度排爆机械臂肩肘关节组件600部分，由肩肘关节连接法兰6-38、肩肘关节主轴轴承6-39，肩肘关节蜗轮蜗杆箱体6-40、蜗杆轴承6-41、蜗杆轴承挡盖6-42、肩肘关节蜗轮轴6-43、蜗轮蜗杆箱体盖板6-44、肩肘关节主轴轴承6-45、肩肘关节位置传感器磁铁6-46、肩肘关节位置传感器电路6-47、肩肘关节密封钣金6-48、肩肘关节转接电路板6-49、磁铁固定挡环6-50、肩肘关节蜗杆6-51、肩肘关节蜗轮轴6-52、联轴器6-53、肩肘关节电机固定架6-54、肩肘关节电机6-55、编码器6-56、肩肘关节电路板连接杆6-57和肩肘关节电路板6-58组成。肩肘关节电路板6-58通过肩肘关节电路板连接杆6-57固定在肩肘关节电机固定架6-54上，肩肘关节电路板6-58控制肩肘关节电机6-55转动，电机驱动力通过联轴器6-53传递至肩肘关节蜗杆6-51进而传递至与之啮合的肩肘关节蜗轮轴6-43上，从而带动肩肘关节连接法兰6-38转动，肩肘关节连接法兰6-38与其他关节固连即可实现肩肘关节自由转动。肩肘关节位置传感器电路6-47上装有磁性绝对位置传感芯片，与肩肘关节位置传感器磁铁6-46配合使用即可实时检测肩肘关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。
参看图7，为本发明所述多自由度排爆机械臂前臂组件400部分，由前后臂连接法兰7-59、前臂臂杆7-60、主摄像头组件7-700和腕关节组件7-800组成。前后臂连接法兰7-59与前臂臂杆7-60一段固连用于实现肘关节自由转动，腕关节组件7-800与前臂臂杆7-60另一段固连用于实现腕关节自由转动，主摄像头组件7-700固连在前臂臂杆7-60上方可提供机械臂前方大范围视野。
参看图8，为本发明所述多自由度排爆机械臂主摄像头组件700部分，由主摄像头密封盒端盖8-61、主摄像头密封盒上盖8-62、主摄像头8-63、主摄像头固定架8-64、白光LED灯板8-65、白光LED灯8-66、主摄像头灯罩8-67、主摄像头有机玻璃罩8-68、无线视频发射模块8-69、主摄像头电路8-70和主摄像头密封盒下盖8-71组成。主摄像头8-63通过主摄像头固定架8-64连接在主摄像头密封盒下盖8-71上，可提供机械臂前方大范围视野，两颗白光LED灯8-66可在昏暗处或夜间提供白光以提升视频效果，无线视频发射模块8-69将所得图像信息传输会主控制端供操作人员观测。主摄像头密封盒端盖8-61、主摄像头密封盒上盖8-62、主摄像头灯罩8-67、主摄像头有机玻璃罩8-68和主摄像头密封盒下盖8-71将整个主摄像头系统密封在内，保证其防水防尘要求。
参看图9，为本发明所述多自由度排爆机械臂腕关节组件800部分，由腕关节密封盖9-72、磁铁固定挡环9-73、腕关节位置传感器电路9-74、腕关节位置传感器磁铁9-75、主轴轴承9-76、腕关节蜗轮9-77、腕关节蜗轮蜗杆箱体9-78、主轴轴承9-79、腕关节主轴法兰9-80、蜗杆轴承9-81、腕关节蜗杆9-82、蜗杆轴承9-83、联轴器9-84、腕关节电机固定架9-85、腕关节电机9-86、编码器9-87、腕关节电路板连接杆9-88和腕关节电路板9-89组成。腕关节电路板9-89通过腕关节电路板连接杆9-88固定在腕关节电机固定架9-85上，腕关节电路板9-89控制腕关节电机9-86转动，电机驱动力通过联轴器9-84传递至腕关节蜗杆9-82进而传递至与之啮合的腕关节蜗轮9-77上，从而带动腕关节主轴法兰9-80转动，腕关节主轴法兰9-80与其他关节固连即可实现腕关节自由转动。腕关节位置传感器电路9-74上装有磁性绝对位置传感芯片，与腕关节位置传感器磁铁9-75配合使用即可实时检测腕关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。
参看图10，为本发明所述多自由度排爆机械臂手爪关节组件500部分，由手爪旋转铜套10-90、轴用卡簧10-91、手爪关节壳体钣金10-92、手爪关节大齿轮10-93、手爪关节小齿轮10-94、手爪关节固定架10-95、手爪关机旋转电机10-96、手爪关节壳体后板10-97、手爪关节位置传感器电路固定板10-98、手爪关节位置传感器电路10-99、轴用卡簧10-100、手爪关节位置传感器磁铁10-101、手爪关节电路板10-102、手爪关节壳体侧板10-103、手爪关节前端摄像头10-104、前端摄像头固定架10-105、前端摄像头补光灯10-106和前部手爪组件900组成。手爪关节电路板10-102固定在手爪关节壳体侧板10-103上并控制手爪关机旋转电机10-96转动，电机驱动力通过齿轮副10-93、10-94传递至与手爪关节大齿轮10-93固连的前部手爪组件900上，从而实现整个前部手爪组件900回转运动。手爪关节位置传感器电路10-99固连在手爪关节位置传感器电路固定板10-98上并装有磁性绝对位置传感芯片，与固连在前部手爪组件900上的手爪关节位置传感器磁铁10-101配合使用即可实时检测手爪关节回转运动的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。手爪关节前端摄像头10-104通过前端摄像头固定架10-105连接在手爪关节壳体侧板10-103上，可提供机械臂手爪前方小范围视野，用于精确定位被夹持物体以方便后方操作人员精确控制，前端摄像头补光灯10-106可在昏暗处或夜间提供白光以提升视频效果。前部手爪组件900采用快速装拆设计，直接套入手爪旋转铜套10-90中并用轴用卡簧10-91、10-100进行轴向限位，装配更换前端手爪组件十分方便快捷，手爪关节壳体10-92、10-97、10-103保证了手爪关节防水防尘要求。
参看图11，为本发明所述多自由度排爆机械臂前部手爪组件900部分，由手爪关机张合电机套筒11-107、手爪关节张合电机11-108、轴用卡簧11-109、转动销轴11-110、前部手爪固定架11-111、蜗杆轴承11-112、手爪张合蜗杆11-113、前部手爪蜗轮蜗杆箱体上盖11-114、蜗轮轴承11-115、手爪张合蜗轮轴11-116、蜗杆端盖11-117、蜗杆轴承11-118、前部手爪蜗轮蜗杆箱体下盖11-119和单边手爪组件1000组成。手爪关节张合电机11-108直接驱动手爪张合蜗杆11-113转动，带动与之啮合的两个手爪张合蜗杆轮轴11-116对称回转运动，手爪张合蜗轮轴11-116两端为正六方轴端，与单边手爪组件1000连接后实现手爪的张合运动。前部手爪蜗轮蜗杆箱体上盖11-114、前部手爪蜗轮蜗杆箱体下盖11-119和蜗杆端盖11-117保证其防水防尘要求。
参看图12，为本发明所述多自由度排爆机械臂单边手爪组件1000部分，由紧定螺钉12-120、轴用卡簧12-121、手爪杆一12-122、挡环12-123、轴承12-124、转动销轴12-125、手爪12-126、轴用卡簧12-127、转动销轴12-128和手爪杆二12-129组成。单边手爪组件1000为连杆机构，通过转动销轴12-125、12-128将手爪杆一12-122、手爪杆二12-129和手爪12-126连接，实现手爪的张合运动，轴用卡簧12-121、12-127对转动销轴12-125、12-128进行轴向限位，紧定螺钉12-120用于正六方孔的轴向周向限位。
参看图13，为本发明所述多自由度排爆机械臂六自由度示意图，整个机械臂具有六个独立的自由度，分别为底座旋转关节自由度13-01、肩关节自由度13-02、肘关节自由度13-03、腕关节自由度13-04、手爪回转关节自由度13-05和手爪张合自由度13-06，六个关节可协同控制使前端手爪操作灵活多样。
参看图14，为本发明所述多自由度排爆机械臂平台搭载整体示意图，将机械臂搭载在通用履带移动平台上可组装成为特种排爆机器人。通用履带移动平台的机动性大大增加了机械臂的可达范围，通过有线/无线远距离操控使之能够灵活可靠地完成各种特殊任务。
参看图15，为本发明所述多自由度排爆机械臂平台搭载收起示意图，设计时考虑搭载后机械臂收起的最小状态，采用空间紧凑设计使得机械臂收起时尽量占用通用履带移动平台内部空间，使得整个排爆机器人具有最小的高度尺寸和长度尺寸。
参看图16，为本发明所述多自由度排爆机械臂视野范围示意图，通用履带移动平台搭载机械臂组成特种排爆机器人后，往往需要代替人去完成各种危险任务，操作者通过有线/无线方式进行远程操控，机械臂上的摄像头系统可将前方环境视野传递至控制箱供操作者观察判断进操作。固定在前臂上的主摄像头16-007处于制高点具有最广阔的前方视野，用于对排爆机器人所处环境进行整体观察，安装在手爪关节的前端摄像头16-008具有手爪前方近距离视野，为后方操作者精细处理危险物提供视野保证。
参看图17，为本发明所述多自由度排爆机械臂有效负载示意图，机械臂完全伸展时前部手爪可抓起的有效负载为m1，机械臂收缩时前部手爪可抓起的有效负载为m2，由于力臂长度不同，m1为最小负载而m2为最大负载。
参看图18，为本发明所述多自由度排爆机械臂分布式控制系统示意图，采用无外露走线设计的分布式控制系统，可实现六自由度关节的协同控制。将六个完全相同的分布式控制模块(18-009～18-014)安装在每个关节组件内，用于控制该关节组件的驱动电机以及速度、位置传感器，所有分布式控制模块由穿梭在管壁中轴内的总线与控制舱连接，通过总线统一供电并可实现相互通讯，这种设计大大减少了手臂末端线路数量，完全包含在管壁内的走线设计很好地保护了线路安全并使机械臂简洁美观。
参看图19，为本发明所述多自由度排爆机械臂极限位置示意图，图中列出了如下极限位置：前方贴地夹取19-015、最高位置19-016、后方最远位置19-017、地面下方夹取19-018、靠近自身夹取19-019，机械臂具有较大的可达空间范围，能够灵活处理各种情况各种位置的排爆任务。
参看图20，为本发明所述多自由度排爆机械臂扩展可达空间示意图，当排爆机器人需要处理地面以下危险任务时已达到机械臂下方极限位置(图20(a))，此时可借助通用履带移动平台将前摆臂支撑起从而扩展可达空间，完成普通排爆机器人不可能完成的任务(图20(a))。
参看图21，为本发明所述多自由度排爆机械臂关节控制模块硬件构成框图，关节驱动模块由通用级联接口21-129、控制核心21-130、H桥驱动21-131、温度传感器21-132、电流传感器21-133、关节主驱动电机21-134、增量编码器21-135、绝对编码器21-136和级联电缆21-137组成。关节控制模块有独立的控制核心21-130负责执行主控模块发来的指令，通过1个H桥驱动电路21-131驱动1个关节驱动电机，并通过增量编码器21-135采集速度，通过绝对编码器21-136采集关节角度信息。关节控制模块上有温度和电流传感器21-132、21-133，以对该电路系统进行良好的检测和保护，级联电缆21-137实现供电和通讯。
参看图22，为本发明所述多自由度排爆机械臂关节程序框图，硬件初始化负责对系统所需硬件资源的初始化，包括通信接口的初始化；CAN通讯线程负责接收机器人主控端的命令和数据；速度获取线程负责获取电机的转速；电机控制线程负责根据接收到的命令和数据对电机进行控制，包括：开环PWM控制、闭环速度控制、闭环位置控制三种模式。
参看图23，为本发明所述多自由度排爆机械臂末端联动功能程序框图，机械臂操作模式下，机器人主控制端读取来自控制箱的控制数据，得到机械臂的运动步长信号，与传感器获取的当前联动关节位置数据一起，作为联动算法的输入，通过联动算法计算后，输出联动关节目标位置；
参看图24，为本发明所述多自由度排爆机械臂错误处理程序框图，系统读写数据操作过程中，若成功，则将错误处理表的相应位清零，若失败，则将错误处理表相应位置为1；错误处理线程查询错误处理表中相应位，若为0则返回，若为1，则分析故障源：心跳故障、传感器读取参数故障、参数变化超出设定值故障，根据故障源，做相应的声光报警/.制动/重启等处理。

Claims (10)

1.一种多自由度排爆机械臂，其特征在于包含六自由度关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六自由度关节组件是由底座旋转关节(13-001)、肩关节(13-002)、肘关节(13-003)、腕关节(13-004)、手爪旋转关节(13-005)和手爪张合关节(13-006)组成，六个关节协同控制可使前端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头(16-007)和安装在手爪关节的前端摄像头(16-008)组成，主摄像头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完成各种动作，包括分布式控制模块(18-009～18-014)和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能以适应不同需求，提高机械臂应用范围，使之能够完成更多更高要求的任务。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于它是由控制舱组件(2-100)、旋转关节组件(2-200)、后臂组件(2-300)、前臂组件(2-400)和手爪关节(2-500)组成；手爪关节(2-500)与前臂组件(2-400)前端固连，具有腕关节转动自由度；前臂组件(2-400)末与端后臂组件(2-300)前端固连，具有肘关节转动自由度；后臂组件(2-300)末端与旋转关节组件(2-200)固连，具有肩关节转动自由度；旋转关节组件(2-200)与控制舱组件(2-100)固连，具有整体回转自由度；控制舱组件(2-100)发送指令控制机械臂各关节运动，同时可于通用移动平台连接扩展使用范围。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的控制舱组件(2-100)部分由控制舱上盖板(3-1)、上盖板密封垫(3-2)、控制电路(3-3)、控制舱钣金壳体(3-4)、通讯天线(3-5)、控制箱下盖板(3-6)、下盖板密封垫(3-7)和GPS天线(3-8)组成；控制电路(3-3)安装在控制舱钣金壳体(3-4)内，由控制舱上盖板(3-1)和上盖板密封垫(3-2)盖合并保证其防水防尘要求，为了方便上部组件安装，控制舱钣金壳体(3-4)下底面开口且由控制箱下盖板(3-6)和下盖板密封垫(3-7)盖合并保证其防水防尘要求，通讯天线(3-5)通过控制舱钣金壳体(3-4)侧面通孔和控制电路(3-3)，用于和控制箱无线通讯，GPS天线(3-8)贴合在控制舱钣金壳体(3-4)用于接收GPS信号。
4.根据权利要求2所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的旋转关节组件(2-200)部分由旋转关节位置传感器固定架(4-9)、旋转关节位置传感器电路(4-10)、旋转关节位置传感器磁铁(4-11)、磁铁固定挡环(4-12)、主轴轴承(4-13)、蜗轮蜗杆箱盖(4-14)、胀紧套端盖(4-15)、胀紧套(4-16)、旋转关节蜗轮(4-17)、旋转关节电路板(4-18)、旋转关节电路板固定架(4-19)、旋转关节电机(4-20)、旋转关节电机固定板(4-21)、旋转关节密封垫一(4-22)、电机传动齿轮(4-23)、旋转关节密封钣金一(4-24)、蜗杆传动齿轮(4-25)、蜗杆轴承(4-26)、旋转关节蜗杆(4-27)、蜗杆轴承(4-28)、旋转关节密封垫二(4-29)、旋转关节主轴(4-30)、主轴轴承(4-31)、旋转关节连接架(4-32)、旋转关节密封垫三(4-33)、旋转关节密封垫四(4-34)、旋转关节密封钣金二(4-35)和蜗轮蜗杆固定箱体(4-36)组成；蜗轮蜗杆固定箱体(4-36)通过主轴轴承(4-13)、(4-31)与旋转关节主轴(4-30)配合连接，旋转关节蜗轮(4-17)安装在蜗轮蜗杆固定箱体(4-36)中，并通过胀紧套(4-16)周向轴向固连在旋转关节主轴(4-30)上，旋转关节电路板固定架(4-19)将旋转关节电路板(4-18)紧固并连接在旋转关节电机固定板(4-21)上，旋转关节电路板(4-18)控制旋转关节电机(4-20)转动，电机驱动力通过电机传动齿轮(4-23)、蜗杆传动齿轮(4-25)传递至旋转关节蜗杆(4-27)上，进而传递至与关节蜗杆(4-27)啮合的旋转关节蜗轮(4-17)上带动整个旋转关节绕旋转关节主轴(4-30)转动；旋转关节位置传感器电路(4-10)上装有磁性绝对位置传感芯片，与旋转关节位置传感器磁铁(4-11)配合使用即可实时检测旋转关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制；旋转关节连接架(4-32)与下一关节连接，旋转关节密封垫(4-22)、(4-29)、(4-33)、(4-34)和旋转关节密封钣金(4-24)、(4-35)保证了旋转关节防水防尘要求。
5.根据权利要求1所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的后臂组件(2-300)由后臂臂杆(5-37)和两套肩肘关节组件(5-600)组成；两套肩肘关节组件(5-600)固连在后臂臂杆(5-37)两端组成后臂组件，一端与旋转关节固连另一端与前臂组件固连，并可实现供肩肘关节两个自由度的控制。
6.根据权利要求5所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的肩肘关节组件(5-600)由肩肘关节连接法兰(6-38)、肩肘关节主轴轴承(6-39)，肩肘关节蜗轮蜗杆箱体(6-40)、蜗杆轴承(6-41)、蜗杆轴承挡盖(6-42)、肩肘关节蜗轮轴(6-43)、蜗轮蜗杆箱体盖板(6-44)、肩肘关节主轴轴承(6-45)、肩肘关节位置传感器磁铁(6-46)、肩肘关节位置传感器电路(6-47)、肩肘关节密封钣金(6-48)、肩肘关节转接电路板(6-49)、磁铁固定挡环(6-50)、肩肘关节蜗杆(6-51)、肩肘关节蜗轮轴(6-52、联轴器(6-53)、肩肘关节电机固定架(6-54)、肩肘关节电机(6-55)、编码器(6-56)、肩肘关节电路板连接杆(6-57)和肩肘关节电路板(6-58)组成；肩肘关节电路板(6-58)通过肩肘关节电路板连接杆(6-57)固定在肩肘关节电机固定架(6-54)上，肩肘关节电路板(6-58)控制肩肘关节电机(6-55)转动，电机驱动力通过联轴器(6-53)传递至肩肘关节蜗杆(6-51)进而传递至与之啮合的肩肘关节蜗轮轴(6-43)上，从而带动肩肘关节连接法兰(6-38)转动，肩肘关节连接法兰(6-38)与其他关节固连即可实现肩肘关节自由转动；肩肘关节位置传感器电路(6-47)上装有磁性绝对位置传感芯片，与肩肘关节位置传感器磁铁(6-46)配合使用即可实时检测肩肘关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。
7.根据权利要求2所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的前臂组件(2-400)由前后臂连接法兰(7-59)、前臂臂杆(7-60)、主摄像头组件(7-700)和腕关节组件(7-800)组成；前后臂连接法兰(7-59)与前臂臂杆(7-60)一段固连用于实现肘关节自由转动，腕关节组件(7-800)与前臂臂杆(7-60)另一段固连用于实现腕关节自由转动，主摄像头组件(7-700)固连在前臂臂杆(7-60)上方可提供机械臂前方大范围视野。
8.根据权利要求7所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述的主摄像头组件(7-700)由主摄像头密封盒端盖(8-61)、主摄像头密封盒上盖(8-62)、主摄像头(8-63)、主摄像头固定架(8-64)、白光LED灯板(8-65)、白光LED灯(8-66)、主摄像头灯罩(8-67)、主摄像头有机玻璃罩(8-68)、无线视频发射模块(8-69)、主摄像头电路(8-70)和主摄像头密封盒下盖(8-71)组成；主摄像头(8-63)通过主摄像头固定架(8-64)连接在主摄像头密封盒下盖(8-71)上，可提供机械臂前方大范围视野，两颗白光LED灯(8-66)可在昏暗处或夜间提供白光以提升视频效果，无线视频发射模块(8-69)将所得图像信息传输会主控制端供操作人员观测；主摄像头密封盒端盖(8-61)、主摄像头密封盒上盖(8-62)、主摄像头灯罩(8-67)、主摄像头有机玻璃罩(8-68)和主摄像头密封盒下盖(8-71)将整个主摄像头系统密封在内，保证其防水防尘要求。
9.根据权利要求7所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述腕关节组件(7-800)由腕关节密封盖(9-72)、磁铁固定挡环(9-73)、腕关节位置传感器电路(9-74)、腕关节位置传感器磁铁(9-75)、主轴轴承(9-76)、腕关节蜗轮(9-77)、腕关节蜗轮蜗杆箱体(9-78)、主轴轴承(9-79、腕关节主轴法兰(9-80)、蜗杆轴承(9-81)、腕关节蜗杆(9-82)、蜗杆轴承(9-83)、联轴器(9-84)、腕关节电机固定架(9-85)、腕关节电机(9-86)、编码器(9-87)、腕关节电路板连接杆(9-88)和腕关节电路板(9-89)组成；腕关节电路板(9-89)通过腕关节电路板连接杆(9-88)固定在腕关节电机固定架(9-85)上，腕关节电路板(9-89)控制腕关节电机(9-86)转动，电机驱动力通过联轴器(9-84)传递至腕关节蜗杆(9-82)进而传递至与之啮合的腕关节蜗轮(9-77)上，从而带动腕关节主轴法兰(9-80)转动，腕关节主轴法兰(9-80)与其他关节固连即可实现腕关节自由转动；腕关节位置传感器电路(9-74)上装有磁性绝对位置传感芯片，与腕关节位置传感器磁铁(9-75)配合使用即可实时检测腕关节的绝对位置，方便整个机械臂联动控制。
10.根据权利要求2所述的一种多自由度排爆机械臂，其特征在于所述手爪关节(2-500)由手爪旋转铜套(10-90)、轴用卡簧(10-91)、手爪关节壳体钣金(10-92)、手爪关节大齿轮(10-93)、手爪关节小齿轮(10-94)、手爪关节固定架(10-95)、手爪关机旋转电机(10-96)、手爪关节壳体后板(10-97)、手爪关节位置传感器电路固定板(10-98)、手爪关节位置传感器电路(10-99)、轴用卡簧(10-100)、手爪关节位置传感器磁铁(10-101)、手爪关节电路板(10-102)、手爪关节壳体侧板(10-103)、手爪关节前端摄像头(10-104)、前端摄像头固定架(10-105)、前端摄像头补光灯(10-106)和前部手爪组件(900)组成；手爪关节电路板(10-102)固定在手爪关节壳体侧板(10-103)上并控制手爪关机旋转电机(10-96)转动，电机驱动力通过齿轮副(10-93)、(10-94)传递至与手爪关节大齿轮(10-93)固连的前部手爪组件(900)上，从而实现整个前部手爪组件(900)回转运动；手爪关节位置传感器电路(10-99)固连在手爪关节位置传感器电路固定板(10-98)上并装有磁性绝对位置传感芯片，与固连在前部手爪组件(900)上的手爪关节位置传感器磁铁(10-101)配合使用即可实时检测手爪关节回转运动的绝对位置，方便整个机械臂联动控制；手爪关节前端摄像头(10-104)通过前端摄像头固定架(10-105)连接在手爪关节壳体侧板(10-103)上，可提供机械臂手爪前方小范围视野，用于精确定位被夹持物体以方便后方操作人员精确控制，前端摄像头补光灯(10-106)可在昏暗处或夜间提供白光以提升视频效果；前部手爪组件(900)采用快速装拆设计，直接套入手爪旋转铜套(10-90)中并用轴用卡簧(10-91)、(10-100)进行轴向限位，装配更换前端手爪组件十分方便快捷，手爪关节壳体(10-92)、(10-97)、(10-103)保证了手爪关节防水防尘要求；所述的前部手爪组件(900)由手爪关机张合电机套筒(11-107)、手爪关节张合电机(11-108)、轴用卡簧(11-109)、转动销轴(11-110)、前部手爪固定架(11-111)、蜗杆轴承(11-112)、手爪张合蜗杆(11-113)、前部手爪蜗轮蜗杆箱体上盖(11-114)、蜗轮轴承(11-115)、手爪张合蜗轮轴(11-116)、蜗杆端盖(11-117)、蜗杆轴承(11-118)、前部手爪蜗轮蜗杆箱体下盖(11-119)和单边手爪组件(1000)组成；手爪关节张合电机(11-108)直接驱动手爪张合蜗杆(11-113)转动，带动与之啮合的两个手爪张合蜗杆轮轴(11-116)对称回转运动，手爪张合蜗轮轴(11-116)两端为正六方轴端，与单边手爪组件(1000)连接后实现手爪的张合运动；前部手爪蜗轮蜗杆箱体上盖(11-114)、前部手爪蜗轮蜗杆箱体下盖(11-119)和蜗杆端盖(11-117)保证其防水防尘要求；所述的单边手爪组件(1000)由紧定螺钉(12-120)、轴用卡簧(12-121)、手爪杆一(12-122)、挡环(12-123)、轴承(12-124)、转动销轴(12-125)、手爪(12-126)、轴用卡簧(12-127)、转动销轴(12-128)和手爪杆二(12-129)组成；单边手爪组件(1000)为连杆机构，通过转动销轴(12-125)、(12-128)将手爪杆一(12-122)、手爪杆二(12-129)和手爪(12-126)连接，实现手爪的张合运动，轴用卡簧(12-121)、(12-127)对转动销轴(12-125)、(12-128)进行轴向限位，紧定螺钉(12-120)用于正六方孔的轴向周向限位。
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