CN103753601A - 空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，包括如下任一个或任多个构型：由三个旋转关节轴线交于一点构成的起手腕作用的腕关节部分；由一个周转关节和两个俯仰旋转关节串联构成的起手臂作用的手臂关节部分；所述手臂关节部分和腕关节部分均具有三个自由度；所述腕关节部分和／或手臂部分通过EtherCAT总线进行控制。本发明适用于MCF装备小入口、长距离、大回转复杂形状内腔空间环境维护作业，具备应对操作精度高、作业空间约束复杂、作业任务多样、作业环境复杂恶劣的能力，具有重量轻、结构高度紧凑、灵活度高、精度高、能进行实时力反馈和力控制、实时通讯性能佳等优势。

Description

空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合

技术领域

本发明涉及核电站核反应堆内部的建设、检修、救援和维护技术领域，具体是一种基于EtherCAT总线进行遥操作控制的空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合。

背景技术

应用于核反应堆内部面向托卡马克腔维护遥操作机械臂是ITER(国际热核聚变实验堆)工程中MCF(磁约束核聚变)装备建设、运营及维护所需要的一种维护设备。

ITER工程中MCF装备在运营、维护及救援时，因为装置辐射强度大、温度高、入口及内部空间截面相对狭小、回转半径大等因素的影响，操作人员不可直接触及该装备，故长距离远程操纵机械臂成为MCF装备代替人无法直接完成的救援维护等紧急重大任务的必备设施之一。

据相关调查发现，这样核环境下作业的遥操作机械臂，因刚刚起步技术不成熟等原因，国内外还没有形成较为统一的或为大多数学者认可的机械臂结构形式和设计思想。故而为实现安全、稳定、便利的核工程关键设备核反应堆内部建设、运营及维护作业，研制出一套只能维护及远程操控装备具有重大意义。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，该空间串联旋转关节型遥操作机械臂能够适应特殊复杂的环境，并且能够根据要求结合空间组件化关节式承载型机械臂，在区域狭小、视角局限、跟踪表面复杂等环境前提下满足遥操作精度要求高、作业空间约束复杂、作业任务多样等作业需求，具有重量轻、结构高度紧凑、灵活度高、精度高、能进行实时力反馈和力控制、实时通讯性能佳等特点，能够满足热核聚变反应堆内部托克马克腔等比缩小模型内部的一系列巡检、检修、拆装等维护作业任务。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括包括如下任一个或任多个关节：

-周转关节I；

-俯仰关节II；

-俯仰关节III；

-前端周转关节IV；

-中间俯仰旋转关节V；

-末端周转关节VI。

优选地，包括腕关节部分，所述腕关节部分主要由周转关节I、俯仰关节II和俯仰关节III轴线交于一点构成。

优选地，包括手臂关节部分，所述手臂关节部分主要由前端周转关节IV、中间俯仰旋转关节V和末端周转关节VI串联构成。

优选地，所述腕关节部分和／或手臂部分均通过EtherCAT总线进行控制。

优选地，所述周转关节I包括伺服电机I、伺服驱动器I、减速机构I、增量式编码器I、十字交叉滚子轴承I、旋转承载机构I以及固定承载机构I，其中，所述伺服电机I固定在固定承载机构I上，伺服电机I的一端与增量式编码器I相连接，伺服电机I的另一端与减速机构I相连接，所述减速机构I由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承I通过减速机构I中的谐波输出端与旋转承载机构I相连接；EtherCAT总线连接伺服驱动器I和伺服电机I，并对伺服电机I进行伺服控制，所述伺服电机I及伺服驱动器I与增量式编码器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器I信号、伺服电机I信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机I到伺服电机I输出轴之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差会经过减速机构I中的锥齿轮对和谐波减速器缩小并通过增量式编码器I的检测转数值与伺服驱动器I发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

优选地，所述俯仰关节II包括：伺服驱动器II、伺服电机II、减速机构II、十字交叉滚子轴承II、绝对式编码器I、霍尔传感器I、旋转承载机构II以及固定承载机构II，所述伺服电机II的一端与霍尔传感器I相连接，所述伺服电机II的另一端与减速机构II相连接；减速机构II由行星减速箱连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承II连接旋转承载机构II和用于固定伺服电机II的固定承载机构II；所述绝对式编码器I的旋转轴连接在旋转承载机构II上，绝对式编码器I固连在固定承载机构II上；EtherCAT总线连接伺服驱动器II和伺服电机II，并对伺服电机II进行伺服控制，所述伺服电机II与霍尔传感器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器I信号、绝对式编码器I信号、伺服电机II信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机II到伺服电机II输出的旋转承载机构II之间的传递间隙误差通过减速机构II中的谐波减小，间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构II进行缩小并进一步通过霍尔传感器I将伺服驱动器II发送给伺服电机II理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

优选地，所述俯仰关节III包括：伺服驱动器III、伺服电机III、减速机构III、十字交叉滚子轴承III、绝对式编码器II、增量式编码器II、旋转承载机构III以及固定承载机构III，所述伺服电机III的一端与增量式编码器II相连接，所述伺服电机III的另一端与减速机构III相连接；所述减速机构III由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承III连接旋转承载机构III和固定伺服电机III的固定承载机构III即外壳固定支架；所述绝对式编码器II的旋转轴连接在旋转承载机构III上，绝对式编码器II固连在固定承载机构III上；EtherCAT总线连接伺服驱动器III和伺服电机III，并对伺服电机III进行伺服控制，所述伺服电机III与增量式编码器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器II信号、绝对式编码器II信号、伺服电机III信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机III到伺服电机III输出的旋转承载机构III之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构III缩小并进一步通过增量式编码器II将伺服驱动器III发送给伺服电机III理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

优选地，所述前端周转关节IV包括：伺服驱动器IV、伺服电机IV、减速机构IV、十字交叉滚子轴承IV、霍尔传感器II、旋转承载机构IV以及固定承载机构IV，所述伺服电机IV固定在固定承载机构IV上，伺服电机IV的一端与霍尔传感器II相连接，伺服电机IV的另一端与减速机构IV相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承IV连接旋转承载机构IV和固定承载机构IV；EtherCAT总线连接伺服驱动器IV和伺服电机IV，并对伺服电机IV进行伺服控制，所述伺服电机IV与霍尔传感器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器II信号、伺服电机IV信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机IV到伺服电机IV输出的旋转承载机构IV之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差经过减速机构IV中的直齿轮对和谐波减速器进行缩小并通过霍尔传感器II的检测转数值与伺服驱动器IV发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

优选地，所述中间俯仰旋转关节V包括：伺服驱动器V、伺服电机V、减速机构V、十字交叉滚子轴承V、绝对式编码器III、增量式编码器III、旋转承载机构V以及固定承载机构V，所述伺服电机V固定在固定承载机构V上，伺服电机V的一端与增量式编码器III相连接，伺服电机V的另一端与减速机构V相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承V连接旋转承载机构V和固定承载机构V；所述绝对式编码器III的旋转轴连接在旋转承载机构V上，绝对式编码器III固连在固定承载机构V上；EtherCAT总线连接伺服驱动器V和伺服电机V，并对伺服电机V进行伺服控制，所述伺服电机V与增量式编码器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器III信号、绝对式编码器III信号、伺服电机V信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机V到伺服电机V输出的旋转承载机构V之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构V缩小并进一步通过增量式编码器III将伺服驱动器V发送给伺服电机V理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

优选地，所述末端周转关节VI包括：伺服驱动器VI、伺服电机VI、霍尔传感器III、减速机构VI、旋转承载机构VI、固定承载机构VI以及六维力传感器，其中，所述伺服电机VI的一端与霍尔传感器III相连接，伺服电机VI的另一端与减速机构VI相连接；所述减速机构VI由一个谐波限速器构成；EtherCAT总线连接伺服驱动器VI和伺服电机VI，并对伺服电机VI进行伺服控制，所述伺服电机VI与霍尔传感器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器III信号、伺服电机VI的伺服驱动器VI信号均汇总到该EtherCAT总线上，在遥操作作业时，通过远程监控信息实时控制末端的作业情况；所述六维力传感器设置于末端周转关节VI底部的连接机构上，作业时，根据六维力传感器的受力信息传递至遥操作主手并通过控制辅助遥维护人员进行精确作业。

优选地，所述锥齿轮具有360度或240度转向。

优选地，所述直齿轮具有360度或180度转向。

优选地，所述手臂关节部分和腕关节部分的内部均设有走线通道，所述EtherCAT总线从走线通道内部穿过。

优选地，所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂通过关节的自由度实现具有直线型、直角拐弯型、折线型、弧型或曲线型的结构外型。

优选地，还包括如下任一个或任多个部件：

-用于连接、固定和整合的连接与固定承载机构；

-工具手连接端口，所述工具手连接端口设置于末端周转关节VI上。

根据本发明的另一个方面，提供了一种组合式空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括多个相互连接的上述空间串联旋转关节型遥操作机械臂。

本发明提供的空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，通过开放的实时以太网络通讯协议EtherCAT总线对空间串联关节式机械臂关节进行实时反馈控制，提高了主从式远程操纵系统在核电站建造、运营及维护作业中的遥操作快速性和实时性。本发明为核聚变设施的维护装备提供了直接实施作业的工具，代替了会对直接操作人员造成巨大伤害的人力需求，增加了核设施运行维护作业的快捷性和安全性。

实际工作时，先将空间串联旋转关节型遥操作机械臂安装于其前端的前端承载型机械臂，通过托克马克腔的特定入口进入腔内并运送至环形托克马克腔内待维护区域附近，先进行内壁检测与检查确认之后再由空间串联旋转关节型遥操作机械臂对腔内相应部位进行精确的各种相关作业。

空间串联旋转关节型遥操作机械臂结合前端承载型机械臂预先粗步定位，以主从式遥操作的方式，通过远程监控人员的现场识别判断与决策并执行相关合理的维护操作从而实现对整个内腔壁的维护作业。本发明满足能够较顺利地进出托卡马克模型腔特定尺寸和形状的维护口，并且进出托卡马克模型腔维护口时能灵活避障和在腔内对壁作业时的能够达到内腔壁特殊形体的工作空间要求，而且空间串联旋转关节型遥操作机械臂臂的总重量不超过前端承载型机械臂所能承受的负载安全阈值，结构总体尺寸既能满足特殊工作空间又能保证在复杂狭小的模型内腔空间内能够灵活执行各种维护操作。

本发明是适用于核聚变设施尤其MCF装备检修及维护的结构简单、可承载弯矩值大、操作实时性强的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，与前端承载型机械臂结合后，动作灵活、结构紧凑、重量较轻，前端承载型机械臂承载着空间串联旋转关节型遥操作机械臂并通过预定位将操作型机械臂运送至一定的位置，再由空间串联旋转关节型遥操作机械臂进行灵活作业，故而该发明对于整个救援维护装置具有关键性重大意义。

本发明对复杂托克马克腔内壁任意可能出现需要作业的位置能够灵活到达并能实施作业，且能够在特定复杂危险环境和特定复杂操作以及在区域狭小、视角局限、跟踪表面复杂等实施操控作业场合下进行实时精确的反馈控制。

本发明用于核反应堆内部面向托卡马克腔维护的操作如检测、检修、拆卸、装配、搬运、焊接等作业，适应于托卡马克腔的维护作业对机械臂遥操作精度要求高、作业空间约束复杂、作业任务多样、作业环境复杂恶劣等作业需求，尤其适用于ITER(国际热核聚变实验堆)工程中MCF(磁约束核聚变)装备远程维护系统中遥维护机械臂进行维护等远程监控下的遥操作作业需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明呈直线型的整体外形图；

图2为本发明呈直线型的内部结构剖视图；

图3为本发明结构呈直角型的整体外形图；

图中：1为连接件、2为谐波减速器、3为增量式编码器、4为伺服电机、5为绝对式编码器、6为伺服驱动器、7为十字交叉滚子轴承、8为深沟球滚子轴承、9为霍尔传感器、10为锥齿轮、11为直齿轮、12为行星减速箱、13为六维力传感器，I为周转关节I，II为俯仰关节II，III为俯仰关节III，IV为前端周转关节IV，V为中间俯仰旋转关节V，VI为末端周转关节VI。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

请同时参阅图1至图3。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括如下任一个或任多个关节：

-周转关节I；

-俯仰关节II；

-俯仰关节III；

-前端周转关节IV；

-中间俯仰旋转关节V；

-末端周转关节VI。

进一步地，所述周转关节I包括伺服电机I、伺服驱动器I、减速机构I、增量式编码器I、十字交叉滚子轴承I、旋转承载机构I以及固定承载机构I，其中，所述伺服电机I固定在固定承载机构I上，伺服电机I的一端与增量式编码器I相连接，伺服电机I的另一端与减速机构I相连接，所述减速机构I由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承I通过减速机构I中的谐波输出端与旋转承载机构I相连接；EtherCAT总线连接伺服驱动器I和伺服电机I，并对伺服电机I进行伺服控制，所述伺服电机I及伺服驱动器I与增量式编码器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器I信号、伺服电机I信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机I到伺服电机I输出轴之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差会经过减速机构I中的锥齿轮对和谐波减速器缩小并通过增量式编码器I的检测转数值与伺服驱动器I发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

进一步地，所述俯仰关节II包括：伺服驱动器II、伺服电机II、减速机构II、十字交叉滚子轴承II、绝对式编码器I、霍尔传感器I、旋转承载机构II以及固定承载机构II，所述伺服电机II的一端与霍尔传感器I相连接，所述伺服电机II的另一端与减速机构II相连接；减速机构II由行星减速箱连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承II连接旋转承载机构II和用于固定伺服电机II的固定承载机构II；所述绝对式编码器I的旋转轴连接在旋转承载机构II上，绝对式编码器I固连在固定承载机构II上；EtherCAT总线连接伺服驱动器II和伺服电机II，并对伺服电机II进行伺服控制，所述伺服电机II与霍尔传感器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器I信号、绝对式编码器I信号、伺服电机II信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机II到伺服电机II输出的旋转承载机构II之间的传递间隙误差通过减速机构II中的谐波减小，间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构II进行缩小并进一步通过霍尔传感器I将伺服驱动器II发送给伺服电机II理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

进一步地，所述俯仰关节III包括：伺服驱动器III、伺服电机III、减速机构III、十字交叉滚子轴承III、绝对式编码器II、增量式编码器II、旋转承载机构III以及固定承载机构III，所述伺服电机III的一端与增量式编码器II相连接，所述伺服电机III的另一端与减速机构III相连接；所述减速机构III由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承III连接旋转承载机构III和固定伺服电机III的固定承载机构III即外壳固定支架；所述绝对式编码器II的旋转轴连接在旋转承载机构III上，绝对式编码器II固连在固定承载机构III上；EtherCAT总线连接伺服驱动器III和伺服电机III，并对伺服电机III进行伺服控制，所述伺服电机III与增量式编码器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器II信号、绝对式编码器II信号、伺服电机III信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机III到伺服电机III输出的旋转承载机构III之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构III缩小并进一步通过增量式编码器II将伺服驱动器III发送给伺服电机III理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

进一步地，所述前端周转关节IV包括：伺服驱动器IV、伺服电机IV、减速机构IV、十字交叉滚子轴承IV、霍尔传感器II、旋转承载机构IV以及固定承载机构IV，所述伺服电机IV固定在固定承载机构IV上，伺服电机IV的一端与霍尔传感器II相连接，伺服电机IV的另一端与减速机构IV相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承IV连接旋转承载机构IV和固定承载机构IV；EtherCAT总线连接伺服驱动器IV和伺服电机IV，并对伺服电机IV进行伺服控制，所述伺服电机IV与霍尔传感器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器II信号、伺服电机IV信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机IV到伺服电机IV输出的旋转承载机构IV之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差经过减速机构IV中的直齿轮对和谐波减速器进行缩小并通过霍尔传感器II的检测转数值与伺服驱动器IV发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

进一步地，所述中间俯仰旋转关节V包括：伺服驱动器V、伺服电机V、减速机构V、十字交叉滚子轴承V、绝对式编码器III、增量式编码器III、旋转承载机构V以及固定承载机构V，所述伺服电机V固定在固定承载机构V上，伺服电机V的一端与增量式编码器III相连接，伺服电机V的另一端与减速机构V相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承V连接旋转承载机构V和固定承载机构V；所述绝对式编码器III的旋转轴连接在旋转承载机构V上，绝对式编码器III固连在固定承载机构V上；EtherCAT总线连接伺服驱动器V和伺服电机V，并对伺服电机V进行伺服控制，所述伺服电机V与增量式编码器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器III信号、绝对式编码器III信号、伺服电机V信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机V到伺服电机V输出的旋转承载机构V之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构V缩小并进一步通过增量式编码器III将伺服驱动器V发送给伺服电机V理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

进一步地，所述末端周转关节VI包括：伺服驱动器VI、伺服电机VI、霍尔传感器III、减速机构VI、旋转承载机构VI、固定承载机构VI以及六维力传感器，其中，所述伺服电机VI的一端与霍尔传感器III相连接，伺服电机VI的另一端与减速机构VI相连接；所述减速机构VI由一个谐波限速器构成；EtherCAT总线连接伺服驱动器VI和伺服电机VI，并对伺服电机VI进行伺服控制，所述伺服电机VI与霍尔传感器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器III信号、伺服电机VI的伺服驱动器VI信号均汇总到该EtherCAT总线上，在遥操作作业时，通过远程监控信息实时控制末端的作业情况；所述六维力传感器设置于末端周转关节VI底部的连接机构上，作业时，根据六维力传感器的受力信息传递至遥操作主手并通过控制辅助遥维护人员进行精确作业。

进一步地，所述锥齿轮具有360度或240度转向。

进一步地，所述直齿轮具有360度或180度转向。

进一步地，所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂通过关节的自由度实现具有直线型、直角拐弯型、折线型、弧型或曲线型的结构外型。

实施例2

本实施例提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括以下任一个或任多个构型：

-腕关节部分，主要由实施例1提供的周转关节I、俯仰关节II和俯仰关节III轴线交于一点构成；

-手臂关节部分，主要由实施例1提供的前端周转关节IV、中间俯仰旋转关节V和末端周转关节VI串联构成；

所述手臂关节部分和腕关节部分均具有三个自由度；所述腕关节部分和／或手臂部分通过EtherCAT总线进行控制。

进一步地，所述手臂关节部分位于前端，包括三个串联旋转关节：一个周转关节I，两个俯仰旋转关节II和III；三个串联关节的主要设计思路和原理相同，只是在结构设计和空间布局上各不相同。

其中周转关节I包括伺服电机I、伺服驱动器I、减速机构I、增量式编码器I、十字交叉滚子轴承I以及旋转承载机构I、固定承载机构I等。其中，所述伺服电机I固定在固定承载机构I上，一端与增量式编码器I相连接，所述伺服电机I的另一端与减速机构I相连接，所述减速机构由I由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承I通过减速机构I中的谐波输出端与旋转承载机构I相连接；EtherCAT总线连接伺服驱动器I和伺服电机I，并对伺服电机I进行伺服控制，所述伺服电机I及伺服驱动器I与增量式编码器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器I信号、伺服电机I信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机I到伺服电机I输出轴之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差会经过减速机构I中的锥齿轮对和谐波减速器缩小并通过增量式编码器I的检测转数值与伺服驱动器I发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

其中俯仰关节II包括：伺服驱动器II、伺服电机II、减速机构II、十字交叉滚子轴承II、绝对式编码器I、霍尔传感器I以及旋转承载机构II、固定承载机构II等。其中，所述伺服电机II的一端与霍尔传感器I相连接，所述伺服电机II的另一端与减速机构II相连接；减速机构II由行星减速箱连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承II连接旋转承载机构II和固定伺服电机II的固定承载机构II即外壳固定支架；所述绝对式编码器I旋转轴连接在旋转承载机构II上，本身固连在固定承载机构II上；EtherCAT总线连接伺服驱动器II和伺服电机II，并对伺服电机II进行伺服控制，所述伺服电机II与霍尔传感器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器I信号、绝对式编码器I信号、伺服电机II信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机II到伺服电机II输出的旋转承载机构II之间的传递间隙误差通过减速机构II中的谐波减小，间隙误差和其他控制和传递误差通过减速机构II进行缩小并进一步通过霍尔传感器I将伺服驱动器II发送给伺服电机II理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

其中俯仰关节III包括：伺服驱动器III、伺服电机III、减速机构III、十字交叉滚子轴承III、绝对式编码器II、增量式编码器II以及旋转承载机构III、固定承载机构III等。其中，所述伺服电机III的一端与增量式编码器II相连接，所述伺服电机III的另一端与减速机构III相连接；所述减速机构III由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承III连接旋转承载机构III和固定伺服电机III的固定承载机构III即外壳固定支架；所述绝对式编码器II旋转轴连接在旋转承载机构III上，本身固连在固定承载机构III上；EtherCAT总线连接伺服驱动器III和伺服电机III，并对伺服电机III进行伺服控制，所述伺服电机III与增量式编码器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器II信号、绝对式编码器II信号、伺服电机III信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机III到伺服电机III输出的旋转承载机构III之间的传递间隙误差及其他控制和传递误差会通过减速机构III缩小并进一步通过增量式编码器II将伺服驱动器III发送给伺服电机III理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

进一步地，所述腕关节部分位于末端，由三个旋转关节串联构成且三者轴线相交于一点，其中间的关节为俯仰旋转关节，两端的关节均为周转关节，记为前端周转关节IV，中间俯仰旋转关节V，末端周转关节为VI。三个旋转关节因为尺寸等要求而结构差异较大，其末端周转关节可以直接作为工具末端也可以再连接其他工具机械手等。

其中所述靠前端周转关节IV包括伺服驱动器IV、伺服电机IV、减速机构IV、十字交叉滚子轴承IV、霍尔传感器II以及旋转承载机构IV、固定承载机构IV等。其中，所述伺服电机IV固定在固定承载机构IV上，一端与霍尔传感器II相连接，另一端与减速机构IV相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承IV连接旋转承载机构IV和固定承载机构IV；EtherCAT总线连接伺服驱动器IV和伺服电机IV，并对伺服电机IV进行伺服控制，所述伺服电机IV与霍尔传感器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器II信号、伺服电机IV信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机IV到伺服电机IV输出的旋转承载机构IV之间的传递间隙误差及其他控制和传递误差会经过减速机构IV中的直齿轮对和谐波减速器进行缩小并通过霍尔传感器II的检测转数值与伺服驱动器IV发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

其中中间俯仰旋转关节V包括：伺服驱动器V、伺服电机V、减速机构V、十字交叉滚子轴承V、绝对式编码器III、增量式编码器III以及旋转承载机构V、固定承载机构V等。其中，所述伺服电机V固定在固定承载机构V上，一端与增量式编码器III相连接，另一端与减速机构V相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承V连接旋转承载机构V和固定承载机构V；所述绝对式编码器III旋转轴连接在旋转承载机构V上，本身固连在固定承载机构V上；EtherCAT总线连接伺服驱动器V和伺服电机V，并对伺服电机V进行伺服控制，所述伺服电机V与增量式编码器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器III信号、绝对式编码器III信号、伺服电机V信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机V到伺服电机V输出的旋转承载机构V之间的传递间隙误差及其他控制和传递误差会通过减速机构V缩小并进一步通过增量式编码器III将伺服驱动器V发送给伺服电机V理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

其中所述末端周转关节VI包括：伺服驱动器VI、伺服电机VI、霍尔传感器III、减速机构VI、旋转承载机构VI、固定承载机构VI、六维力传感器、末端作业工具或者末端机械手工具，其中，所述伺服电机VI的一端与霍尔传感器III相连接，另一端与减速机构VI相连接；所述减速机构VI由一个谐波限速器构成；EtherCAT总线连接伺服驱动器VI和伺服电机VI，并对伺服电机VI进行伺服控制，所述伺服电机VI与霍尔传感器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器III信号、伺服电机VI的伺服驱动器VI信号均汇总到该EtherCAT总线上，在遥操作作业时通过远程监控信息实时控制末端的作业情况；所述六维力传感器设置于终端操作关节底部的连接机构上，作业时可以根据力传感器的受力信息传递到遥操作主手通过控制辅助遥维护人员进行精确作业。

进一步地，所述机械臂至少包括一个手臂关节部分和腕关节部分，手臂关节部分和腕关节部分均由三个旋转关节构成，均具有三个自由度。

进一步地，所述手臂关节部分由一个周转关节加两个俯仰旋转关节串联构成。

进一步地，所述腕关节部分由一个周转关节连接一个俯仰旋转关节再连接一个周转关节串联构成，三个串联关节的轴心线相交于一点。

进一步地，所述减速机构I、减速机构II、减速机构III、减速机构IV、减速机构V和减速机构VI均包括谐波减速器，还包括与谐波减速器相连接的如下任一个或任多个部件：

-锥齿轮；

-直齿轮；

-行星减速箱。

进一步地，所述锥齿轮具有360度或240度转向，直齿轮具有360度或180度转向，所述伺服电机与锥齿轮、直齿轮和／或行星减速机构相连后，将扭矩输送给谐波减速器，并通过谐波减速器放大输出。

进一步地，所述EtherCAT总线及伺服驱动器I、伺服驱动器II、伺服驱动器III、伺服驱动器IV、伺服驱动器V和伺服驱动器VI在分别对伺服电机I、伺服电机II、伺服电机III、伺服电机IV、伺服电机V和伺服电机VI进行伺服控制时，将伺服电机轴的实际输出值分别通过增量式编码器I、霍尔传感器I、增量式编码器II、霍尔传感器II、增量式编码器III和霍尔传感器III进行实时反馈，并经EtherCAT总线传输给上位机，实现高精度反馈控制。

进一步地，所述手臂关节部分内部和腕关节部分内部均设有走线通道，所述EtherCAT总线从走线通道内部穿过。

进一步地，所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂通过关节自由度实现具有直线型、直角拐弯型、折线型、弧型或曲线型的结构外型，如图3所示，。

进一步地，还包括如下任一个或任多个部件：

-连接与固定承载机构；

-工具手连接端口，所述工具手连接端口设置于末端周转关节VI上；

所述连接与固定承载机构为多个，多个连接与固定承载机构用于连接空间串联旋转关节型遥操作机械臂与前端承载型机械臂关节组件末端、连接各关节、固定各伺服电机、固定绝对编码器等；且这些连接与固定承载机构因为不同关节的尺寸需求及空间限制，结构设计均有所不同。

进一步地，所述连接与固定承载机构用于空间串联旋转关节型遥操作机械臂与前端承载型机械臂关节组件末端固连。

具体为：

所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂共有六个旋转关节，拥有六自由度，采用构型布局方式中，前三关节由一个周转和两个俯仰旋转关节串联，后三个旋转关节串联构成一个腕关节，方便控制。串联组合的六自由度关节型机械臂能够灵活旋转可以摆出不同的姿态，一方面可以保证顺利通过模型腔体特定的狭小入口，另一方面可以保证能够达到腔内不同位置不同维护作业所需的姿态。实际作业时机械臂所需的姿态由远程监控遥操作人员判断选取操作目标点，从而让机械臂末端执行机构到达目标点，机械臂具体的到达目标点的方式和姿态的选择则由该遥操作机械臂的运动学和动力学分析自主优化选择。

所述连接和承载机构中旋转承载机构和固定承载机构通过十字交叉滚子轴承或深沟球滚子轴承共同承担负载扭矩和重载弯矩，保证各旋转关节能够稳定顺利地旋转，并通过齿轮或行星减速箱最终与谐波减速器组成传动链，一方面较大的放大了伺服电机提供的输出扭矩，另一方面也大大地缩小了电机输出轴和齿轮传动间隙造成的误差，保证达到较高的传动精度。

所述遥操作机械臂将增量式编码器信号、霍尔传感器信号、绝对式编码器信号、伺服电机信号、力传感器信号等都汇总到该EtherCAT总线上，且总线和其他主要线缆主要从关节内部走线，简化了布线并解决了布线繁杂和避免了因关节旋转而发生缠绕的麻烦；伺服电机与增量编码器或霍尔传感器通过EtherCAT总线驱动器构成闭环反馈，将伺服电机与输出轴之间的传递间隙通过固连在输出轴上的绝对式编码器进行对比反馈和补偿，实现末端高精度准确定位和高精度反馈控制。

在本实施例中，空间串联旋转关节型遥操作机械臂还可以构成空间串联旋转关节型组合式机械臂，其中可以包含如下任一种结构：三个串联旋转关节构成的腕关节或者由一个周转加两个俯仰旋转的关节串联连接构成类似手臂关节，也可以在腕关节和手臂关节之间添加其他旋转关节或者移动关节，也可以以其他方式串联构成更多或者更少的串联关节总数，从而构成其他自由度数的机械臂；而且整体多关节组合连接形成的机械臂可以呈直线型、直角拐弯型、折线型、弧型、曲线型等在各关节可以达到的状态下任意组合可能摆出的结构外型。

所述空间串联旋转关节型组合式机械臂各关节之间通过EtherCAT总线连接，会极大地降低机械臂内布线复杂程度，更加有效地提高实时控制的快捷性，且总线和其他主要线缆在关节内部走线和布线，大大降低了布线繁杂，避免了因关节旋转而发生缠绕的麻烦程度。

本实施例的工作过程和工作原理简要描述：

发明中所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，以进行核聚变试验堆MCF装备智能维护遥操作维护作业为例，简要阐述发明所述机械臂的工作过程和工作原理。

本发明所述的遥操作机械臂会先安装在一个前文提到过的已经研发好的承载型机械臂的末端，由承载型机械臂将本发明中所述的遥操作机械臂运送至MCF装备托克马克腔入口附近，经瞄准后遥操作机械臂选择合适的姿态保证顺利通过入口进入腔内并避免发生任何干涉，待遥操作机械臂完全进入到托克马克腔内部之后，承载型机械臂继续将该遥操作机械臂在环形腔内部沿一个环形方向向前运送，同时该遥操作机械臂携带着设备对环形腔内部进行检测，当发现需要维护的目标位置之后，承载型机械臂停止下来保持不动的状态。远程遥操作人员监控着遥操作机械臂上携带的摄像头等传感设备感知到的内部环境信息，根据信息做出决策直接操作遥操作执行机构完成一定的动作，遥操作机构完成一定的动作会通过控制系统将所执行的动作转换为动作指令信息发送到本发明所述的遥操作机械臂上，确定该遥操作机械臂末端执行器的位置和姿态信息，并结合该遥操作机械臂的运动学和动力学参数计算出串联的六个关节中各关节的转动参数及位姿信息，从而使该遥操作机械臂能够在腔内实际完成遥操作人员通过遥操作执行机构发出的动作，完成真正的维护动作，实现远程遥操作维护任务。当完成维护作业任务之后，遥操作人员再通过检测到的信息做出判断和决策在遥操作执行机构上执行退出动作，通过遥操作控制系统在遥操作机械臂上实现实际动作，当把遥操作机械臂退回到合理位置之后，在由承载型机械臂继续运载着遥操作机械臂继续进行下一个目标的巡查，再次查到目标执行下一次维护作业或者直接退出托克马克腔，在从进出口退出时，依然需要调整各关节的位置及姿态以保证不与腔体发生任何干涉。其中遥操作人员操控的遥操作执行机构所执行的动作转化为腔内遥操作机械臂实际的作业动作是通过TwinCAT软件，经EtherCAT总线驱动器控制各关节的伺服电机，实现旋转承载机构绕固定承载机构实现旋转使各关节旋转一定的角度而让机械臂整体摆出一定的合适的外形和姿态，以便于机械臂执行动作和避免发生干涉。当伺服驱动器驱动伺服电机进行旋转时，电机输出轴实际转角通过绝对编码器测量，通过EtherCAT总线将测量值传输给TwinCAT软件，在这样构成对比反馈系统中将实际测量值与增量式编码器发出的运动指令值进行比较，对实际传动过程中出现误差进行对比分析并进行差补，实现旋转承载机构和各关节的高精度旋转和定位，这样以保证通过遥操作执行机构发出的运动指令能够更加精确的在遥操作机械臂上实现。

本实施例的遥操作机械臂能够在核聚变设施内部狭窄有限空间以及恶劣环境中，独立灵活的实现远程操纵腔体内部维护作业。为核电站安全稳定运行以及危机情况下代替人力实施救援维护提供了有力的保障，该机械臂金钩紧凑灵活度高能够实时高效地应对核辐射危险区远程监控作业的复杂性和繁琐性，增加了检测维护操作的安全性及可靠性。

本实施例中可以构成的空间串联旋转关节型组合式机械臂，可以安装在承载机械臂或者其他承载机构上，可以按工作需要从进出口进入工作空间或者直接放置在工作空间内，类似于前述过程和原理简介中所述的，首先由该遥操作机械臂上携带的一些设备如检测识别设备，先对空间内进行检查，遥操作人员可以通过携带的摄像头观察到机械臂检测到的对象，当发现待作业的目标时，遥操作机械臂到达该目标点，要操作人员只需要通过遥操作设备移动机械臂末端即可，实际机械臂会接收遥操作装置通过控制总线下发的控制指令，各关节协同运动实现遥操作人员在远程视觉环境下决定的动作。或者，不用遥操作控制机械臂的动作，而是通过预先规划或者对环境进行学习而在线自适应规划，在机械臂整个可达空间内实现一定的动作或作业，其具体可能的工作过程与前述工作过程类似，不再赘述。

本实施例提供的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，伺服电机的一端与增量编码器或霍尔传感器相连，伺服电机的另一端与减速机构相连；所述锥齿轮、直齿轮或行星减速箱与谐波减速器相连构成减速机构；十字交叉滚子轴承或深沟球滚子轴承通过输出轴与旋转承载机构相连；绝对式编码器固连在输出轴上；伺服驱动器固定在关节间连接部分的侧面；EtherCAT总线连接伺服驱动器与伺服电机，并对伺服电机进行伺服控制；六维力传感器连接在末端执行机构底部的连接机构上；电源线、EtherCAT总线等主要线缆从关节内部穿过。

所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂采用六个旋转关节构型以及旋转关节的布局方式，拥有六自由度，前三关节由一个周转和两个俯仰旋转关节串联，最后的三个旋转关节构成一个腕关节。关节灵活旋转可以摆出不同的姿态，一方面可以保证顺利通过模型腔体特定的狭小入口，另一方面可以保证能够达到腔内不同位置不同维护作业所需的姿态。

所述连接机构包括遥操作机械臂周转关节I与前面承载型机械臂固连的部分、遥操作机械臂各关节之间连接部分以及固定伺服驱动器的连接机构；旋转承载机构和固定承载机构通过谐波减速器和十字交叉滚子轴承或深沟球滚子轴承共同承担负载扭矩和重载弯矩，保证各旋转关节能够稳定顺利地旋转。

所述周转关节I的锥齿轮和前端周转关节IV的直齿轮具有360度周转能力，所述伺服电机经过锥齿轮转向90度再将扭矩输送给谐波减速器，或者经过直齿轮直接将扭矩输送给谐波减速器，这样可以对伺服电机的输出扭矩起到有效的放大作用，并对锥齿轮之间的间隙误差起到很好的缩小作用，提高了传动精度。

所述俯仰关节II和俯仰关节III具有240度俯仰旋转能力，所述伺服电机经过行星减速器将扭矩输送给谐波减速器，或者经过锥齿轮转向90度再将扭矩输送给谐波减速器，这样可以对伺服电机的输出扭矩起到有效的放大作用，并对锥齿轮之间的间隙误差起到很好的缩小作用。

所述伺服电机与增量编码器或霍尔传感器通过EtherCAT总线驱动器构成闭环反馈，所述伺服电机与输出轴之间的传递间隙通过固连在输出轴上的绝对式编码器进行对比反馈和补偿，实现末端高精度准确定位。

所述EtherCAT总线将增量式编码器、霍尔传感器信号、绝对式编码器信号、伺服电机信号、力传感器信号等都汇总到该EtherCAT总线上，总线以及其他主要线缆主要从关节内部布线，简化布线解决了布线繁杂和避免了因关节旋转而发生缠绕的麻烦。

所述EtherCAT总线及伺服驱动器在对伺服电机进行伺服控制时，将输出轴的实际输出值通过绝对式编码器进行实时反馈并经EtherCAT总线传输给上位机，实现高精度反馈控制。

本实施例提供的空间串联旋转关节型遥操作机械臂通过关节自由度，可以呈直线型、直角拐弯型、折线型、弧型、曲线型等在各关节可以达到的状态下任意组合可能摆出的结构外型。

空间串联旋转关节型组合式机械臂各关节之间通过EtherCAT总线连接，极大降低了机械臂内布线复杂程度，更加有效地提高了实时控制的快捷性，且总线和其他主要线缆在关节内部走线和布线，大大降低了布线繁杂，避免了因关节旋转而发生缠绕的麻烦。

在本实施例中，伺服电机的一端与增量编码器或霍尔传感器相连，另一端与减速机构相连；减速机构主要通过锥齿轮或直齿轮或行星减速箱与谐波减速器相连构成；十字交叉滚子轴承或深沟球滚子轴承通过输出轴与旋转承载机构相连；绝对式编码器固连在输出轴上；驱动器固定在关节间连接部分的侧面；EtherCAT总线连接驱动器与伺服电机，并对伺服电机进行伺服控制；六维力传感器连接在末端执行机构底部的连接机构上；电源线、EtherCAT总线等主要线缆从关节内部穿过。

所述机械臂采用六个旋转关节构型以及旋转关节的布局方式，拥有六自由度，前三关节由一个周转和两个俯仰旋转关节串联，最后的三个旋转关节构成一个腕关节。

所述旋转承载机构和固定承载机构通过谐波减速器和十字交叉滚子轴承或者深沟球滚子轴承共同承担负载旋转扭矩和倾覆力弯矩。

所述关节中的传动锥齿轮能够达到具有360度或240度转向，直齿轮具有360度或180度转向，所述伺服电机与齿轮或行星减速机构相连后，将扭矩输送给谐波减速器，并通过谐波减速器放大输出。关节灵活旋转可以摆出不同的姿态，一方面可以保证顺利通过模型腔体特定的狭小入口，另一方面可以保证能够达到腔内不同位置不同维护作业所需的姿态。

所述绝对式编码器和增量式编码器或霍尔传感器将伺服电机和实际输出轴进行对比反馈，实现末端高精度定位。

各元件和连接件紧凑布局，缩减尺寸将电机、编码器以及谐波减速器合理偏置放置方式，以及充分利用连接件内部空间的方式。

各元件和连接件紧凑布局，缩减尺寸将各个伺服驱动器放置在不同连接件侧面的放置和安装方式。

所述伺服电机与增量式编码器或霍尔传感器通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述伺服电机到其输出轴之间的传递间隙通过固连在输出轴上的绝对编码器进行反馈得到补偿。

所述EtherCAT总线将增量式编码器或霍尔传感器信号、绝对式编码器信号、伺服电机信号、力传感器信号等都汇总到该EtherCAT总线上。

所述EtherCAT总线及伺服驱动器在对伺服电机进行伺服控制时，将输出轴的实际输出值通过绝对式编码器进行实时反馈并经EtherCAT总线传输给上位机，实现高精度反馈控制。

所述EtherCAT总线与所述其他元器件的连接布局方式，以及主要线缆关节内部布线的方式。

所述空间串联旋转关节型组合式机械臂可以由连续三个关节构成腕关节的串接方式或者由连续三个关节以及一个周转加两个俯仰旋转的连接构型方式。

空间串联旋转关节型组合式机械臂通过关节自由度可以呈直线型、直角拐弯型、折线型、弧型、曲线型等在各关节可以达到的状态下任意组合可能摆出的结构外型。

空间串联旋转关节型组合式机械臂的关节之间通过EtherCAT总线连接，并实现主要线缆从关节内部布线的方式。

实施例3

本实施例提供了一种组合式空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括多个相互连接的实施例1和／或实施例2提供的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，在本实施例中，所述相互连接所限定的连接关系包括直接连接关系或者间接连接关系，例如包括多个所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂依次连接这种间接连接关系。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (16)

1.一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，包括如下任一个或任多个关节：

-周转关节I；

-俯仰关节II；

-俯仰关节III；

-前端周转关节IV；

-中间俯仰旋转关节V；

-末端周转关节VI。

2.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，包括腕关节部分，所述腕关节部分主要由周转关节I、俯仰关节II和俯仰关节III轴线交于一点构成。

3.根据权利要求1或2所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，包括手臂关节部分，所述手臂关节部分主要由前端周转关节IV、中间俯仰旋转关节V和末端周转关节VI串联构成。

4.根据权利要求3所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述腕关节部分和／或手臂部分均通过EtherCAT总线进行控制。

5.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述周转关节I包括伺服电机I、伺服驱动器I、减速机构I、增量式编码器I、十字交叉滚子轴承I、旋转承载机构I以及固定承载机构I，其中，所述伺服电机I固定在固定承载机构I上，伺服电机I的一端与增量式编码器I相连接，伺服电机I的另一端与减速机构I相连接，所述减速机构I由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承I通过减速机构I中的谐波输出端与旋转承载机构I相连接；EtherCAT总线连接伺服驱动器I和伺服电机I，并对伺服电机I进行伺服控制，所述伺服电机I及伺服驱动器I与增量式编码器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器I信号、伺服电机I信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机I到伺服电机I输出轴之间的传递间隙误差以及控制和传递误差会经过减速机构I中的锥齿轮对和谐波减速器缩小并通过增量式编码器I的检测转数值与伺服驱动器I发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

6.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述俯仰关节II包括：伺服驱动器II、伺服电机II、减速机构II、十字交叉滚子轴承II、绝对式编码器I、霍尔传感器I、旋转承载机构II以及固定承载机构II，所述伺服电机II的一端与霍尔传感器I相连接，所述伺服电机II的另一端与减速机构II相连接；减速机构II由行星减速箱连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承II连接旋转承载机构II和用于固定伺服电机II的固定承载机构II；所述绝对式编码器I的旋转轴连接在旋转承载机构II上，绝对式编码器I固连在固定承载机构II上；EtherCAT总线连接伺服驱动器II和伺服电机II，并对伺服电机II进行伺服控制，所述伺服电机II与霍尔传感器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器I信号、绝对式编码器I信号、伺服电机II信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机II到伺服电机II输出的旋转承载机构II之间的传递间隙误差通过减速机构II中的谐波减小，间隙误差以及控制和传递误差通过减速机构II进行缩小并进一步通过霍尔传感器I将伺服驱动器II发送给伺服电机II理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

7.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述俯仰关节III包括：伺服驱动器III、伺服电机III、减速机构III、十字交叉滚子轴承III、绝对式编码器II、增量式编码器II、旋转承载机构III以及固定承载机构III，所述伺服电机III的一端与增量式编码器II相连接，所述伺服电机III的另一端与减速机构III相连接；所述减速机构III由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承III连接旋转承载机构III和固定伺服电机III的固定承载机构III即外壳固定支架；所述绝对式编码器II的旋转轴连接在旋转承载机构III上，绝对式编码器II固连在固定承载机构III上；EtherCAT总线连接伺服驱动器III和伺服电机III，并对伺服电机III进行伺服控制，所述伺服电机III与增量式编码器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器II信号、绝对式编码器II信号、伺服电机III信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机III到伺服电机III输出的旋转承载机构III之间的传递间隙误差以及控制和传递误差通过减速机构III缩小并进一步通过增量式编码器II将伺服驱动器III发送给伺服电机III理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

8.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述前端周转关节IV包括：伺服驱动器IV、伺服电机IV、减速机构IV、十字交叉滚子轴承IV、霍尔传感器II、旋转承载机构IV以及固定承载机构IV，所述伺服电机IV固定在固定承载机构IV上，伺服电机IV的一端与霍尔传感器II相连接，伺服电机IV的另一端与减速机构IV相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承IV连接旋转承载机构IV和固定承载机构IV；EtherCAT总线连接伺服驱动器IV和伺服电机IV，并对伺服电机IV进行伺服控制，所述伺服电机IV与霍尔传感器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器II信号、伺服电机IV信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机IV到伺服电机IV输出的旋转承载机构IV之间的传递间隙误差以及控制和传递误差经过减速机构IV中的直齿轮对和谐波减速器进行缩小并通过霍尔传感器II的检测转数值与伺服驱动器IV发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。

9.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述中间俯仰旋转关节V包括：伺服驱动器V、伺服电机V、减速机构V、十字交叉滚子轴承V、绝对式编码器III、增量式编码器III、旋转承载机构V以及固定承载机构V，所述伺服电机V固定在固定承载机构V上，伺服电机V的一端与增量式编码器III相连接，伺服电机V的另一端与减速机构V相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承V连接旋转承载机构V和固定承载机构V；所述绝对式编码器III的旋转轴连接在旋转承载机构V上，绝对式编码器III固连在固定承载机构V上；EtherCAT总线连接伺服驱动器V和伺服电机V，并对伺服电机V进行伺服控制，所述伺服电机V与增量式编码器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器III信号、绝对式编码器III信号、伺服电机V信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机V到伺服电机V输出的旋转承载机构V之间的传递间隙误差以及控制和传递误差通过减速机构V缩小并进一步通过增量式编码器III将伺服驱动器V发送给伺服电机V理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。

10.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述末端周转关节VI包括：伺服驱动器VI、伺服电机VI、霍尔传感器III、减速机构VI、旋转承载机构VI、固定承载机构VI以及六维力传感器，其中，所述伺服电机VI的一端与霍尔传感器III相连接，伺服电机VI的另一端与减速机构VI相连接；所述减速机构VI由一个谐波限速器构成；EtherCAT总线连接伺服驱动器VI和伺服电机VI，并对伺服电机VI进行伺服控制，所述伺服电机VI与霍尔传感器III通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器III信号、伺服电机VI的伺服驱动器VI信号均汇总到该EtherCAT总线上，在遥操作作业时，通过远程监控信息实时控制末端的作业情况；所述六维力传感器设置于末端周转关节VI底部的连接机构上，作业时，根据六维力传感器的受力信息传递至遥操作主手并通过控制辅助遥维护人员进行精确作业。

11.根据权利要求5或7所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述锥齿轮具有360度或240度转向。

12.根据权利要求8或9所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述直齿轮具有360度或180度转向。

13.根据权利要求3所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述手臂关节部分和腕关节部分的内部均设有走线通道，所述EtherCAT总线从走线通道内部穿过。

14.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，所述空间串联旋转关节型遥操作机械臂通过关节的自由度实现具有直线型、直角拐弯型、折线型、弧型或曲线型的结构外型。

15.根据权利要求1所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂，其特征在于，还包括如下任一个或任多个部件：

-用于连接、固定和整合的连接与固定承载机构；

-工具手连接端口，所述工具手连接端口设置于末端周转关节VI上。

16.一种组合式空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括多个相互连接的权利要求1至9中任一项所述的空间串联旋转关节型遥操作机械臂。

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