CN204557930U - 一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，包括上位机主控系统、运动控制系统和液压伺服实验台，其中，所述上位机主控系统接收用户的输入控制指令，与运动控制系统连接，将计算结果发送给运动控制系统，运动控制系统接收上位机主控系统的指令，驱动液压伺服控制实验台执行相应动作；本实用新型对执行机构进行模块化设计，方便拆装，利用三维虚拟现实互动技术实现液压试验台与机械臂之间的现实虚拟互动，能够试验伺服阀及执行机构的响应特性，验证控制算法执行的准确性，适用于液压机械臂的研究与开发。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台。
背景技术
机械臂的驱动方式有电机驱动、液压驱动、气动三种方式，主流的为电机驱动和液压驱动。液压系统具有很大的功率质量比，适合于大负载的情形。其优点在于它的高精度、高灵敏度和安全性。比如在一些工作区域对所带电压有要求的场合。为了达到对各种元件进行实验的目的，拥有一台综合液压实验台来完成多种液压元件的实验工作是很有必要的。
目前，我国高压带电作业技术处于绝缘斗臂车和机器人技术的过度阶段。利用机器人辅助或代替人进行作业，不仅保证了操作人员的人身安全，而且大大地降低了劳动强度、提高劳动效率和操作的规范性，还可以做到全天候带电作业。但是，由于高压带电作业机器人的液压技术的缺陷，阻碍了高压带电作业技术向机器人技术阶段的推进。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述问题，提出了一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，本装置能够实现被测元器件的快速更换，对液压机械臂进行动/静态分析及三维现实虚拟互动仿真实验，满足液压机械臂制造中元器件的选型及性能测试，有助于液压机械臂运动学算法的研究，有效的降低研发成本，缩短了开发周期。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，包括上位机主控系统、运动控制系统和液压伺服实验台，其中，所述上位机主控系统接收用户的输入控制指令，与运动控制系统连接，将计算结果发送给运动控制系统，所述运动控制系统接收上位机主控系统的指令，驱动液压伺服控制实验台执行相应动作；
所述液压伺服实验台，包括支架、伺服一体化油源、执行机构和温控系统，所述执行机构，用以模拟6自由度液压机械臂的结构，包括摆动油缸、直线油缸和液压马达，摆动油缸放置于支架上端，液压马达和直线油缸设置于支架中端；所述伺服一体化油源为整个液压实验平台提供稳压油源输出，其输出管路连接摆动油缸和液压马达；所述温控系统，连接伺服一体化油源和执行机构，对液压油进行散热降温。
所述上位机主控系统包括第一工控机、显示模块和输入设备，其中，显示模块连接第一工控机，第一工控机连接输入设备，所述显示模块用于显示机械臂各个自由度位置信息及机械臂三维姿态；所述第一工控机，接收用户通过输入设备输入的控制指令，分析计算后转换成运动指令序列通过以太接口发送至运动控制系统；
所述运动控制系统，包括第二工控机、液压伺服驱动器、角速度传感器和位移传感器，第二工控机接收上位机主控系统传输的运动指令序列，产生伺服控制信号，驱动液压伺服驱动器和液压马达执行相应运动，角速度传感器、位移传感器实时测量摆动油缸和伸缩油缸和液压马达的运动参数，将测量结果发送给第二工控机，第二工控机通过接口将其传输给第一工控机。
所述温控系统包括液压油过滤系统和液压油冷却系统，其中，液压油冷却系统、液压油过滤系统都与伺服一体化油源、执行机构连接。
所述上位机主控系统显示当前机械臂各个自由度位置信息及机械臂三维姿态。
所述运动控制系统通过网络将角速度传感器、位移传感器采集的信息上传至上位机主控系统。
所述6自由度液压机械臂为可沿X、Y、Z方向运动，且可绕X、Y、Z旋转的具有6个自由度的液压机械臂。
所述液压伺服试验台包括5个摆动油缸、1个直线油缸和1个液压马达，其中所述5个摆动油缸分别模拟液压机械臂的X、Y、Z和绕X、Z旋转的5个摆动自由度，所述1个液压马达模拟液压机械臂的绕Y轴旋转的自由度，所述1个直线油缸模拟液压机械臂的手抓开合自由度。
本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型对执行机构进行模块化设计，方便拆装，利用三维虚拟现实互动技术实现液压试验台与机械臂之间的现实虚拟互动，能够试验伺服阀及执行机构的响应特性，验证控制算法执行的准确性，适用于液压机械臂的研究与开发；
(2)液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台具有执行机构的快速拆装、对伺服阀进行特性分析及通过三维显示虚拟互动显示验证算法的正确性等功能，能够满足液压机械臂制造中元器件的选型及性能测试，有助于液压机械臂运动学算法的研究，有效的降低研发成本，缩短开发周期。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是本实用新型的控制系统结构示意图；
其中，1、液压油过滤冷却系统，2、齿轮齿条摆动油缸，3、液压马达，4、伸缩油缸，5、伺服一体化油源，6、上位机主控系统，7、运动控制系统，8、角位移传感器，9、伺服阀I，10、伺服阀II，11、位移传感器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其结构组成包括液压油过滤冷却系统1，齿轮齿条摆动油缸2，液压马达3，伸缩油缸4，伺服一体化油源5。
所述液压油过滤冷却系统1包括液压油过滤系统及液压油冷却系统，其串联与整个液压系统的回路中，起到对液压油进行过滤和冷却的作用。
所述伺服一体化油源5包括电动马达、液压泵、压力表等，为整个液压实验平台提供稳压油源输出，安装于所述液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台的下部，其输出管路与所述的齿轮齿条摆动油缸2，液压马达3，伸缩油缸4通过所述伺服阀I和伺服阀II进行连接。
所述液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台控制系统包括上位机主控系统6、运动控制系统7、角速度传感器和位移传感器11、伺服阀I和伺服阀II。
所述上位机主控系统包括显示器及装有相应控制软件的工控机，通过网线与所述的运动控制系统连接，所述的角速度传感器和位移传感器11与所述的运动控制系统7连接，用于检测油缸当前的位置信息。
下面结合附图对本实用新型的使用作详细描述：
根据本实用新型，系统上电，各设备仪表工作正常。
一方面，操作人员操作上位机主控系统6，通过网络传输控制指令至运动控制系统7控制伺服阀I和伺服阀II，从而控制齿轮齿条摆动油缸2、液压马达3，伸缩油缸4到达指定位置，角位移传感器和位移传感器11将检测的当前位置上传至运动控制系统7，运动控制系统7对数据进行处理后通过网络发送至上位机主控系统6进行显示。通过多次实验，对上位机主控系统7发送的位置命令信息与角位移传感器8和位移传感器11反馈的实际位置信息的对比，绘制伺服阀与液压缸的特性曲线。
另一方面，操作人员操作上位机主控系统6，通过网络传输控制指令至运动控制系统7控制伺服阀I和伺服阀II，从而控制齿轮齿条摆动油缸2、液压马达3，伸缩油缸4到达指定位置，上位机对下发的位置信息进行运动学正解运算，求解运动后的虚拟液压机械臂的姿态，并通过上位机安装的虚拟显示软件进行显示，与此同时，上位机将角位移传感器8和位移传感器11上传的当前实际位置信息与所计算的运动学正解运算结果进行对比，验证运动学正解算法的准确性。同时，操作人员可以通过上位机主控系统6的控制界面，输入虚拟液压机械臂的末端位置，上位机主控系统调用运动学逆解算法计算各关节的运动参数，利用计算结果控制虚拟机械臂和控制齿轮齿条摆动油缸2、液压马达3，伸缩油缸4的运动，通过虚拟机械臂与现实角位移传感器8和位移传感器11反馈的液压试验台的信息对比，验证运动学逆解算法的准确性。
6自由度液压机械臂为可沿X、Y、Z方向运动，且可绕X，Y，Z旋转的具有6个自由度的液压机械臂。末端手抓开合具有一个自由度。所述的液压伺服试验台包括5个摆动油缸、1个直线油缸和1个液压马达，其中所述5个摆动油缸分别模拟液压机械臂的X，Y，Z，X＇，Z＇5个摆动自由度，所述1个液压马达模拟液压机械臂的Y＇自由度，所述1个直线油缸模拟液压机械臂的手抓开合自由度。
图2中与5个摆动油缸2连接的角位移传感器8，用来测量5个摆动油缸2的当前角位移，与直线油缸4连接的位移传感器11，用来测量伸缩油缸4的当前位置，共6个位置传感器。
图2中有5个摆动油缸2，与五个摆动油缸2连接的5个伺服阀I9，与伸缩油缸4连接的液压伺服阀II10，另外一个液压伺服阀与液压马达3连接。
伺服一体化油源提供带有压力的液压油，通过集成液压油路，将带有压力的液压油分成7路，分别经过7个伺服阀通过液压油管分配到5个摆动油缸、1个直线油缸和1个液压马达。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：包括上位机主控系统、运动控制系统和液压伺服实验台，其中，所述上位机主控系统接收用户的输入控制指令，与运动控制系统连接，将计算结果发送给运动控制系统，所述运动控制系统接收上位机主控系统的指令，驱动液压伺服控制实验台执行相应动作；
所述液压伺服实验台，包括支架、伺服一体化油源、执行机构和温控系统，所述执行机构，用以模拟6自由度液压机械臂的结构，包括摆动油缸、直线油缸和液压马达，摆动油缸放置于支架上端，液压马达和直线油缸设置于支架中端；所述伺服一体化油源为整个液压实验平台提供稳压油源输出，其输出管路连接摆动油缸和液压马达；所述温控系统，连接伺服一体化油源和执行机构，对液压油进行散热降温。
2.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述上位机主控系统包括第一工控机、显示模块和输入设备，其中，显示模块连接第一工控机，第一工控机连接输入设备，所述显示模块用于显示机械臂各个自由度位置信息及机械臂三维姿态；所述第一工控机，接收用户通过输入设备输入的控制指令，分析计算后转换成运动指令序列通过以太接口发送至运动控制系统。
3.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述运动控制系统，包括第二工控机、液压伺服驱动器、角位移传感器和位移传感器，第二工控机接收上位机主控系统传输的运动指令序列，产生伺服控制信号，驱动液压伺服驱动器和液压马达执行相应运动，角位移传感器、位移传感器实时测量摆动油缸和伸缩油缸和液压马达的运动参数，将测量结果发送给第二工控机，第二工控机通过接口将其传输给第一工控机。
4.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述温控系统包括液压油过滤系统和液压油冷却系统，其中，液压油冷却系统、液压油过滤系统都与伺服一体化油源、执行机构连接。
5.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述上位机主控系统显示当前机械臂各个自由度位置信息及机械臂三维姿态。
6.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述运动控制系统通过网络将角位移传感器、位移传感器采集的信息上传至上位机主控系统。
7.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述6自由度液压机械臂为可沿X、Y、Z方向运动，且可绕X、Y、Z旋转的具有6个自由度的液压机械臂。
8.如权利要求1所述的一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台，其特征是：所述液压伺服试验台包括5个摆动油缸、1个直线油缸和1个液压马达，其中所述5个摆动油缸分别模拟液压机械臂的X、Y、Z和绕X、Z旋转的5个摆动自由度，所述1个液压马达模拟液压机械臂的绕Y轴旋转的自由度，所述1个直线油缸模拟液压机械臂的手抓开合自由度。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104867394A (zh) * | 2015-04-28 | 2015-08-26 | 国家电网公司 | 一种液压机械臂现实虚拟互动综合实验平台 |
| CN107065783A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-08-18 | 吴庆芳 | 一种用于数控设备的控制方法 |
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2015
- 2015-04-28 CN CN201520265302.1U patent/CN204557930U/zh active Active
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