CN212635725U - 一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：由手臂车本体及控制单元构成，所述的手臂车本体包括底盘以及安装于底盘上端的机械臂，所述的控制单元包括遥控手柄，安装于底盘上的底盘控制机构以及安装于机械臂上的机械臂控制机构。本实用新型具有方便装卸、安全可靠、提高更换效率、省时省力、优化工作环境、降低更换成本、易于实现的优点。

Description

一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车

技术领域

本实用新型属于航空航天技术领域，涉及一种用于模拟机作动筒的安装和拆卸装置，特别是一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车。

背景技术

模拟机作动筒是模拟机极其重要的组成部分，它是模拟机的基座，支撑着整台模拟机的重量，更是运动系统模拟真实飞行中各种姿态、各种颠簸和震动必不可少的配件。重达十几吨的模拟机全部由六根作动筒支撑，通俗地讲这就是模拟机的六条腿，它们驱动着驾驶舱完成六个自由度的运动。任意一根作动筒发生故障都会影响正常的飞行训练，造成不适航，严重的话就会直接导致模拟机停飞。

作动筒出现故障时，往往会在第一时间对其进行更换，完成更换工作的效率影响着公司的效益和机组必要的飞行训练，而更换模拟机作动筒却并非想象中的那么容易。长达3米，重量近1吨的作动筒并不是三两个人就能轻易拆卸或安装的，而且由于模拟机由六根作动筒同时支撑，在拆卸前要先安装辅助作动筒进行支撑。此外，在更换作动筒的操作中，最困难的是将模拟机和作动筒之间的定位销精准地装入连接处，如果稍有偏差，那么就无法安装到指定位置，而且其中的垫片在安装中稍有滑动发生错位，那么销子更是无法安装到位的。

在更换作动筒的工作中，一般都是叉车用吊装带吊装作动筒。为了防止作动筒的滑落和移动造成设备的损坏和人员的伤害，吊装带的捆绑方式和作动筒重心的把控显得尤为重要，而且叉车很容易在起吊过程中碰撞模拟机底部，所以吊装过程费时费力。既需要叉车司机的精准操控，又需要有人员从多角度进行观察并给出正确的指挥，同时还要有人员去拉住作动筒使其不发生大的位移。此外，工作过程中叉车作为工程车辆有很大的噪音和尾气污染，而且由于叉车只能进行垂直方向的运动且叉车司机视线不好，作动筒很容易发生的滑落和侧移，从而导致设备的损坏和人员的伤害，每次雇佣叉车和叉车司机的成本也高达数千元。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构设计科学合理，方便装卸、安全可靠、提高更换效率、省时省力、优化工作环境、降低更换成本、易于实现的用于模拟机作动筒更换的机械手臂车。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：由手臂车本体及控制单元构成，所述的手臂车本体包括底盘以及安装于底盘上端的机械臂，所述的控制单元包括遥控手柄，安装于底盘上的底盘控制机构以及安装于机械臂上的机械臂控制机构；

所述的遥控手柄由主控制板、电池组、LCD显示屏、手柄按键及红外信号发射模块构成，在主控板的输入端上分别连接有手柄按键及电池组，在主控板的输出端上分别连接有LCD显示屏及红外信号发射模块；

所述的底盘控制机构由红外信号接收模块、PC控制模块、运动执行模块、限位器、安全控制模块、PCR雷达、驱动电源模块及电源转换模块构成，所述的红外信号接收模块与遥控手柄的红外信号发射模块信号连接，红外信号接收模块的输出端与 PC控制模块的输入端连接，驱动电源模块的输出端分别连接红外信号接收模块、运动执行模块、PC控制模块、安全控制模块、PCR雷达以及电源转换模块，所述的PC 控制模块分别与运动执行模块及安全控制模块双向连接，在运动执行模块上连接有限位器，在安全控制模块上连接有PCR雷达；

所述的机械臂控制机构由PLC控制模块、编码器、伺服电机、减速器、安全控制模块、限位器、压力传感器、超声波传感器、双线圈二位电磁阀及驱动电源模块构成，所述的PLC控制模块与底盘控制机构的PC控制模块连接，在PLC控制模块的输入端上分别连接有压力传感器、超声波传感器及驱动电源模块，该驱动电源模块与底盘控制机构内的电源转换模块连接，在驱动电源模块的输出端上分别连接编码器、减速器、伺服电机、安全控制模块、压力传感器及超声波传感器，所述的安全控制模块、编码器、减速器及双线圈二位电磁阀均与PLC控制模块双向连接，在编码器的输入端上连接有伺服电机，该伺服电机与减速器相连，在所述的安全控制模块上连接有限位器。

而且，所述的机械臂为七个自由度的机械臂。

而且，所述的手臂车本体还包括液压支撑柱，在所述底盘的底部四角处安装有液压支撑柱。

而且，在所述的红外信号发射模块为波长为940nm的红外发射管。

而且，所述的红外信号接收模块为红外信号接收器，在该红外信号接收器上设置有滤光片，在滤光片的外部设置有遮光罩。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，利用机械手臂车对作动筒实现抓取和转动，可以更快捷方便地完成模拟机作动筒的搬运、入位和定位销安装等工作，以更高效的方式使作动筒准确入位，从而大大缩短更换时间。既降低了叉车的噪声损害和尾气污染，又降低了人员发生意外的概率。在降低现有模拟机维护成本的同时，增加了作动筒更换的可靠性、安全性和快速性。

2、本用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，通过采用具有7个自由度的机械臂，使其在工作时具有很高的灵活性，在更换作动筒的工作中，能够在较为狭窄的空间内进行作业，同时可以很高效地抓取和放置作动筒，而且其灵活性使得作动筒的位置调整变得容易，从而使模拟机和作动筒之间的定位销能够更精准快速地装入连接处，并与垫片相结合，这使得作动筒安装到位的效率大大提升。与此同时，本实用新型能够在故障作动筒的拆卸、转移和新作动筒的拿取，以及辅助作动筒的安装、搬移、拆卸等过程中大大减少无用功，很大程度上节省了人力成本和时间成本，降低了对飞行训练的影响，减少了企业的必要成本。

3、本用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，解决了叉车司机因视线不好影响吊装效率和安全的问题，机械手臂车的操控人员拥有更开阔的视野，同时若干的传感器模块也使得作动筒的更换工作具有更高的安全性。此外，由于机械手臂车使用电力为驱动能源，更加的符合当下国家所提倡的环保理念，也减少了对维护人员身体上的伤害。

4、本实用新型通过摇杆遥控机械手臂车，大大降低了人员对设备的操控难度，使得维护人员更容易学习和掌握具体的操作方法，而且更易于大家普遍掌握该项技能，以达到不会因为缺少专业性人才而影响工作进程的效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图(省略液压驱动机构及液压支撑柱)；

图2是本实用新型的电路原理方框图；

图3是本实用新型机械手臂的七自由度的原理示意图(θ1～θ7代表各相应关节的旋转角度，Σ0表示机械臂的基座位置，Σ7表示机械臂的末端位置)。

附图标记说明：

1-机械臂、2-底盘。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其创新之处在于：由手臂车本体及控制单元构成，所述的手臂车本体包括底盘2以及安装于底盘上端的机械臂1，所述的控制单元包括遥控手柄，安装于底盘上的底盘控制机构以及安装于机械臂上的机械臂控制机构；

所述的遥控手柄由主控制板、电池组、LCD显示屏、手柄按键及红外信号发射模块构成，在主控板的输入端上分别连接有手柄按键及电池组，在主控板的输出端上分别连接有LCD显示屏及红外信号发射模块；

所述的底盘控制机构由红外信号接收模块、PC控制模块、运动执行模块、限位器、安全控制模块、PCR雷达、驱动电源模块及电源转换模块构成，所述的红外信号接收模块与遥控手柄的红外信号发射模块信号连接，红外信号接收模块的输出端与 PC控制模块的输入端连接，驱动电源模块的输出端分别连接红外信号接收模块、运动执行模块、PC控制模块、安全控制模块、PCR雷达以及电源转换模块，所述的PC 控制模块分别与运动执行模块及安全控制模块双向连接，在运动执行模块上连接有限位器，在安全控制模块上连接有PCR雷达；

所述的机械臂控制机构由PLC控制模块、编码器、伺服电机、减速器、安全控制模块、限位器、压力传感器、超声波传感器、双线圈二位电磁阀及驱动电源模块构成，所述的PLC控制模块与底盘控制机构的PC控制模块连接，在PLC控制模块的输入端上分别连接有压力传感器、超声波传感器及驱动电源模块，该驱动电源模块与底盘控制机构内的电源转换模块连接，在驱动电源模块的输出端上分别连接编码器、减速器、伺服电机、安全控制模块、压力传感器及超声波传感器，所述的安全控制模块、编码器、减速器及双线圈二位电磁阀均与PLC控制模块双向连接，在编码器的输入端上连接有伺服电机，该伺服电机与减速器相连，在所述的安全控制模块上连接有限位器。

本用于更换模拟机作动筒的机械手臂车的机械手臂采用现有的7个自由度的机械臂，它模仿了人的手臂，不但提供了空间x、y、z三个直角坐标轴方向的直线运动自由度(三维位置)和绕坐标轴的转动自由度(三维旋转)这6个自由度，而且增加了一个自由度以解决空间中无法在保持末端机构的三维位置不变的情况下从一个构型变换到另一个构型的问题。

为了使机械手臂能够灵活转动，这里的机械臂关节采用由现有的动力型旋转关节组成的结构，类似于人类的手臂，将每一个关节处用转轴和齿轮组合而成，通过无刷直流伺服电机驱动减速器再驱动转轴和齿轮进行运动，从而实现关节的转动，臂部各相邻部件的相对角位移为运动坐标。而关节与关节之间的协同运动则是通过链条进行传动，由机械手臂底部关节处的伺服电机最先接收驱动信号开始运动，进而带动其他关节上齿轮和转轴进行转动，各关节中的无刷直流伺服电机在接收到各自的控制信号后，将控制结果再实时反馈给其他关节，从而实现整体的协调运动。此外，考虑到机械手臂抓取作动筒时仅靠电力驱动会造成驱动力不足的情况，可以参考现有作业车的机械臂，在各关节之间增加液压驱动机构，该液压驱动机构由液动机(油缸、油马达)、伺服阀、油泵、油箱等组成驱动系统，以电液混动的方式驱动执行机构进行工作。

机械手臂的夹紧、松开和转动通过PLC控制模块进行控制。PLC控制模块接收来自外部的输入信号(包括启动、停机、限位指令、传感器信号指令等)，并控制双线圈二位电磁阀来控制机械手臂的夹紧和松开，控制无刷直流伺服电机来控制机械手臂的转动。在机械手臂的末端执行机构安装有压力传感器和超声波传感器，压力传感器模块实时监测当前机械手臂末端执行机构的压力并向PLC控制模块反馈压力信号，超声波传感器实时测定末端执行机构到物体距离的变化量并向PLC控制模块反馈距离信号，此时PLC控制模块根据接收的两种信号进行处理，而后对机械手发出夹紧或松开的相应控制信号。当物体出现被挤压和滑落的情况时，末端执行机构的传感器在及时反馈信号后，PLC控制模块发出控制指令，限位器会立即对机械手臂的动作进行限制，同时传感器发出报警提示操作人员当前运动已经超限，存在安全隐患。此外，机械手臂的外部也安装了多组传感器探测模块，目的是实时监测机械手臂当前的位置，以免在工作中与模拟机发生磕碰，造成不必要的经济损失。

机械手臂以小车底盘为载体，小车底盘具有足够的配重以防止发生机械手臂在抓取重物时造成重心偏移的情况，车轮采用工程用车辆车轮，以重型工程车辆的车桥为连接杆，以足够承受机械手臂车和作动筒的总重量，避免在抓取重物时出现车桥断裂的情况。为了保持好底盘的重心，底盘四周共装有四个液压支撑柱(左右对称放置各两个)，它们可以增大底盘整体的受力面积，更利于底盘的稳定。出于安全考虑，底盘四周装有PCR雷达传感器和红外传感器，这两种传感器实际监测小车周围环境情况，当出现障碍物或人员经过时，传感器将会第一时间发出报警并将信号反馈给安全控制模块，从而停止当前存在危害的运动。用于更换作动筒的机械手臂车以交流电为动力来源，一方面直接为小车底盘驱动进行供能，另一方面利用驱动电源模块将输入的交流电转换成直流电提供给机械手臂的无刷直流伺服电机。以清洁能源和可再生能源的电力为驱动源，既利于环境保护，又防止了在场工作人员对有害气体吸入和传统柴油机严重噪音对其造成的损伤。

用于更换模拟机作动筒的机械手臂车由操作人员通过手柄进行遥控，通过手柄上的红外发射器发出控制信号，而后由小车底盘上的红外接收器接收控制信号，从而实现遥控。同时小车上也安装有红外发射器，这样设计是为了小车底盘和机械手臂的超限等安全警告信号能够在操作手柄上得以显示，从而第一时间对操作人员发出警告提示。

尽管模拟机作动筒的更换一般安排在飞行训练较少的夜间，但考虑到白天更换作动筒时日光的影响，特使用抗光干扰能力强的红外接收头。由于红外接收头的最佳接收波长是940nm，这里使用940nm波长的红外发射管作为小车和遥控手柄的红外发射器，同时在发射端加载38kHz的载波频率。为了红外接收器能够更好地接收红外信号而不因强烈的日光造成饱和，故在红外接收器加装遮光罩，避免阳光直射红外接收头，以及加装滤光片以滤除多余光线，从而实现只接收波长在940nm左右的光波。这样大大增加了遥控手柄与机械手臂车之间控制信号和反馈信号传递和交互的可靠性。

为防止非专业人员误触遥控手柄，特在遥控手柄上设置密码激活的运行方式，当且仅当密码录入正确后方可操纵机械手臂车，同时在进入密码输入界面前也会发出非专业人员请勿操作的安全提示，以此进一步确保模拟机作动筒更换工作中的安全性。

遥控机械手臂车的遥控手柄分成左中右三个区域，左边区域有一个独立的摇杆，它负责对小车底盘的运动方向进行控制，在其下方还分别设置了一个黄色的锁定按钮和一个红色的急停按钮。锁定按钮是用来锁定小车底盘运动的，当操控人员将小车底盘遥控至指定位置后，将不需要小车底盘再移动，为了防止误操作碰到摇杆所以要设置锁定键来锁定小车底盘的当前状态。急停按钮是用来紧急停止小车底盘当前运动的，这是出于在紧急情况下小车底盘未能准确探知或反馈危险信号的考虑，为了安全，操作人员可以在第一时间停止小车的一切运动，以免发生事故。遥控手柄的中间区域是显示屏和数字按键，通过显示屏可以显示机械手臂车的当前状态，以及与传感器模块同步的报警信号，这样可以更好的帮助操控人员把控对机械手臂和小车底盘的实时控制。数字键不仅用来输入激活手柄工作的密码，还可以选择其中的预设指令，这样能够方便操控人员的操纵，降低操作难度。中间区域还设置有遥控手柄的开关，它可以一键启动遥控手柄，并同时激活遥控手柄与机械手臂车之间的通信，进入初始工作状态；在工作结束后，它也可以断开遥控手柄与机械手臂车的通信，关闭遥控手柄。右边区域的设计与左边区域类似，有一个独立的摇杆，它负责对机械手臂的运动方向进行控制，在其下方同样分别设置了一个黄色的锁定按钮和一个红色的急停按钮。锁定按钮是用来锁定机械手臂运动的，当操控人员将机械手臂遥控至指定位置后，将不需要其再移动，为了防止误操作碰到摇杆所以要设置锁定键来锁定机械手臂的当前状态。急停按钮是用来紧急停止机械手臂当前运动的，这是出于在紧急情况下机械手臂上的传感器模块未能准确探知或反馈危险信号的考虑，为了安全，操作人员可以在第一时间停止机械手臂的一切运动，以免发生事故。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：由手臂车本体及控制单元构成，所述的手臂车本体包括底盘以及安装于底盘上端的机械臂，所述的控制单元包括遥控手柄，安装于底盘上的底盘控制机构以及安装于机械臂上的机械臂控制机构；

所述的遥控手柄由主控制板、电池组、LCD显示屏、手柄按键及红外信号发射模块构成，在主控板的输入端上分别连接有手柄按键及电池组，在主控板的输出端上分别连接有LCD显示屏及红外信号发射模块；

所述的底盘控制机构由红外信号接收模块、PC控制模块、运动执行模块、限位器、安全控制模块、PCR雷达、驱动电源模块及电源转换模块构成，所述的红外信号接收模块与遥控手柄的红外信号发射模块信号连接，红外信号接收模块的输出端与PC控制模块的输入端连接，驱动电源模块的输出端分别连接红外信号接收模块、运动执行模块、PC控制模块、安全控制模块、PCR雷达以及电源转换模块，所述的PC控制模块分别与运动执行模块及安全控制模块双向连接，在运动执行模块上连接有限位器，在安全控制模块上连接有PCR雷达；

所述的机械臂控制机构由PLC控制模块、编码器、伺服电机、减速器、安全控制模块、限位器、压力传感器、超声波传感器、双线圈二位电磁阀及驱动电源模块构成，所述的PLC控制模块与底盘控制机构的PC控制模块连接，在PLC控制模块的输入端上分别连接有压力传感器、超声波传感器及驱动电源模块，该驱动电源模块与底盘控制机构内的电源转换模块连接，在驱动电源模块的输出端上分别连接编码器、减速器、伺服电机、安全控制模块、压力传感器及超声波传感器，所述的安全控制模块、编码器、减速器及双线圈二位电磁阀均与PLC控制模块双向连接，在编码器的输入端上连接有伺服电机，该伺服电机与减速器相连，在所述的安全控制模块上连接有限位器。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：所述的机械臂为七个自由度的机械臂。

3.根据权利要求1所述的一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：所述的手臂车本体还包括液压支撑柱，在所述底盘的底部四角处安装有液压支撑柱。

4.根据权利要求1所述的一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：在所述的红外信号发射模块为波长为940nm的红外发射管。

5.根据权利要求1所述的一种用于模拟机作动筒更换的机械手臂车，其特征在于：所述的红外信号接收模块为红外信号接收器，在该红外信号接收器上设置有滤光片，在滤光片的外部设置有遮光罩。

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