[实用新型]主从式液压机械臂控制器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种机器人控制技术，尤其是一种主从式液压机械臂控制器。

背景技术：

为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁，从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究，如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家先后开展了对带电作业机器人的研究。2002年我国也进行了高压带电作业机器人产品化样机的研制。

目前机械臂的驱动方式主要有三种：气压驱动、液压驱动和电机驱动。气压驱动机械臂的缺点：气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现伺服控制，并且排气时有噪声，效率低，适用于中小负载，精度要求较低有限点位程序控制机械臂。

电机驱动机械臂的缺点：直流有刷电动机换向时有火花，对环境的防爆性能较差，成本高，结构设计复杂，适用于中小负载，要求具有较高的位置控制精度，速度较高的机械臂。

液压驱动机械臂的缺点：存在漏油、液压传动对油温的变化比较敏感、发生故障不易检查和排除，适用于大负载，要求控制精度不太高的机械臂。

目前机械臂的控制方式主要有两种：示教再现方式和主从式方式。其中示教再现方式操作灵活性较差、运动速度较低，机器人运动轨迹算法编程复杂，开发难度。主从控制方式应用在控制灵活，但是控制精度低的场合。目前机械臂主从控制系统一般分为两类：一类采用工控机和控制卡，从设备及控制技术来讲，专用性很强且价格较为昂贵，限制了主从技术的进一步发展；另一类采用PLC，体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难、控制复杂时可靠性差。如何更方便、快捷、廉价地控制主从机械臂，已经成为主从机械臂技术的一个突出问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于解决下述问题，提供一种主从式液压机械臂控制器，此主从式液压机械臂控制器采用位置伺服闭环控制方式，并通过光纤将高压电场与人隔离，控制精度高、实时性好、性能稳定可靠、操作更加方便，满足高压带电机器人作业任务的要求。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种主从式液压机械臂控制器，包括手持终端、嵌入式主手控制器和机械臂控制器，所述手持终端包括微处理器I，它分别与人机接口单元和嵌入式主手控制器相连；所述嵌入式主手控制器包括微处理器II，它分别与微处理器I、串口转光纤模块连接；同时，微处理器II通过数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器I的数据总线、地址总线、控制总线通信，A/D转换器I与主手的若干电位器之间通过地址总线、数据总线和控制总线通信；所述机械臂控制器包括微处理器III，它通过数据总线和时钟总线与D/A转换器连接，通过地址总线、数据总线和控制总线与A/D转换器II连接，微处理器III还与电磁阀、光纤转串口模块连接；同时，A/D转换器II与机械臂上每个关节运动轴处的若干电位器连接；D/A转换器与液压放大器连接；液压放大器与若干伺服阀连接，各伺服阀与相应液压缸连接，液压缸输出轴与机械臂连接。

所述伺服阀为射流管式电液流量伺服阀；电磁阀的控制电压是直流24V，并抑制泵升电压；所述主手上的以及机械臂上的各电位器均采用5KΩ的360度旋转电位器，传感器精度1‰。

所述人机接口单元包括液晶模块和键盘。

所述微处理器I与微处理器II之间通过串口通信连接。

所述微处理器I、微处理器II和微处理器III均采用TMS320F2812芯片；A/D转换器I、A/D转换器II均采用MAX1312芯片；D/A转换器采用DAC7678芯片。

本实用新型的工作原理：

机械臂控制系统的结构采用主从式微处理器进行控制，微处理器II作为主机，它担当系统管理、机械臂语言编译和人机接口功能，并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公共内存，供微处理器III读取它。微处理器III完成全部关节位置数字控制。它从公共内存读给定值，也把各关节实际位置送回公共内存中，微处理器II使用。

本实用新型的工作过程：

主从式液压机械臂控制系统软件分为主端和从端两部分。操作者操作主手运动，主手控制器采集主手电位器的位置信息并实时地将位置信息发送给机械臂控制器，机械臂控制器通过对主手的位置跟踪来完成机械臂的运动；另一方面机械臂在运动过程中由电位器检测到的位置信息也通过光纤通信反馈给主手控制器，主手控制器再将该位置信息发送给手持终端，供显示。

采用上述方案，本实用新型具有以下优点：