[发明专利]高压带电作业机器人主从式液压机械臂系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种机器人控制技术，尤其是一种高压带电作业机器人主从式液压机械臂系统。 

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。 

发明内容：

本发明的目的在于解决下述问题，提供一种高压带电作业机器人主从式液压机械臂系统，此高压带电作业机器人主从式液压机械臂系统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，本发明采用如下技术方案： 

一种高压带电作业机器人主从式液压机械臂系统，它包括液压油源、机械臂、液压伺服驱动器、光纤、主手控制器、主手、手持终端以及电源；所述机械臂通过控制总线、电源总线以及位置信号总线与液压伺服驱动器连接，通过回油管和进油管与液压油源连接；液压伺服驱动器通过光纤与主手控制器通信；主手控制器通过控制总线、电源总线、状态信号总线与主手连接；主手通过状态信号总线、指令信号总线与手持终端相连；液压伺服驱动器和主手控制器还分别与电源相连， 

所述主手控制器包括微处理器II，微处理器II的数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器I的数据总线、地址总线、控制总线相连；A/D转换器I与主手每个关节转轴处的电位器相连；微处理器II与串口接收发送器II连接，串口接收发送器II通过与液压伺服驱动器通信； 

所述液压伺服驱动器包括微处理器III，微处理器III的数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器II的数据总线、地址总线、控制总线相连，微处理器III的数据总线、时钟总线与D/A转换器的数据总线、时钟总线相连；A/D转换器II与机械臂每个关节转轴处的电位器连接；D/A转换器与液压放大器连接； 

所述手持终端的微处理器I通过逻辑电平转换器与液晶模块和键盘管理模块连接，键盘管路模块与键盘连接；微处理器I还分别与稳压芯片I、稳压芯片II以及串口接收发送器I连接，串口接收发送器I与串口接收发送器II间通过串口连接，实现微处理器I和微处理器II间的通信。 

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

所述伺服阀为射流管式电液流量伺服阀；所述各电位器采用5KΩ的360度旋转电位器，传感器精度1‰。 

所述微处理器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。 

所述微处理器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。