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用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):11033233閱讀:961來源:國(guó)知局
用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的制造方法與工藝

本實(shí)用新型涉及電力巡視領(lǐng)域,特別是指一種用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)。



背景技術(shù):

巡線機(jī)器人工作在架空高壓線路上,用來檢測(cè)線路及絕緣子、懸垂線夾等附屬部件的狀態(tài),清理掛在線路上的雜物。通常巡線機(jī)器人通過滾輪在線路上行走,通過工作機(jī)械臂清理雜物以及輔助越障。

對(duì)于巡線機(jī)器人上的工作機(jī)械臂,目前主要有以下兩種控制方式:(1)編程控制:將事先編好的程序代碼上傳到機(jī)械臂的控制板上,機(jī)械臂按照程序指令做相應(yīng)動(dòng)作,這種控制方式通常用在生產(chǎn)線上,每臺(tái)機(jī)械臂做重復(fù)、固定的工作;(2)遙控控制:使用遙控器、無線手柄等對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行控制。這種控制方式中,依據(jù)通信協(xié)議,事先定義各按鍵、搖桿的功能,通過WiFi、紅外等通信方式控制。

但是由于電力線路通常較復(fù)雜,巡線過程中遇到的狀況不可預(yù)測(cè),雜物的種類、大小未知,采用以上兩種控制方式會(huì)存在不能遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制、準(zhǔn)確性低和效率低的問題。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本實(shí)用新型提供一種既能通過地面上的模擬機(jī)械臂遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制高壓線上巡線機(jī)器人的工作機(jī)械臂,又能保證巡線作業(yè)準(zhǔn)確、高效率進(jìn)行的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供技術(shù)方案如下:

一方面,本實(shí)用新型提供一種用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng),包括模擬機(jī)械臂和工作機(jī)械臂,其中:

所述模擬機(jī)械臂依據(jù)所述工作機(jī)械臂按一定比例制作,所述模擬機(jī)械臂包括鉸接設(shè)置在一底座上的第一連架桿,所述第一連架桿的末端鉸接有第一上臂,所述第一上臂的末端鉸接有第一小臂,所述第一小臂的末端鉸接有第一機(jī)械手,所述底座、第一連架桿、第一上臂、第一小臂和第一機(jī)械手的鉸接處均設(shè)置有測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的傳感器;

所述工作機(jī)械臂用于設(shè)置在巡線機(jī)器人上,所述工作機(jī)械臂包括鉸接設(shè)置在所述巡線機(jī)器人的機(jī)架上的第二連架桿,所述第二連架桿的末端鉸接有第二上臂,所述第二上臂的末端鉸接有第二小臂,所述第二小臂的末端鉸接有第二機(jī)械手,所述機(jī)架、第二連架桿、第二上臂、第二小臂和第二機(jī)械手的鉸接處均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);

所述模擬機(jī)械臂的控制電路包括第一控制板,所述第一控制板的輸入端連接所述傳感器,所述第一控制板的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換板連接有第一通訊模塊;

所述工作機(jī)械臂的控制電路包括第二控制板,所述第二控制板的輸入端連接有與所述第一通訊模塊進(jìn)行通信的第二通訊模塊,所述第二控制板的輸出端分別經(jīng)驅(qū)動(dòng)板連接所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的,所述第一機(jī)械手包括一對(duì)第一手指,所述第一手指包括相鉸接的第一節(jié)和第二節(jié),所述第一節(jié)和第二節(jié)之間也設(shè)置有測(cè)量角度的傳感器;

所述第二機(jī)械手包括一對(duì)相互鉸接第二手指,所述第二手指的鉸接處也設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的,所述第二手指采用嚙合不完全齒輪相互連接,或者采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。

進(jìn)一步的,所述第一控制板的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換板與第一通訊模塊、第二通訊模塊與第二控制板均通過串口連接,所述第一和第二通訊模塊均為無線模塊。

進(jìn)一步的,所述模擬機(jī)械臂的各鉸接處均采用阻尼關(guān)節(jié),所述阻尼關(guān)節(jié)包括設(shè)置在相鄰兩臂鉸接處的蓋板、螺桿和所述傳感器,其中:

所述相鄰兩臂包括第一臂和第二臂,所述相鄰兩臂的鉸接處設(shè)置有限位結(jié)構(gòu),所述蓋板包括中空的蓋板帽和設(shè)置在所述蓋板帽上的圓環(huán)狀凸臺(tái),所述凸臺(tái)穿過所述第一臂的鉸接孔與所述第二臂的上表面接觸,所述蓋板和第一臂之間、所述第二臂和第一臂之間均設(shè)置有圓環(huán)形摩擦片,所述螺桿為中空螺桿,所述中空螺桿穿過所述蓋板和第一臂的鉸接孔,連接至所述第二臂的鉸接孔,將所述蓋板和第一臂鉸接在所述第二臂上;

所述傳感器包括基部和位于所述基部上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸,所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸自所述第二臂的鉸接孔穿入,從所述中空螺桿中伸出,所述傳感器上端配有傳感器軸套,所述傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在所述傳感器軸套上,所述傳感器軸套固定在所述第一臂上,所述傳感器的基部固定在所述第二臂上。

進(jìn)一步的,所述傳感器為電位器或旋轉(zhuǎn)編碼器,所述限位結(jié)構(gòu)為位于所述第二臂與第一臂的接觸面邊緣的限位凸臺(tái)。

進(jìn)一步的,所述蓋板的圓環(huán)狀凸臺(tái)的末端表面設(shè)置有若干等距的第一圓柱突起,所述第二臂的上表面設(shè)置有與所述第一圓柱突起相適應(yīng)的第一卡槽;所述傳感器的基部與所述第二臂接觸的表面上設(shè)置有第二圓柱突起,所述第二臂上設(shè)置有與所述第二圓柱突起相適應(yīng)的第二卡槽。

另一方面,本實(shí)用新型還提供一種上述的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的控制方法,包括:

步驟1:所述模擬機(jī)械臂的第一控制板采集所述傳感器的數(shù)值,所述第一通訊模塊將采集到的所述傳感器的數(shù)值實(shí)時(shí)發(fā)送給所述工作機(jī)械臂的第二通訊模塊;

步驟2:所述工作機(jī)械臂上的第二通訊模塊接收數(shù)據(jù)信號(hào)后,解析接收到的數(shù)據(jù),然后發(fā)送相應(yīng)的脈沖給不同部位的所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。

其中,所述步驟1中,所述第一通訊模塊使用編號(hào)+傳感器的數(shù)據(jù)方式發(fā)送所述傳感器的數(shù)值。

本實(shí)用新型具有以下有益效果:

本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng),工作時(shí)作業(yè)人員用手操縱模擬機(jī)械臂,通過采集模擬機(jī)械臂上傳感器的值,傳輸至工作機(jī)械臂的控制板,控制板根據(jù)傳感器值的變化量,控制對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。這樣,模擬機(jī)械臂的動(dòng)作便映射到了巡線機(jī)器人的工作機(jī)械臂上,實(shí)現(xiàn)了無線模擬控制。由于本實(shí)用新型的模擬控制系統(tǒng)包括模擬機(jī)械臂和工作機(jī)械臂,工作機(jī)械臂與模擬機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng),兩者之間的通信實(shí)時(shí)連接,即使模擬機(jī)械臂沒有做出動(dòng)作,模擬機(jī)械臂也會(huì)將每個(gè)傳感器的位置信號(hào)發(fā)送到工作機(jī)械臂上,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有控制方式無法實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制,并且解決了現(xiàn)有控制方式的準(zhǔn)確性低和效率低的問題。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的模擬機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本實(shí)用新型的巡線機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3為本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的工作機(jī)械臂的機(jī)械手的嚙合連接示意圖;

圖4為本實(shí)用新型的用于模擬機(jī)械臂的阻尼關(guān)節(jié)的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖5為本實(shí)用新型的用于模擬機(jī)械臂的阻尼關(guān)節(jié)的整體結(jié)構(gòu)爆炸圖;

圖6為本實(shí)用新型的用于模擬機(jī)械臂的阻尼關(guān)節(jié)的蓋板、第一臂和第二臂的連接爆炸圖;

圖7為本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的模擬機(jī)械臂的控制電路示意圖;

圖8為本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的工作機(jī)械臂的控制電路示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

一方面,本實(shí)用新型提供一種用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng),如圖1-8所示,包括模擬機(jī)械臂和工作機(jī)械臂,其中:

模擬機(jī)械臂依據(jù)工作機(jī)械臂按一定比例制作,模擬機(jī)械臂包括鉸接設(shè)置在一底座1上的第一連架桿2,第一連架桿2的末端鉸接有第一上臂3,第一上臂3的末端鉸接有第一小臂4,第一小臂4的末端鉸接有第一機(jī)械手5,底座1、第一連架桿2、第一上臂3、第一小臂4和第一機(jī)械手5的鉸接處均設(shè)置有測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度的傳感器6;

工作機(jī)械臂用于設(shè)置在巡線機(jī)器人上,工作機(jī)械臂包括鉸接設(shè)置在巡線機(jī)器人的機(jī)架7上的第二連架桿8,第二連架桿8的末端鉸接有第二上臂9,第二上臂9的末端鉸接有第二小臂10,第二小臂10的末端鉸接有第二機(jī)械手11,機(jī)架7、第二連架桿8、第二上臂9、第二小臂10和第二機(jī)械手11的鉸接處均設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);

模擬機(jī)械臂的控制電路包括第一控制板,第一控制板的輸入端連接所述傳感器,第一控制板的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換板連接有第一通訊模塊;

工作機(jī)械臂的控制電路包括第二控制板,第二控制板的輸入端連接有與第一通訊模塊進(jìn)行通信的第二通訊模塊,第二控制板的輸出端分別經(jīng)驅(qū)動(dòng)板連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng),工作時(shí)作業(yè)人員用手操縱模擬機(jī)械臂,通過采集模擬機(jī)械臂上傳感器的值,傳輸至工作機(jī)械臂的控制板,控制板根據(jù)傳感器值的變化量,控制對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。這樣,模擬機(jī)械臂的動(dòng)作便映射到了巡線機(jī)器人的工作機(jī)械臂上,實(shí)現(xiàn)了無線模擬控制。由于本實(shí)用新型的模擬控制系統(tǒng)包括模擬機(jī)械臂和工作機(jī)械臂,工作機(jī)械臂與模擬機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng),兩者之間的通信實(shí)時(shí)連接,即使模擬機(jī)械臂沒有做出動(dòng)作,模擬機(jī)械臂也會(huì)將每個(gè)傳感器的位置信號(hào)發(fā)送到工作機(jī)械臂上,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有控制方式無法實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制,并且解決了現(xiàn)有控制方式的準(zhǔn)確性低和效率低的問題。

優(yōu)選的,第一機(jī)械手5包括一對(duì)第一手指12,第一手指12包括相鉸接的第一節(jié)和第二節(jié),第一節(jié)和第二節(jié)之間也設(shè)置有測(cè)量角度的傳感器6。這種結(jié)構(gòu)方便工作人員操作一對(duì)第一手指的張開或閉合。另外,第二機(jī)械手11包括一對(duì)相互鉸接第二手指13,第二手指13的鉸接處也設(shè)置有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。第二手指13采用嚙合不完全齒輪相互連接,或者采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。采用嚙合不完全齒輪相互連接只需要在其中一個(gè)第二手指安裝驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),另一個(gè)第二手指由于嚙合關(guān)系會(huì)反方向張開或閉合。

進(jìn)一步的,第一控制板的輸出端經(jīng)轉(zhuǎn)換板與第一通訊模塊、第二通訊模塊與第二控制板均通過串口連接。可以實(shí)時(shí)發(fā)送和接收傳感器的數(shù)據(jù)。第一和第二通訊模塊均采用無線模塊,優(yōu)選為2.4G高頻無線模塊。這種通訊方式傳輸距離超過1km,工作空間大。第一和第二控制板均采用Arduino Due控制板。

作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn),模擬機(jī)械臂的各鉸接處均采用阻尼關(guān)節(jié),阻尼關(guān)節(jié)包括設(shè)置在相鄰兩臂鉸接處的蓋板14、螺桿15和傳感器6,其中:

相鄰兩臂包括第一臂16和第二臂17,相鄰兩臂的鉸接處設(shè)置有限位結(jié)構(gòu),蓋板14包括中空的蓋板帽18和設(shè)置在蓋板帽上的圓環(huán)狀凸臺(tái)19,凸臺(tái)19穿過第一臂16的鉸接孔與第二臂17的上表面接觸,蓋板14和第一臂16之間、第二臂17和第一臂16之間均設(shè)置有圓環(huán)形摩擦片20,螺桿15為中空螺桿,中空螺桿穿過蓋板14和第一臂16的鉸接孔,連接至第二臂17的鉸接孔,將蓋板14和第一臂16鉸接在第二臂17上;

傳感器6包括基部21和位于基部上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸22,轉(zhuǎn)動(dòng)軸22自第二臂17的鉸接孔穿入,從中空螺桿中伸出,傳感器6上端配有傳感器軸套23,傳感器6的轉(zhuǎn)動(dòng)軸22固定在傳感器軸套23上,傳感器軸套23固定在第一臂16上,傳感器6的基部21固定在第二臂17上。這種結(jié)構(gòu)既能使第一臂相對(duì)于第二臂在轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng),又能對(duì)模擬機(jī)械臂施加預(yù)緊力,使機(jī)械臂保持特定姿態(tài)。

進(jìn)一步的,傳感器6為電位器或旋轉(zhuǎn)編碼器,電位器的轉(zhuǎn)角范圍為0~300°,限位結(jié)構(gòu)為位于第二臂17與第一臂16的接觸面邊緣的限位凸臺(tái)24,第一臂16相對(duì)于第二臂17的轉(zhuǎn)角范圍限定在0~300°之間的任意角度。限位凸臺(tái)限定了轉(zhuǎn)角范圍,防止超出傳感器的轉(zhuǎn)角范圍對(duì)傳感器本身造成傷害,也防止人手的誤操作導(dǎo)致工作機(jī)械臂做出不可預(yù)測(cè)的動(dòng)作。

本實(shí)用新型中,蓋板14的圓環(huán)狀凸臺(tái)19的末端表面設(shè)置有若干等距的第一圓柱突起25,第二臂17的上表面設(shè)置有與第一圓柱突起25相適應(yīng)的第一卡槽26;傳感器6的基部21與第二臂17接觸的表面上設(shè)置有第二圓柱突起27,第二臂17上設(shè)置有與第二圓柱突起27相適應(yīng)的第二卡槽(未示出)。這樣蓋板與第二臂不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),傳感器的主體和第二臂也不會(huì)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

另一方面,本實(shí)用新型還提供一種上述的用于巡線機(jī)器人機(jī)械臂的模擬控制系統(tǒng)的控制方法,包括:

步驟1:如圖5所示,模擬機(jī)械臂的第一控制板采集傳感器的數(shù)值,第一通訊模塊將采集到的傳感器的數(shù)值實(shí)時(shí)發(fā)送給工作機(jī)械臂的第二通訊模塊;

步驟2:如圖6所示,工作機(jī)械臂上的第二通訊模塊接收數(shù)據(jù)信號(hào)后,解析接收到的數(shù)據(jù),然后發(fā)送相應(yīng)的脈沖給不同部位的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的角度。

優(yōu)選的,步驟1中,第一控制板連續(xù)獲得五次傳感器的當(dāng)前值,使用冒泡算法取中間值作為當(dāng)前傳感器的數(shù)值。這樣可以減小采集到的傳感器數(shù)值的波動(dòng)誤差。

進(jìn)一步的,步驟1中,第一通訊模塊使用編號(hào)+傳感器的數(shù)據(jù)方式發(fā)送傳感器的數(shù)值。這種方式可以有效發(fā)送第一控制板獲取的多組傳感器的數(shù)值。

以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下,還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

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