一种基于移动机器人的多关节机械臂系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，所述多关节机械臂系统位于移动小车系统上，所述多关节机械臂系统包括机械本体、伺服驱动模块及控制模块；所述机械本体包括执行单元、机械臂本体及传感部件；所述控制模块包括多关节机械臂PLC控制器和运动控制模块；所述多关节机械臂PLC控制器分别与移动小车系统、传感部件以及通过运动控制模块和伺服驱动模块相连；所述执行单元与伺服驱动模块相连。本发明专利技术的机械臂结构简单、传动链少、定位精确、性能稳定，同时具有防辐射耐腐蚀能力，能适应多种特殊工作环境。

Multi joint robot arm system based on mobile robot

The invention relates to a system of multi joint arm mobile robot based on the multi joint mechanical arm system in mobile robot system, the multi joint manipulator system which comprises a machine body, servo drive module and a control module; the machine body includes an execution unit, the mechanical arm body and the control of sensor components; the module includes the multi joint mechanical arm PLC controller and motion control module; the multi joint manipulator PLC controller is respectively connected with the mobile robot system, sensing component and the motion control module and servo drive module is connected; the execution unit and servo drive module is connected. The mechanical arm of the invention has the advantages of simple structure, less drive chain, accurate positioning, stable performance, radiation resistance and corrosion resistance, and can adapt to a variety of special working environments.

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动机器人的多关节机械臂系统
本专利技术涉及危化溶液提取及检测领域，具体说是一种基于移动机器人的多关节机械臂系统。
技术介绍
生产制造、医疗卫生、核试验与核电、冶金化工等行业诸多场所产生大量组分复杂、浓度不均、腐蚀性大、放射性高的危化溶液，对人、动物以及环境极易造成严重伤害。此类危化溶液一般采用隔离的办法存储在封闭空间中，经过收集存储、取样检测、净化处理以及排放等步骤，用稀释或固化等方法处理后，转换成小体积的浓缩物并加以贮藏，待腐蚀性和放射性小于最大允许排放指标后，将其排于环境中进行掩埋或扩散。危化溶液的取样检测是处理过程中非常重要的环节，此阶段将对危化溶液的成分及含量进行检测，只有充分检测后才能找到有效的危化溶液处理方法，只有经过严格处理后才能将其危害降低到最低。危化溶液取样检测时需采用先进的方法和手段少量提取溶液，进行成分和含量分析。从已公开的记录和资料来看，大部分危化溶液提取采用的是基于真空吸取的方式构建的固定危化溶液提取装置，该装置主要由真空泵、吸取管、控制开关以及摄像头等组成，与危化溶液处理设备一起固定在某个地方，在人工的参与下完成危化溶液的提取，该类装置出于稳定性考虑几乎没有采用精确提取控制的措施，所以难以实现危化溶液的定量和随机抽检。缺少灵活的提取手段和无法精确定量提取等问题成为制约危化溶液处理效率提升的瓶颈，由于采用的是固定式溶液提取装置，不能自由移动操作，当装置发生故障或危化溶液组分变化的情况下，固定式溶液提取装置无法胜任抽检工作，严重时造成危化溶液处理暂停，生产线停机，带来巨大的经济损失。另外，许多场合没有固定式危化溶液提取设备，当提取的危化溶液种类比较多、距离比较远、工作环境比较恶劣时，需要人进入不同的环境甚至是高危环境中手工操作，出现（1）人较长时间处在恶劣环境中作业，易受到伤害；（2）危化溶液取量不准，作业效率较低；（3）多余危化溶液不易处理等问题。这些问题已严重影响危化溶液检测环节的处理效率和人的安全性。由于机械臂具有灵活控制、重复劳动、环境要求低等特点，使得目前危化溶液处理过程中逐渐采用基于机械臂的危化溶液自动提取设备进行危化溶液提取工作，并结合快速移动平台形成移动机器人，可替代人工进行各项危险操作。但当前的机械臂多采用常规结构的六关节机械臂，存在机械结构较复杂、控制部件多、定位精度不高等缺陷，并在防辐防腐保护、高效抓取等方面存在不足，其内部执行电气元器件易受到辐射和腐蚀而产生故障，致使整个操作系统产生错误运行而不能高效工作。
技术实现思路
为克服现有技术存在的以上问题，本专利技术提供了一种基于移动机器人的能够适应不同复杂环境的多关节机械臂系统，其能与移动平台很好的结合，形成移动机械臂，更加高效地完成移动和操作的工作任务。本专利技术由以下技术方案实现：一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，所述多关节机械臂系统位于移动小车系统上，所述多关节机械臂系统包括机械本体、伺服驱动模块及控制模块；所述机械本体包括执行单元、机械臂本体及传感部件；所述控制模块包括多关节机械臂PLC控制器和运动控制模块；所述多关节机械臂PLC控制器分别与移动小车系统、传感部件以及通过运动控制模块和伺服驱动模块相连；所述执行单元与伺服驱动模块相连。进一步的，所述机械臂本体依次由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸缩轴构成，其中基座与底座、底座与大臂、大臂与小臂之间为转动副，小臂与末端伸缩轴之间为移动副，且小臂与末端伸缩轴之间夹角保持为90°。进一步的，所述执行单元包括直流伺服电机、减速器、轴承及轴承座。进一步的，所述基座、底座、大臂采用中空铝制铸件，所述小臂采用实心铝制铸件。进一步的，所述多关节机械臂PLC控制器内部存储有机械臂抓取危化溶液、存储危化溶液以及转运危化溶液的控制程序和信号处理程序。进一步的，所述基座底部设置有固定板，所述固定板与移动小车系统通过螺栓刚性连接。进一步的，所述移动小车系统包括移动小车PLC控制器，所述移动小车PLC控制器与多关节机械臂PLC控制器相连，并采用主从控制模式。进一步的，所述多关节机械臂系统进行了防辐射处理。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：本专利技术的机械臂结构简单、传动链少、定位精确、性能稳定，同时具有防辐射耐腐蚀能力，能适应多种特殊工作环境；能与移动平台很好的结合，形成移动机械臂，更加高效地完成移动和操作的工作任务；采用先进的自动化和信息化技术，提升机械臂的智能化水平，易于与其他系统实现集成，降低信息孤岛；采用远程控制的方式，使人与危险环境隔离，明显降低了人的劳动强度和安全风险，使人的工作环境得到较大改善。多关节机械臂采用三个旋转轴和一个移动轴的机械结构，继承了六关节机械臂工作范围大和定位精度高的优点，同时在机械臂末端设计一个移动轴，可使机械臂快速移动进行危化溶液提取和抓取等操作，从而在较大范围内准确快速地进行危化溶液提取与处理工作。多关节机械臂与移动小车系统采用高强度螺栓刚性连接，能够保证操作过程的平稳，使多功能机械臂与移动小车系统在结构上有效集成在一起；同时多功能机械臂采用工业级PLC作为核心控制器，与移动小车系统采用主从控制模式，从而使多功能机械臂与移动小车系统在控制上逻辑严谨、稳定可靠地工作。多关节机械臂机械各个轴及伺服电机表面经高密度铅板包裹进行全封闭防辐射耐腐蚀处理，控制部分和伺服驱动部分置于移动小车内部，防止关键电气部件被辐射产生故障，减轻辐射的影响，从而使机械臂能在高危环境下安全工作。附图说明图1为本专利技术的系统工作原理图。图2为本专利技术的系统组成框图。图3为本专利技术的移动机器人结构图。图4为本专利技术的移动机器人系统控制结构图。图5为本专利技术的控制指令及传递过程网状图。图6为本专利技术的无线通讯系统网络拓扑图。图7为本专利技术的总控制台系统软硬件框架图。图8为本专利技术的总控制台软硬件网络架构。图9为本专利技术的本专利技术的总控制台外形结构图。图10为本专利技术的移动小车系统模块框图。图11为本专利技术的移动小车本体内部结构图。图12为本专利技术的多关节机械臂系统模块框图。图13为本专利技术的多关节机械臂本体外形图。图14为本专利技术的多关节机械臂结构原理图。图15为本专利技术的机械臂各轴控制驱动原理图。图16为本专利技术的机械臂主从站控制模式。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式进一步说明本专利技术。根据危化溶液的特点和自动定量提取的流程，考虑操作安全性以及功能的可靠实现，设计一种基于移动机器人的危化溶液自动定量提取系统，工作原理如图1所示。整体采用控制机构和执行机构分离的思想，移动机器人系统作为执行机构放置在高危环境内部，总控制台作为控制机构放在高危环境外部，适用于放射性高、化学成分不确定、品种类型多、安全要求高的危化溶液随机定量提取要求的场景，具有良好的灵活性。如图2所示：该系统包括总控制台系统、无线通讯数据传输系统、移动小车系统、多关节机械臂系统、多功能夹具系统、视觉超声波检测系统、危化溶液存储系统及电源系统等。其中，移动小车系统、多关节机械臂系统、多功能夹具系统、危化溶液存储系统以及视觉超声波检测系统构成移动机器人系统。如图3所示：所述移动机器人包括移动小车系统、多关节机械臂系统、夹具系统、视觉超声波检测系统及危化溶液存储系统，且多关节机械臂系统、夹具系统、视觉超声波检测系统、危化溶液存储系统均布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，其特征在于：所述多关节机械臂系统位于移动小车系统上，所述多关节机械臂系统包括机械本体、伺服驱动模块及控制模块；所述机械本体包括执行单元、机械臂本体及传感部件；所述控制模块包括多关节机械臂PLC控制器和运动控制模块；所述多关节机械臂PLC控制器分别与移动小车系统、传感部件以及通过运动控制模块和伺服驱动模块相连；所述执行单元与伺服驱动模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，其特征在于：所述多关节机械臂系统位于移动小车系统上，所述多关节机械臂系统包括机械本体、伺服驱动模块及控制模块；所述机械本体包括执行单元、机械臂本体及传感部件；所述控制模块包括多关节机械臂PLC控制器和运动控制模块；所述多关节机械臂PLC控制器分别与移动小车系统、传感部件以及通过运动控制模块和伺服驱动模块相连；所述执行单元与伺服驱动模块相连。2.根据权利要求1所述的一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，其特征在于：所述机械臂本体依次由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸缩轴构成，其中基座与底座、底座与大臂、大臂与小臂之间为转动副，小臂与末端伸缩轴之间为移动副，且小臂与末端伸缩轴之间夹角保持为90°。3.根据权利要求1所述的一种基于移动机器人的多关节机械臂系统，其特征在于：所述执行单元包括直流伺服电机、减速器、轴承及轴承座。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵，吴文亮，陈远强，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51