一种多自由度排爆机械臂制造技术

一种多自由度排爆机械臂，它涉及一种排爆机械臂。它包含六自由度关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六个关节协同控制可使前端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的前端摄像头组成，主摄像头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完成各种动作，包括分布式控制模块和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能以适应不同需求，提高机械臂应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种排爆机械臂，具体是涉及一种多自由度排爆机械臂。
技术介绍
自美国“9/11”事件后，全球掀起了反恐高潮。随着全球化的发展和反恐工作的深 入，与恐怖分子的矛盾进一步激化，反恐形势也发生着巨大变化。通过放置炸弹来制造爆炸 恐怖活动，是恐怖主义组织进行恐怖主义活动的惯用手段，除此之外，世界上很多国家都散 布着许多未爆炸的弹药，例如，伊拉克战争结束后，伊拉克境内和边境仍有大量的地雷、炮 弹以及多国部队投下的布雷弹及子母弹，其中至少有20%没有爆炸。因此如何有效地排除 爆炸物已经成为一个世界性的问题。在此背景下，排爆机器人作为一种安全有效的排除爆炸物的工具日益受到各国的 重视，并有着越来越广阔的市场前景，世界上有许多国家例如美国、英国、以色列等发达国 家都在加紧研制先进高效的排爆机器人，如美国iRobot公司研制生产的Packbot小型排爆 机器人，英国皇家武器装备研究与发展院研制，科努尔发展有限公司AB电子产品分公司生 产的“手推车”(Wheelbarrow)排爆机器人，法国Cybernetix公司开发的TSR 200型排爆机 器人等。我国在反恐排爆领域也取得了一定成果，如中科院沈阳自动化研究所研制的“灵 蜥”系列反恐防暴机器人，北京瑞琦研发的Dragon III排爆机器人等。其中机械臂作为排 爆机器人的重要组成部分，它用于替代士兵完成哑弹的拆除销毁等任务。由于作业任务的 特殊性，对排爆机械臂有着十分高的要求，如可控自由度、可达工作空间、运动精度、有效负 载、运动特性和经济性指标等。现有排爆机械臂大多体积庞大，可达空间较小，运动相对不 灵活，对于拆除 弹等精微操作控制精度不够，而且造价昂贵十分不利于推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多自由度排爆机械臂，它具有六个可控自由度且可达空 间范围大，运动灵巧定位精度高，臂展相对较长并具有较大的有效载荷。将其搭载在通用履 带移动平台上可构成特种排爆机器人，扩展了移动性能的同时也使其可达空间变得更加灵 活，能够代替人类完成许多恶劣环境下的高风险作业任务，如战后战场 弹拆除、恐怖袭击 炸弹处理、危险化学物质搬运销毁等，紧凑型设计使其占用空间小方便移动和运输。为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术是采用以下技术方案它包含六自由度 关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六自由度关节组件是由底座旋转关 节、肩关节、肘关节、腕关节、手爪旋转关节和手爪张合关节组成，六个关节协同控制可使前 端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂 完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的前端摄像头组成，主摄像 头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完 成各种动作，包括分布式控制模块和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能 以适应不同需求，提高机械臂应用范围，使之能够完成更多更高要求的任务。本专利技术涉及的自保护的关节传动机构，可实现底座回转关节转动自由度，并能在 误操作或者遇到障碍时自我保护防止驱动电机损坏。蜗轮蜗杆固定箱体通过主轴轴承与旋 转关节主轴配合连接，旋转关节蜗轮安装在蜗轮蜗杆固定箱体中，并通过胀紧套周向轴向 固连在旋转关节主轴上，当整个机械臂误操作或者遇到障碍时会阻碍底座回转运动，如果 阻碍力矩大于胀紧套额定力矩时，则周向固定自动失效，可及时保护驱动电机不会因堵转 而损坏。本专利技术采用无外露走线设计的分布式控制系统，可实现六自由度关节的协同控制。将六个完全相同的分布式控制模块安装在每个关节组件内，用于控制该关节组件的驱 动电机以及速度、位置传感器，所有分布式控制模块由穿梭在管壁中轴内的总线与控制舱 连接，通过总线统一供电并可实现相互通讯，这种设计大大减少了手臂末端线路数量，完全 包含在管壁内的走线设计很好地保护了线路安全并使机械臂简洁美观。本专利技术采用紧凑型折叠设计，设计之初已考虑搭载通用履带移动平台后机械臂收 起的最小状态，采用空间紧凑设计使得机械臂收起时尽量占用通用履带移动平台内部空 间，使得整个排爆机器人具有最小的高度尺寸和长度尺寸，方便特种排爆机器人的移动和 运输。本专利技术采用一种双摄像头系统，由固定在前臂上的主摄像头和安装在手爪关节的 前端摄像头组成，通用履带移动平台搭载机械臂组成特种排爆机器人后，往往需要代替人 去完成各种危险任务，操作者通过有线/无线方式进行远程操控，机械臂上的摄像头系统 可将前方环境视野传递至控制箱供操作者观察判断进操作。固定在前臂上的主摄像头处于 制高点具有最广阔的前方视野，用于对排爆机器人所处环境进行整体观察，安装在手爪关 节的前端摄像头具有手爪前方近距离视野，为后方操作者精细处理危险物提供视野保证。本专利技术具有以下有益效果具有六个可控自由度且可达空间范围大，运动灵巧定 位精度高，臂展相对较长并具有较大的有效载荷。将其搭载在通用履带移动平台上可构成 特种排爆机器人，扩展了移动性能的同时也使其可达空间变得更加灵活，能够代替人类完 成许多恶劣环境下的高风险作业任务，如战后战场哑弹拆除、恐怖袭击炸弹处理、危险化学 物质搬运销毁等，紧凑型设计使其占用空间小方便移动和运输。附图说明图1为本专利技术多自由度排爆机械臂整体装配轴测图；图2为本专利技术多自由度排爆机械臂整体结构爆炸图；图3为本专利技术多自由度排爆机械臂控制舱100组件结构示意图；图4为本专利技术多自由度排爆机械臂底座旋转关节200组件结构示意图；图5为本专利技术多自由度排爆机械臂后臂300组件结构示意图；图6为本专利技术多自由度排爆机械臂肩肘关节600组件结构示意图；图7为本专利技术多自由度排爆机械臂前臂400组件结构示意图；图8为本专利技术多自由度排爆机械臂主摄像头700组件结构示意图；图9为本专利技术多自由度排爆机械臂腕关节800组件结构示意图；图10为本专利技术多自由度排爆机械臂手爪关节500组件结构示意图；图11为本专利技术多自由度排爆机械臂前部手爪900组件结构示意图12为本专利技术多自由度排爆机械臂单边手爪1000组件结构示意图；图13为本专利技术多自由度排爆机械臂六自由度示意图；图14为本专利技术多自由度排爆机械臂平台搭载整体示意图；图15为本专利技术多自由度排爆机械臂平台搭载收起示意图；图16为本专利技术多自由度排爆机械臂视野范围示意图；图17为本专利技术多自由度排爆机械臂有效负载示意图；图18为本专利技术多自由度排爆机械臂分布式控制系统示意图；图19为本专利技术多自由度排爆机械臂极限位置示意图；图20为本专利技术多自由度排爆机械臂扩展可达空间示意图；图21为本专利技术多自由度排爆机械臂关节控制模块硬件构成框图；图22为本专利技术多自由度排爆机械臂关节程序框图；图23为本专利技术多自由度排爆机械臂末端联动功能程序框图；图24为本专利技术多自由度排爆机械臂错误处理程序框图。具体实施例方式参看图1-2，本具体实施方式采用以下技术方案它由控制舱组件2-100、旋转关 节组件2-200、后臂组件2-300、前臂组件2-400和手爪关节2-500组成。手爪关节2-500与 前臂组件2-400前端固连，具有腕关节转动自由度；前臂组件2-400末与端后臂组件2-300 前端固连，具有肘关节转动自由度；后臂组件2-300末端与旋转关节组件2-200固连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多自由度排爆机械臂，其特征在于包含六自由度关节组件、双摄像头系统、分布式控制系统和扩展系统，六自由度关节组件是由底座旋转关节（１３－００１）、肩关节（１３－００２）、肘关节（１３－００３）、腕关节（１３－００４）、手爪旋转关节（１３－００５）和手爪张合关节（１３－００６）组成，六个关节协同控制可使前端手爪操作灵活多样；双摄像头系统，用于为后方操作人员提供前方视野，方便控制机械臂完成特定任务，由固定在前臂上的主摄像头（１６－００７）和安装在手爪关节的前端摄像头（１６－００８）组成，主摄像头视野开阔，前端摄像头聚焦精细；分布式控制系统，用于控制六自由度组件协同运动并完成各种动作，包括分布式控制模块（１８－００９～１８－０１４）和磁性绝对位置传感统等；扩展系统，用于增加不同功能以适应不同需求，提高机械臂应用范围，使之能够完成更多更高要求的任务。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫学凯，李一鹏，周伟，郭盖华，陈志发，林敬桥，
申请(专利权)人：武汉若比特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]