一种高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组制造技术

本发明专利技术属于特种机器人技术领域，具体涉及一种高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组，解决核辐射环境下协作机器人关节模组因射线电离产生各种辐射效应无法正常服役问题；该关节模组由机械结构和冗余型综合电子电路系统集成的模块组成；冗余型综合电子电路系统含低压电源系统、伺服驱动系统、通讯系统、传感感知系统、MCU控制系统和恒温系统、且均集成主冗功能模块，主冗功能模块独立工作，MCU控制系统检测各系统主冗模块的故障信号，并控制各系统中主冗功能模块自动切换；本发明专利技术的冗余型综合电子电路系统高度集成并与机械结构在关节模组壳体内部机电装配，壳体采用耐辐射轻量化材料，关节内部各系统具备高集成冗余性、耐辐射和独立性。辐射和独立性。辐射和独立性。

【技术实现步骤摘要】
一种高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组


[0001]本专利技术属于特种机器人
，具体而言，涉及一种高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组。

技术介绍

[0002]核电检修环境，管道空间布局复杂，同时，作业空间狭小，传统工业机械人难以直接使用，原因如下：(1)工业机器臂负载与本体的重力比不高，造成工业机械臂笨重，安装不灵活，工作环境结构化严重。(2)常规工业机器人的位置/速度控制模式运行所依赖的硬件电路并没有冗余设计，单模块很容易发生故障或者人为误操作造成机械臂卡死，从而引发各种安全问题。(3)常规工业机械臂末端执行器控制的重复定位精度很难胜任在核辐射管道进行裂缝焊接及焊缝质量检测等非常规精细化操作。协作机器人具有工作环境非结构化程度高、小型化、重复定位精度高达0.01mm，且负载与本体重力比高达30％的特性。通常商用协作机器人具有人机交互和虚拟墙功能，且带有力矩反馈模块，具有很高的力控和柔顺性，可以实时检测碰撞事故的优点。当协作机器人的关节臂与障碍物(细小管道)发生碰撞时，协作机器人可以及时快速减速，基于协作机器人的柔顺性使得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组，其特征在于，所述协作机器人由多种规格的关节链之间采用串联或并联的方式组成，所述关节链之间通过多种规格的过渡弯头连接，所述关节链由所述协作机器人关节模组和连杆组成；所述协作机器人关节模组包括机械结构(1)、冗余型综合电子电路模块(2)和关节模组壳体(3)；所述机械结构(1)和所述冗余型综合电子电路模块(2)集成安装在所述关节模组壳体(3)内部；所述冗余型综合电子电路系统集成模块(2)由关节模组冗余型综合电子电路系统高度集成在多个电路板中，多个所述电路板具备主功能主模块和冗余功能备模块，所述主功能模块和所述冗余模块独立工作；所述关节模组冗余型综合电子电路系统包括低压电源系统、伺服驱动系统、通讯系统、传感感知系统和MCU控制系统和恒温系统；所述低压电源系统由主电源电路和冗余备用电源电路组成；所述伺服驱动系统由主伺服驱动电路和冗余备用栅极驱动电路组成；所述通讯系统由主通讯电路和冗余备用通讯电路组成；所述传感感知系统由主传感感知电路和冗余备用传感感知电路组成；所述MCU控制系统为分布式集散双控制器，所述MCU控制系统为分布式集散双控制器是由MCU1上层控制器和MCU2上层控制器组成；所述恒温系统由开环式冷板相变热管和闭环式风冷散热电路组成；所述MCU控制系统检测所述低压电源系统、所述伺服驱动系统、所述通讯系统、所述传感感知系统和所述恒温系统的故障信号，并控制所述低压电源系统、所述伺服驱动系统、所述通讯系统、所述传感感知系统和所述恒温系统中的所述主功能模块和所述冗余模块自动切换；所述机械结构(1)和所述冗余型综合电子电路系统集成模块(2)和所述关节模组壳体(3)采用耐辐射轻量化结构和材料。2.根据权利要求1所述的高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组，其特征在于，所述冗余型综合电子电路模块(2)包括低压电源板(200)、伺服驱动板(201)、MCU控制通讯板(202)、传感感知板(203)、铜柱(204)和连接器；所述传感感知板(203)、MCU控制通讯板(202)、伺服驱动板(201)和低压电源板(200)为所述关节模组冗余型综合电子电路系统高度集成的多个电路板；所述铜柱(204)和所述连接器具有多个，所述传感感知板(203)、所述MCU控制通讯板(202)、所述伺服驱动板(201)和所述低压电源板(200)之间信息交互、且分别通过多个所述铜柱(204)和多个所述连接器连接；所述伺服驱动板(201)、所述MCU控制通讯板(202)和所述传感感知板(203)采用逐级取电，所述伺服驱动板(201)从所述传感感知板(203)上取电，所述MCU控制通讯板(202)从所述伺服驱动板(201)上取电，所述传感感知板(203)从所述MCU控制通讯板(202)上取电。3.根据权利要求2所述的高集成化抗辐射主备冗余型协作机器人关节模组，其特征在于，所述MCU控制通讯板(202)上集成有主通讯电路、冗余备用通讯电路、MCU1上层控制器和MCU2下层控制器；所述主通讯电路和所述冗余备用通讯电路组成通讯系统，所述MCU1上层控制器和所述MCU2下层控制器组成MCU控制系统；所述MCU1上层控制器接收协作机器人的主控制器输入的位置命令以及对关节模组高精度位置闭环运动算法的计算；MCU2下层控制
器计算和分析冗余型综合电子电路系统集成模块(2)中传感感知板(203)的信号，并故障模式判断和控制传感器的读写和采集，向MCU控制通讯板(202)上的MCU1上层控制器发送执行容错切换命令；所述MCU控制通讯板(202)上的MCU2下层控制器检测所述通讯系统和所述MCU控制系统的故障信号，并控制所述主通讯电路和所述冗余备用通讯电路，并控制所述MCU1上层控制器和所述MCU2下层控制器自动切换；所述传感感知板(203)上集成有主传感感知电路和冗余备用传感感知电路，所述主传感感知电路和所述冗余备用传感感知电路组成传感感知系统；所述MCU2下层控制器检测所述传感感知系统的故障信号，并控制所述主传感感知电路和所述冗余备用传感感知电路自动切换；所述伺服驱动板(201)上集成有主伺服驱动电路和冗余备用栅极驱动电路，所述主伺服驱动电路和所述冗余备用栅极驱动电路组成伺服驱动系统；所述MCU2下层控制器检测所述伺服驱动系统的故障信号，并控制所述主伺服驱动电路和所述冗余备用栅极驱动电路自动切换；所述低压电源板(200)上集成有主电源电路和冗余备用电路，所述主电源电路和所述冗余备用电路组成低压电源系统；所述MCU2下层控制器检测所述低压电源系统的故障信号，并控制所述主电源电路和所述冗余备用电...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜潮，丁凯，王中华，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
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