带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统及方法，它处理速度快、成本低、性能稳定可靠。手持终端包括微处理器I，与人机接口单元和嵌入式主手控制器相连；嵌入式主手控制器包括微处理器II，通过串口与微处理器I连接，微处理器II与A/D转换器I、无线模块I连接，A/D转换器I与电位器连接；微处理器II通过马达驱动器驱动力矩马达；无线模块II与无线模块I通信；微处理器III与A/D转换器II、电位器连接；同时微处理器III还与D/A转换器连接，D/A转换器与液压放大器连接，液压放大器与若干伺服阀连接，每个伺服阀的进回油口安装有压力传感器，压力传感器与微处理器III连接；各伺服阀与相应液压缸连接，液压缸输出轴与机械臂连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机器人控制技术，尤其是一种。
技术介绍
我国社会经济不断发展、人民生活质量不断提高，配电网络要实现不间断输电，就必须开展带电作业。人工带电作业有其困难与局限性，因此研制具有更强的安全性和适应性的高压带电作业机器人，克服人工带电作业的困难和局限性，代替人工进行带电作业非常必要，而且符合时代的要求。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。国内山东电力研究院进行了三代高压带电作业机器人的研究:①第一代高压带电作业机器人，采用两台Μ0Τ0ΜΑΝ机械臂，操作人员进行作业时通过键盘控制机械臂运动，由于控制系统不开放，不能实现主从控制。操作不方便。②第二代高压带电作业机器人，采用两台自主研发的电机机械臂，控制系统采用主从控制方式。操作人员进行作业时通过主手和键盘控制机械臂运动，实现了机器人系统的主从/自主控制。但由于自身重量大，不能适合绝缘斗臂车作业要求。③第三代高压带电作业机器人，山西长治高压带电作业机器人项目，采用两个液压不带力反馈型机械臂，自重轻，持重大。可以完成带电断线、带电接线、带电更换绝缘子等作业内容，实现带电作业机器人现场应用。但由于没有感知能力，不能完成精细复杂的工作。高压带电作业机器人经过前三代样机的研究，已形成常规带电作业的能力，并投入现场应用。但是机械臂无力反馈功能，操作者无法感知作业环境，机器人的作业内容与作业效率受到很大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种，此带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统采用位置、力伺服双闭环控制方式，并通过无线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，本专利技术采用如下技术方案:一种带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统，包括手持终端、嵌入式主手控制器和机械臂控制器，所述手持终端包括微处理器I，它分别与人机接口单元和嵌入式主手控制器相连；所述嵌入式主手控制器包括微处理器II，它通过串口与微处理器I连接，微处理器II通过数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器I通信，A/D转换器I与机器人主手各关节处的电位器连接；微处理器II还通过马达驱动器与主手各关节处的力矩马达连接；微处理器II与无线模块I连接；所述机械臂控制器包括微处理器III，微处理器III通过无线模块II与无线模块I通信；同时微处理器III还通过地址总线、数据总线和控制总线与A/D转换器II连接，A/D转换器II则与机械臂各关节处的电位器连接；同时微处理器III还通过数据总线、时钟总线与D/A转换器连接，D/A转换器与液压放大器连接，液压放大器与若干伺服阀连接，每个伺服阀的进回油口安装有压力传感器，压力传感器与A/D转换器II连接；各伺服阀与相应液压缸连接，液压缸输出轴与机械臂连接。所述的机械臂采用的是美国kraft Telerobotics公司生产的液压机械臂,且在市面上已有销售，在此就不详细说明了。所述的机械臂是7自由度机械臂，压力传感器测量进油口和回油口的差压，反应出机械臂对环境压力的大小和方向；液压源设有电磁阀用来开关液压源。所述机械臂的主手为6自由度主手，其上的每个关节转轴处均带有电位器，带5个力矩电机，包括腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部俯仰、腕部摇摆力矩电机。所述手持终端的微处理器I通过串口接收发送器MAX3232芯片与串口连接，同时微处理器I还与稳压芯片1、稳压芯片II连接；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，键盘管理模块与键盘连接。所述嵌入式主手控制器的微处理器II通过MAX3232I与串口连接，通过MAX3232II与无线模块I连接，通过运动控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与连接端子I连接，连接端子I经过I模块与光耦隔离模块I连接，光耦隔离模块I与微处理器II连接；微处理器II与光耦隔离模块II连接，光耦隔离模块II与O模块连接，O模块与连接端子II连接，连接端子II与A/D转换模块连接，A/D转换模块与多路转换器连接，多路转换器与微处理器II连接。所述机械臂控制器的微处理器III通过MAX3232III与无线模块II连接；微处理器III通过D/A转换模块与伺服阀放大器连接，伺服阀放大器与机械臂的伺服阀连接；微处理器III通过光耦隔离模块与O模块连接，O模块与电磁阀连接；机械臂的各压力传感器通过A/D转换模块II与微处理器III连接；机械臂的各电位器通过A/D转换模块II与微处理器III连接。主手与机械臂的对应方法，包括如下步骤:(I)主手的电位器采集主手的位置信号；(2)机械臂的电位器采集机械臂夹持器的位置信号，且将该位置信号通过无线发送模块发送给主手控制器；( 3 )主手控制器判断是否接收到机械臂的位置信号，若接收到，转到步骤(4)，若没接收到，继续等待；(4)主手控制器比较主手的位置信号和机械臂的位置信号，若误差不为零，则驱动主手的力矩马达；若误差为零，则转到步骤(5)；(5)手持设备接收主手控制器发送的信息，手持设备端显示。主手与机械臂的相对应的主从控制方法，包括如下步骤:(I)主端的主手控制器发送开始指令，同时从端的机械臂控制器初始化机械臂的压力传感器和电位器；(2)所述的主手控制器创建主手位置检测线程且所述的机械臂控制器创建夹持器位置控制线程，转到步骤(3);所述的主手控制器创建力设置线程且所述的机械臂控制器创建压力和加持力检测线程，转到步骤(5)；(3)所述的主手位置检测线程对主手位置检测并向从端的机械臂控制器发送位置指令，且位置检测不断循环；(4)从端的机械臂控制器接收到主端的位置信号指令，控制夹持器的位置；(5)机械臂的压力传感器采集力信号，并发送给机械臂控制器，所述机械臂主控制器通过无线通讯模块发送给主手控制器；所述的主手控制器将力信号传递给力矩马达，所述的力矩马达输出力信号给操作者，并且主手控制器将力信号发送给手持终端。采用上述方案，本专利技术具有以下优点:一是采用力反馈技术，具有对环境的感知能力，能极大提高操作的灵活性、准确性，大幅度提高作业效率，完成修补导线、更换横担、跌落保险等复杂作业项目；二是采用主从式控制方式机械臂系统操作灵活方便，不需要复杂的直线插补、圆弧插补等复杂运动学算法；三是系统采用模块化设计，具有开放性、可读性、可扩展性、可维护性，以便持续开发；四是主从控制系统通讯方式采用无线通信，便于带电抢修机器人布线，可实现高电压绝缘；五是控制系统带有各种标准接口、机械限位、软件限位，功能齐全，位置精度高。附图说明图1是本专利技术总框图；图2是本专利技术主手控制器的电路图；图3是本专利技术手持终端电路图；图4是本专利技术机械臂控制器电路图；图5是本专利技术机械臂电路图；图6是本专利技术总体流程图； 图7是本专利技术主从手自动对应流程图；图8是本专利技术主从控制流程图。具体实施例方式下面结合附图与实施例对专利技术做进一步说明。图1中，一种带电抢修机器人主从式力反馈液压机械臂控制器，包括手持终端、嵌入式主手控制器和机械臂控制器，其特征是，所述手持终端包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统，包括手持终端、嵌入式主手控制器和机械臂控制器，其特征是，所述手持终端包括微处理器I，它分别与人机接口单元和嵌入式主手控制器相连；所述嵌入式主手控制器包括微处理器II，它通过串口与微处理器I连接，微处理器II通过数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器I通信，A/D转换器I与机器人主手各关节处的电位器连接；微处理器II还通过马达驱动器与主手各关节处的力矩马达连接；微处理器II与无线模块I连接；所述机械臂控制器包括微处理器III，微处理器III通过无线模块II与无线模块I通信；同时微处理器III还通过地址总线、数据总线和控制总线与A/D转换器II连接，A/D转换器II则与机械臂各关节处的电位器连接；同时微处理器III还通过数据总线、时钟总线与D/A转换器连接，D/A转换器与液压放大器连接，液压放大器与若干伺服阀连接，每个伺服阀的进回油口安装有压力传感器，压力传感器与微处理器III连接；各伺服阀与相应液压缸连接，液压缸输出轴与机械臂连接。

【技术特征摘要】
1.一种带电抢修机器人主从式液压力反馈机械臂控制系统，包括手持终端、嵌入式主手控制器和机械臂控制器，其特征是，所述手持终端包括微处理器I，它分别与人机接口单元和嵌入式主手控制器相连；所述嵌入式主手控制器包括微处理器II，它通过串口与微处理器I连接，微处理器II通过数据总线、地址总线、控制总线与A/D转换器I通信，A/D转换器I与机器人主手各关节处的电位器连接；微处理器II还通过马达驱动器与主手各关节处的力矩马达连接；微处理器II与无线模块I连接；所述机械臂控制器包括微处理器III，微处理器III通过无线模块II与无线模块I通信；同时微处理器III还通过地址总线、数据总线和控制总线与A/D转换器II连接，A/D转换器II则与机械臂各关节处的电位器连接；同时微处理器III还通过数据总线、时钟总线与D/A转换器连接，D/A转换器与液压放大器连接，液压放大器与若干伺服阀连接，每个伺服阀的进回油口安装有压力传感器，压力传感器与微处理器III连接；各伺服阀与相应液压缸连接，液压缸输出轴与机械臂连接。2.按权利要求1所述的带电抢修机器人主从式力反馈液压机械臂控制系统，其特征是，所述机械臂是7自由度机械臂，压力传感器测量进油口和回油口的差压，反应出机械臂对环境压力的大小和方向；液压源设有电磁阀用来开关液压源。3.按权利要求2所述的带电抢修机器人主从式力反馈液压机械臂控制系统，其特征是，所述主手为6自由度主手，其上的每个关节转轴处均带有电位器，带5个力矩电机，包括腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、腕部俯仰、腕部摇摆力矩电机。4.按权利要求1所述的带电抢修机器人主从式力反馈液压机械臂控制系统，其特征是，所述手持终端的微处理器I通过串口接收发送器MAX3232芯片与串口连接，同时微处理器I还与稳压芯片1、稳压芯片II连接；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，键盘管理模块与键盘连接。5.按权利要求1所述的带电抢修机器人主从式力反馈液压机械臂控制系统，其特征是，所述嵌入式主手控制器的微处理器II通过MAX3232I与串口连接，通过MAX3232II与无线模块I连接，通过运动控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与连接端子I连接，连接端子I经过I模块与 光耦隔离模块I连接，光耦隔离模块I与微处...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉良，鲁守银，吕曦晨，李健，王振利，
申请(专利权)人：山东电力集团公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：