空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合制造技术

本发明专利技术提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，包括如下任一个或任多个构型：由三个旋转关节轴线交于一点构成的起手腕作用的腕关节部分；由一个周转关节和两个俯仰旋转关节串联构成的起手臂作用的手臂关节部分；所述手臂关节部分和腕关节部分均具有三个自由度；所述腕关节部分和／或手臂部分通过EtherCAT总线进行控制。本发明专利技术适用于MCF装备小入口、长距离、大回转复杂形状内腔空间环境维护作业，具备应对操作精度高、作业空间约束复杂、作业任务多样、作业环境复杂恶劣的能力，具有重量轻、结构高度紧凑、灵活度高、精度高、能进行实时力反馈和力控制、实时通讯性能佳等优势。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，包括如下任一个或任多个构型：由三个旋转关节轴线交于一点构成的起手腕作用的腕关节部分；由一个周转关节和两个俯仰旋转关节串联构成的起手臂作用的手臂关节部分；所述手臂关节部分和腕关节部分均具有三个自由度；所述腕关节部分和／或手臂部分通过EtherCAT总线进行控制。本专利技术适用于MCF装备小入口、长距离、大回转复杂形状内腔空间环境维护作业，具备应对操作精度高、作业空间约束复杂、作业任务多样、作业环境复杂恶劣的能力，具有重量轻、结构高度紧凑、灵活度高、精度高、能进行实时力反馈和力控制、实时通讯性能佳等优势。【专利说明】空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合
本专利技术涉及核电站核反应堆内部的建设、检修、救援和维护
，具体是一种基于EtherCAT总线进行遥操作控制的空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合。
技术介绍
应用于核反应堆内部面向托卡马克腔维护遥操作机械臂是ITER(国际热核聚变实验堆)工程中MCF(磁约束核聚变)装备建设、运营及维护所需要的一种维护设备。ITER工程中MCF装备在运营、维护及救援时，因为装置辐射强度大、温度高、入口及内部空间截面相对狭小、回转半径大等因素的影响，操作人员不可直接触及该装备，故长距离远程操纵机械臂成为MCF装备代替人无法直接完成的救援维护等紧急重大任务的必备设施之一。据相关调查发现，这样核环境下作业的遥操作机械臂，因刚刚起步技术不成熟等原因，国内外还没有形成较为统一的或为大多数学者认可的机械臂结构形式和设计思想。故而为实现安全、稳定、便利的核工程关键设备核反应堆内部建设、运营及维护作业，研制出一套只能维护及远程操控装备具有重大意义。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂及其组合，该空间串联旋转关节型遥操作机械臂能够适应特殊复杂的环境，并且能够根据要求结合空间组件化关节式承载型机械臂，在区域狭小、视角局限、跟踪表面复杂等环境前提下满足遥操作精度要求高、作业空间约束复杂、作业任务多样等作业需求，具有重量轻、结构高度紧凑、灵活度高、精度高、能进行实时力反馈和力控制、实时通讯性能佳等特点，能够满足热核聚变反应堆内部托克马克腔等比缩小模型内部的一系列巡检、检修、拆装等维护作业任务。本专利技术是通过以下技术方案实现的。根据本专利技术的一个方面，提供了一种空间串联旋转关节型遥操作机械臂，包括包括如下任一个或任多个关节:-周转关节I;-俯仰关节II;-俯仰关节III;-前端周转关节IV；-中间俯仰旋转关节V；-末端周转关节VI。优选地，包括腕关节部分，所述腕关节部分主要由周转关节1、俯仰关节II和俯仰关节III轴线交于一点构成。优选地，包括手臂关节部分，所述手臂关节部分主要由前端周转关节IV、中间俯仰旋转关节V和末端周转关节VI串联构成。优选地，所述腕关节部分和/或手臂部分均通过EtherCAT总线进行控制。优选地，所述周转关节I包括伺服电机1、伺服驱动器1、减速机构1、增量式编码器1、十字交叉滚子轴承1、旋转承载机构I以及固定承载机构I，其中，所述伺服电机I固定在固定承载机构I上，伺服电机I的一端与增量式编码器I相连接，伺服电机I的另一端与减速机构I相连接，所述减速机构I由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承I通过减速机构I中的谐波输出端与旋转承载机构I相连接；EtherCAT总线连接伺服驱动器I和伺服电机I，并对伺服电机I进行伺服控制，所述伺服电机I及伺服驱动器I与增量式编码器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器I信号、伺服电机I信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机I到伺服电机I输出轴之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差会经过减速机构I中的锥齿轮对和谐波减速器缩小并通过增量式编码器I的检测转数值与伺服驱动器I发出的转数值进行对比反馈控制补偿实现末端高精度定位。优选地，所述俯仰关节II包括:伺服驱动器I1、伺服电机I1、减速机构I1、十字交叉滚子轴承I1、绝对式编码器1、霍尔传感器1、旋转承载机构II以及固定承载机构II，所述伺服电机II的一端与霍尔传感器I相连接，所述伺服电机II的另一端与减速机构II相连接；减速机构II由行星减速箱连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承II连接旋转承载机构II和用于固定伺服电机II的固定承载机构II;所述绝对式编码器I的旋转轴连接在旋转承载机构II上，绝对式编码器I固连在固定承载机构II上；EtherCAT总线连接伺服驱动器II和伺服电机II，并对伺服电机II进行伺服控制，所述伺服电机II与霍尔传感器I通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将霍尔传感器I信号、绝对式编码器I信号、伺服电机II信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机II到伺服电机II输出的旋转承载机构II之间的传递间隙误差通过减速机构II中的谐波减小，间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构II进行缩小并进一步通过霍尔传感器I将伺服驱动器II发送给伺服电机II理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。优选地，所述俯仰关节III包括:伺服驱动器II1、伺服电机II1、减速机构II1、十字交叉滚子轴承II1、绝对式编码器I1、增量式编码器I1、旋转承载机构III以及固定承载机构III，所述伺服电机III的一端与增量式编码器II相连接，所述伺服电机III的另一端与减速机构III相连接；所述减速机构III由行星减速箱连接一对锥齿轮再连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承III连接旋转承载机构III和固定伺服电机III的固定承载机构III即外壳固定支架；所述绝对式编码器II的旋转轴连接在旋转承载机构III上，绝对式编码器II固连在固定承载机构III上；EtherCAT总线连接伺服驱动器III和伺服电机III，并对伺服电机III进行伺服控制，所述伺服电机III与增量式编码器II通过EtherCAT总线形成闭环反馈，所述EtherCAT总线将增量式编码器II信号、绝对式编码器II信号、伺服电机III信号均汇总到该EtherCAT总线上；伺服电机III到伺服电机III输出的旋转承载机构III之间的传递间隙误差以及其他控制和传递误差通过减速机构III缩小并进一步通过增量式编码器II将伺服驱动器III发送给伺服电机III理想输出转数值和实际输出转数值进行对比反馈和实时补偿，实现末端高精度定位。优选地，所述前端周转关节IV包括:伺服驱动器IV、伺服电机IV、减速机构IV、十字交叉滚子轴承IV、霍尔传感器I1、旋转承载机构IV以及固定承载机构IV，所述伺服电机IV固定在固定承载机构IV上，伺服电机IV的一端与霍尔传感器II相连接，伺服电机IV的另一端与减速机构IV相连接；所述减速机构IV由一对直齿轮连接谐波减速器构成；所述十字交叉滚子轴承IV连接旋转承载机构IV和固定承载机构IV ；EtherCAT总线连接伺服驱动器IV和伺服电机IV，并对伺服电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹其新，白卫邦，顾凯，王鹏飞，何明超，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：