專利名稱：主從式液壓機(jī)械臂控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人控制技術(shù)，尤其是一種主從式液壓機(jī)械臂控制器。
技術(shù)背景為了提高帶電作業(yè)的自動(dòng)化水平和安全性，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和強(qiáng)電磁場(chǎng)對(duì)操作人員的人身威脅，從80年代起許多國(guó)家都先后開展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，如日本、西班牙、美國(guó)、加拿大、法國(guó)等國(guó)家先后開展了對(duì)帶電作業(yè)機(jī)器人的研究。2002年我國(guó)也進(jìn)行了高壓帶電作業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品化樣機(jī)的研制。目前機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)方式主要有三種氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī) 械臂的缺點(diǎn)氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)伺服控制，并且排氣時(shí)有噪聲，效率低，適用于中小負(fù)載，精度要求較低有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械臂。電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的缺點(diǎn)直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差，成本高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，適用于中小負(fù)載，要求具有較高的位置控制精度，速度較高的機(jī)械臂。液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂的缺點(diǎn)存在漏油、液壓傳動(dòng)對(duì)油溫的變化比較敏感、發(fā)生故障不易檢查和排除，適用于大負(fù)載，要求控制精度不太高的機(jī)械臂。目前機(jī)械臂的控制方式主要有兩種示教再現(xiàn)方式和主從式方式。其中示教再現(xiàn)方式操作靈活性較差、運(yùn)動(dòng)速度較低，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡算法編程復(fù)雜，開發(fā)難度。主從控制方式應(yīng)用在控制靈活，但是控制精度低的場(chǎng)合。目前機(jī)械臂主從控制系統(tǒng)一般分為兩類一類采用工控機(jī)和控制卡，從設(shè)備及控制技術(shù)來講，專用性很強(qiáng)且價(jià)格較為昂貴，限制了主從技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展；另一類采用PLC，體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難、控制復(fù)雜時(shí)可靠性差。如何更方便、快捷、廉價(jià)地控制主從機(jī)械臂，已經(jīng)成為主從機(jī)械臂技術(shù)的一個(gè)突出問題
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于解決下述問題，提供一種主從式液壓機(jī)械臂控制器，此主從式液壓機(jī)械臂控制器采用位置伺服閉環(huán)控制方式，并通過光纖將高壓電場(chǎng)與人隔離，控制精度高、實(shí)時(shí)性好、性能穩(wěn)定可靠、操作更加方便，滿足高壓帶電機(jī)器人作業(yè)任務(wù)的要求。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種主從式液壓機(jī)械臂控制器，包括手持終端、嵌入式主手控制器和機(jī)械臂控制器，所述手持終端包括微處理器I，它分別與人機(jī)接口單元和嵌入式主手控制器相連；所述嵌入式主手控制器包括微處理器II，它分別與微處理器I、串口轉(zhuǎn)光纖模塊連接；同時(shí)，微處理器II通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器I的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線通信，A/D轉(zhuǎn)換器I與主手的若干電位器之間通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線通信；所述機(jī)械臂控制器包括微處理器III，它通過數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘總線與D/A轉(zhuǎn)換器連接，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器II連接，微處理器III還與電磁閥、光纖轉(zhuǎn)串口模塊連接；同時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器II與機(jī)械臂上每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸處的若干電位器連接；D/A轉(zhuǎn)換器與液壓放大器連接；液壓放大器與若干伺服閥連接，各伺服閥與相應(yīng)液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機(jī)械臂連接。所述伺服閥為射流管式電液流量伺服閥；電磁閥的控制電壓是直流24V，并抑制泵升電壓；所述主手上的 以及機(jī)械臂上的各電位器均采用5KQ的360度旋轉(zhuǎn)電位器，傳感器精度1%。。 所述人機(jī)接口單元包括液晶模塊和鍵盤。所述微處理器I與微處理器II之間通過串口通信連接。所述微處理器I、微處理器II和微處理器III均采用TMS320F2812芯片；A/D轉(zhuǎn)換器I、A/D轉(zhuǎn)換器II均采用MAX1312芯片；D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC7678芯片。本實(shí)用新型的工作原理機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用主從式微處理器進(jìn)行控制，微處理器II作為主機(jī)，它擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)械臂語(yǔ)言編譯和人機(jī)接口功能，并定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的增量送到公共內(nèi)存，供微處理器III讀取它。微處理器III完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。它從公共內(nèi)存讀給定值，也把各關(guān)節(jié)實(shí)際位置送回公共內(nèi)存中，微處理器II使用。本實(shí)用新型的工作過程主從式液壓機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件分為主端和從端兩部分。操作者操作主手運(yùn)動(dòng)，主手控制器采集主手電位器的位置信息并實(shí)時(shí)地將位置信息發(fā)送給機(jī)械臂控制器，機(jī)械臂控制器通過對(duì)主手的位置跟蹤來完成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)；另一方面機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中由電位器檢測(cè)到的位置信息也通過光纖通信反饋給主手控制器，主手控制器再將該位置信息發(fā)送給手持終端，供顯示。采用上述方案，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)一是主從式液壓機(jī)械臂系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以滿足高壓帶電作業(yè)機(jī)器人要求，控制精度高、實(shí)時(shí)性好、持重大、自重小、性能穩(wěn)定可靠操作更加方便運(yùn)行可靠；二是該系統(tǒng)控制部分采用嵌入式控制方式，自重輕、尺寸小、控制系統(tǒng)功耗低，適合高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需要。三是采用主從式控制方式機(jī)械臂系統(tǒng)操作靈活方便，不需要復(fù)雜的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)算法；四是系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有開放性、可讀性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性，以便持續(xù)開發(fā)。五是主從控制系統(tǒng)通訊方式采用光纖通信，通訊速率快，可實(shí)現(xiàn)高電壓絕緣。六是控制系統(tǒng)帶有各種標(biāo)準(zhǔn)接口、機(jī)械限位、軟件限位，功能齊全，位置精度高。

圖I是本實(shí)用新型總框圖；圖2是本實(shí)用新型主手控制器電氣連接圖；圖3是本實(shí)用新型機(jī)械臂從控制器電氣連接圖；圖4是本實(shí)用新型手持終端電路連接圖；圖5是本實(shí)用新型手持終端示意圖；[0030]圖6是本實(shí)用新型工作流程圖。其中，I.手持終端，2.主控制器，3.機(jī)械臂控制器，11.微處理器I，12.液晶模塊，13.鍵盤，14.邏輯電平轉(zhuǎn)換器，15.鍵盤管理模塊，16.穩(wěn)壓芯片I，17.穩(wěn)壓芯片II，18.串口接收發(fā)送器I，19.串口，21.微處理器II，22.串口轉(zhuǎn)光纖模塊，23. A/D轉(zhuǎn)換器I，24.主手的電位器，25.串口接收發(fā)送器II，301.微處理器III，302.光纖轉(zhuǎn)串口模塊，303.電磁閥，304. A/D轉(zhuǎn)換器II，305. D/A轉(zhuǎn)換器，306.機(jī)械臂的電位器，307.機(jī)械臂，308.液壓缸，309.伺服閥，310.液壓放大器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。參見圖1，一種主從式液壓機(jī)械臂控制器，包括相連接的手持終端I和嵌入式主手控制器2以及機(jī)械臂控制器3，所述手持終端I包括微處理器111，微處理器111分別與人機(jī)·接口單元和主控制器2的微處理器1121相連；所述主控制器2包括微處理器1121，微處理器1121分別與A/D轉(zhuǎn)換器123、串口轉(zhuǎn)光纖模塊22連接；A/D轉(zhuǎn)換器121與主手的電位器24相連；機(jī)械臂控制器3的微處理器III301分別與A/D轉(zhuǎn)換器11304、D/A轉(zhuǎn)換器305、電磁閥303連接；A/D轉(zhuǎn)換器II304與機(jī)械臂的電位器306連接；D/A轉(zhuǎn)換器305與液壓放大器310連接；液壓放大器310與若干伺服閥309連接，若干伺服閥309與相應(yīng)的液壓缸308連接，各液壓缸308輸出軸與機(jī)械臂307連接。伺服閥309為射流管式電液流量伺服閥。電磁閥303的控制電壓是直流24V，并帶有抑制泵升電壓功能。人機(jī)接口單元包括液晶模塊12和鍵盤13。微處理器Ill與微處理器1121通過串口通信連接。微處理器111、微處理器1121和微處理器II1301均采用TMS320F2812芯片。A/D轉(zhuǎn)換器123、A/D轉(zhuǎn)換器II304均采用MAX1312芯片。D/A轉(zhuǎn)換器305采用DAC7678芯片。各電位器采用5KQ的360度旋轉(zhuǎn)電位器，傳感器精度1%0。微處理器1121的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器123的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線相連，微處理器III301的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器II304的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線相連，微處理器III301的數(shù)據(jù)總線、時(shí)鐘總線與D/A轉(zhuǎn)換器305的數(shù)據(jù)總線、時(shí)鐘總線相連。參見圖2，嵌入式主手控制器2包括A/D轉(zhuǎn)換器123、微處理器1121、串口接收發(fā)送器1125、串口轉(zhuǎn)光纖模塊22、主手的電位器24。A/D 轉(zhuǎn)換器 123 MAX1312 的 DO-IU /OEL, /WR、/RD、/CS 接微處理器 1121 的 /XD0-1U XINT2、/XWE, /XRD, /XZCS2 腳。主手的電位器 24 接 A/D 轉(zhuǎn)換器 123 MAX1312 的CH0-7腳；微處理器1121的SCITXDA接串口接收發(fā)送器1125 MAX3232的11腳，SCIRXDA接12腳；串口接收發(fā)送器1125 MAX3232的13、14腳接到串口轉(zhuǎn)光纖模塊22。所述主手的電位器24的輸出口與A/D轉(zhuǎn)換器123的輸入口相連，機(jī)械臂的電位器306的輸出口與A/D轉(zhuǎn)換器II304的輸入口相連，D/A轉(zhuǎn)換器305的輸出口與液壓放大器310的輸入口相連，液壓放大器310的輸出口與伺服閥309的輸入口相連，伺服閥309的輸出口與液壓缸308的輸入口相連。[0044]所述串口轉(zhuǎn)光纖模塊22與光纖轉(zhuǎn)串口模塊302通過發(fā)送光纖和接收光纖連接。所述微處理器1121、微處理器II1301分別與串口轉(zhuǎn)光纖模塊22、光纖轉(zhuǎn)串口模塊302通過串口通信連接。機(jī)械臂控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用主從式微處理器進(jìn)行控制，微處理器1121作為主機(jī)，它擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)械臂語(yǔ)言編譯和人機(jī)接口功能，并定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的增量送到公共內(nèi)存，供微處理器II1301讀取它。微處理器II1301作為從機(jī)完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。它從公共內(nèi)存讀給定值，也把各關(guān)節(jié)實(shí)際位置送回公共內(nèi)存中，微處理器1121使用。參見圖3，嵌入式機(jī)械臂控制器3包括A/D轉(zhuǎn)換器II304、微處理器II1301、D/A轉(zhuǎn)換器305、液壓放大器310。微處理器III301 的 XD0-11、XINT2、/XWE, /XRD, /XZCS2 接 A/D 轉(zhuǎn)換器II304MAX1312 的 D0-1U /OEL, /WR、/RD、/CS 腳。機(jī)械臂的電位器 306 接 A/D 轉(zhuǎn)換器II304MAX1312 的 CH0-7 腳。微處理器 III301 的 GPIOAO 接 D/A 轉(zhuǎn)換器 305 的 SDA、GPIOAl接SCL。D/A轉(zhuǎn)換器305的VoutO-7接液壓放大器310。參見圖4，手持終端I由微處理器111、液晶模塊12、邏輯電平轉(zhuǎn)換器14、鍵盤管理模塊15、鍵盤13、穩(wěn)壓芯片116、穩(wěn)壓芯片1117、串口接收發(fā)送器18以及串口 19組成。穩(wěn)壓芯片116、穩(wěn)壓芯片1117給微處理器Ill供電。微處理器Ill的GIPI0B1與邏輯電平轉(zhuǎn)換器14ADG3308的2腳連接，GPI0B5與5腳連接，XINT2與6腳連接，GPI0A0-7與液晶模塊12的DB0-7連接，GPIOBO與REQ連接，GPI0B2與CS連接，液晶模塊12得到5V供電。邏輯電平轉(zhuǎn)換器14 ADG3308的16腳與鍵盤管理模塊15 HD7279的DATA腳連接，15與KEY腳連接。微處理器Ill的GPI0B3與鍵盤管理模塊15 HD7279的CS腳連接，GPI0B4與CLK腳連接。鍵盤13的輸出接鍵盤管理模塊15 HD7279的DIG0_7、DP_SG。微處理器Ill的SCITXDA接串口接收發(fā)送器118 MAX3232的11腳，SCIRXDA接12腳，串口接收發(fā)送器18 MAX3232的13、14腳接到串口 19。參見圖5，手持終端I是一個(gè)低功耗的，帶液晶顯示的模塊。液晶模塊12可以顯示4行、每行20個(gè)字符。液晶模塊12自帶白色的背景光，可以應(yīng)用在混暗或沒有光的環(huán)境。背景光的強(qiáng)度可以有7種選擇。通過設(shè)置參數(shù)來選擇光的強(qiáng)度。操作盒有16個(gè)按鍵，呈4X4矩陣式排列。自帶蜂鳴器提供按鍵報(bào)警聲?？梢灾朗欠裾_地按下某個(gè)按鍵。參見圖6，主從式液壓機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件分為主端和從端兩部分。操作者操作主手運(yùn)動(dòng)，主手控制器采集主手電位器的位置信息并實(shí)時(shí)地將位置信息發(fā)送給機(jī)械臂控制器，機(jī)械臂控制器通過對(duì)主手的位置跟蹤來完成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)；另一方面機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中由電位器檢測(cè)到的位置信息也通過光纖通信反饋給主手控制器，主手控制器再將該位置信息發(fā)送給手持終端，供顯示。
權(quán)利要求1.一種主從式液壓機(jī)械臂控制器，包括手持終端、嵌入式主手控制器和機(jī)械臂控制器，其特征是，所述手持終端包括微處理器I，它分別與人機(jī)接口單元和嵌入式主手控制器相連；所述嵌入式主手控制器包括微處理器II，它分別與微處理器I、串口轉(zhuǎn)光纖模塊連接；同時(shí)，微處理器II通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器I的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線通信，A/D轉(zhuǎn)換器I與主手的若干電位器之間通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線通信；所述機(jī)械臂控制器包括微處理器III，它通過數(shù)據(jù)總線和時(shí)鐘總線與D/A轉(zhuǎn)換器連接，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與A/D轉(zhuǎn)換器II連接，微處理器III還與電磁閥、光纖轉(zhuǎn)串口模塊連接；同時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器II與機(jī)械臂上每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸處的若干電位器連接；D/A轉(zhuǎn)換器與液壓放大器連接；液壓放大器與若干伺服閥連接，各伺服閥與相應(yīng)液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機(jī)械臂連接。
2.如權(quán)利要求I所述的主從式液壓機(jī)械臂控制器，其特征是，所述伺服閥為射流管式電液流量伺服閥；電磁閥的控制電壓是直流24V，并抑制泵升電壓；所述主手上的以及機(jī)械臂上的各電位器均采用5KQ的360度旋轉(zhuǎn)電位器，傳感器精度1%。。
3.如權(quán)利要求I所述的主從式液壓機(jī)械臂控制器，其特征是，所述人機(jī)接口單元包括液晶模塊和鍵盤。
4.如權(quán)利要求I所述的主從式液壓機(jī)械臂控制器，其特征是，所述微處理器I與微處理器II之間通過串口通信連接。
5.如權(quán)利要求I所述的主從式液壓機(jī)械臂控制器，其特征是，所述微處理器I、微處理器II和微處理器III均采用TMS320F2812芯片；A/D轉(zhuǎn)換器I、A/D轉(zhuǎn)換器II均采用MAX1312芯片；D/A轉(zhuǎn)換器采用DAC7678芯片。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種主從式液壓機(jī)械臂控制器，其手持終端包括微處理器I，它分別與人機(jī)接口單元和嵌入式主手控制器相連；嵌入式主手控制器包括微處理器II，它分別與微處理器I、A/D轉(zhuǎn)換器I、串口轉(zhuǎn)光纖模塊連接；A/D轉(zhuǎn)換器I與主手的若干電位器(在每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸處)相連；機(jī)械臂控制器包括微處理器III，它分別與A/D轉(zhuǎn)換器II、D/A轉(zhuǎn)換器、電磁閥連接，微處理器III通過光纖轉(zhuǎn)串口模塊與串口轉(zhuǎn)光纖模塊通信；A/D轉(zhuǎn)換器II與機(jī)械臂上的若干電位器(在每個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸處)連接；D/A轉(zhuǎn)換器與液壓放大器、若干伺服閥、相應(yīng)液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機(jī)械臂連接。本實(shí)用新型處理速度快、成本低、性能穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)B25J9/16GK202491240SQ201220137609
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者尚文政, 戚暉, 李健, 李運(yùn)廠, 趙玉良 申請(qǐng)人:山東魯能智能技術(shù)有限公司