主從式液壓機械臂控制器的製作方法
2024-03-02 07:02:15
專利名稱：主從式液壓機械臂控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人控制技木，尤其是一種主從式液壓機械臂控制器。
背景技術：
為了提高帶電作業的自動化水平和安全性，減輕操作人員的勞動強度和強電磁場對操作人員的人身威脅，從80年代起許多國家都先後開展了帶電作業機器人的研究，如日本、西班牙、美國、加拿大、法國等國家先後開展了對帶電作業機器人的研究。2002年我國也進行了高壓帶電作業機器人產品化樣機的研製。目前機械臂的驅動方式主要有三種氣壓驅動、液壓驅動和電機驅動。氣壓驅動機械臂的缺點氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現伺服控制，並且排氣時有噪聲，效率低，適用於中小負載，精度要求較低有限點位程序控制機械臂。電機驅動機械臂的缺點直流有刷電動機換向時有火花，對環境的防爆性能較差，成本高，結構設計複雜，適用於中小負載，要求具有較高的位置控制精度，速度較高的機械臂。液壓驅動機械臂的缺點存在漏油、液壓傳動對油溫的變化比較敏感、發生故障不易檢查和排除，適用於大負載，要求控制精度不太高的機械臂。目前機械臂的控制方式主要有兩種示教再現方式和主從式方式。其中示教再現方式操作靈活性較差、運動速度較低，機器人運動軌跡算法編程複雜，開發難度。主從控制方式應用在控制靈活，但是控制精度低的場合。目前機械臂主從控制系統一般分為兩類一類採用エ控機和控制卡，從設備及控制技術來講，專用性很強且價格較為昂貴，限制了主從技術的進一步發展；另一類採用PLC，體積大、功耗大、控制速度慢、改變控制程序困難、控制複雜時可靠性差。如何更方便、快捷、廉價地控制主從機械臂，已經成為主從機械臂技術的ー個突出問題。
發明內容
本發明的目的在於解決下述問題，提供一種主從式液壓機械臂控制器，此主從式液壓機械臂控制器採用位置伺服閉環控制方式，並通過光纖將高壓電場與人隔離，控制精度高、實時性好、性能穩定可靠、操作更加方便，滿足高壓帶電機器人作業任務的要求。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種主從式液壓機械臂控制器，包括手持終端、嵌入式主手控制器和機械臂控制器，所述手持終端包括微處理器I，它分別與人機接ロ単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、串ロ轉光纖模塊連接；同時，微處理器II通過數據總線、地址總線、控制總線與A/D轉換器I的數據總線、地址總線、控制總線通信，A/D轉換器I與主手的若干電位器之間通過地址總線、數據總線和控制總線通信；所述機械臂控制器包括微處理器III，它通過數據總線和時鐘總線與D/A轉換器連接，通過地址總線、數據總線和控制總線與A/D轉換器II連接，微處理器III還與電磁閥、光纖轉串口模塊連接；同時，A/D轉換器II與機械臂上每個關節運動軸處的若干電位器連接；D/A轉換器與液壓放大器連接；液壓放大器與若干伺服閥連接，各伺服閥與相應液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機械臂連接。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，並抑制泵升電壓；所述主手上的以及機械臂上的各電位器均採用5KQ的360度旋轉電位器，傳感器精度1%。。
所述人機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均採用TMS320F2812晶片；A/D轉換器I、A/D轉換器II均採用MAX1312晶片；D/A轉換器採用DAC7678晶片。本發明的工作原理機械臂控制系統的結構採用主從式微處理器進行控制，微處理器II作為主機，它擔當系統管理、機械臂語言編譯和人機接口功能，並定時地把運算結果作為關節運動的增量送到公共內存，供微處理器III讀取它。微處理器III完成全部關節位置數字控制。它從公共內存讀給定值，也把各關節實際位置送回公共內存中，微處理器II使用。本發明的工作過程主從式液壓機械臂控制系統軟體分為主端和從端兩部分。操作者操作主手運動，主手控制器採集主手電位器的位置信息並實時地將位置信息發送給機械臂控制器，機械臂控制器通過對主手的位置跟蹤來完成機械臂的運動；另一方面機械臂在運動過程中由電位器檢測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送給手持終端，供顯示。採用上述方案，本發明具有以下優點一是主從式液壓機械臂系統經實驗驗證，可以滿足高壓帶電作業機器人要求，控制精度高、實時性好、持重大、自重小、性能穩定可靠操作更加方便運行可靠；二是該系統控制部分採用嵌入式控制方式，自重輕、尺寸小、控制系統功耗低，適合高壓帶電作業機器人的應用需要。三是採用主從式控制方式機械臂系統操作靈活方便，不需要複雜的直線插補、圓弧插補等複雜運動學算法；四是系統採用模塊化設計，具有開放性、可讀性、可擴展性、可維護性，以便持續開發。五是主從控制系統通訊方式採用光纖通信，通訊速率快，可實現高電壓絕緣。六是控制系統帶有各種標準接口、機械限位、軟體限位，功能齊全，位置精度高。
圖I是本發明總框圖；圖2是本發明主手控制器電氣連接圖；圖3是本發明機械臂從控制器電氣連接圖；圖4是本發明手持終端電路連接圖；圖5是本發明手持終端示意圖6是本發明工作流程圖。其中，I.手持終端，2.主控制器，3.機械臂控制器，11.微處理器I，12.液晶模塊，13.鍵盤，14.邏輯電平轉換器，15.鍵盤管理模塊，16.穩壓晶片I，17.穩壓晶片II，18.串口接收發送器I，19.串口，21.微處理器II，22.串口轉光纖模塊，23. A/D轉換器I，24.主手的電位器，25.串口接收發送器II，301.微處理器III，302.光纖轉串口模塊，303.電磁閥，304. A/D轉換器II，305. D/A轉換器，306.機械臂的電位器，307.機械臂，308.液壓缸，309.伺服閥，310.液壓放大器。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。參見圖1，一種主從式液壓機械臂控制器，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轉換器123、串口轉光纖模塊22連接；A/D轉換器121與主手的電位器24相連；機械臂控制器3的微處理器III301分別與A/D轉換器11304、D/A轉換器305、電磁閥303連接；A/D轉換器II304與機械臂的電位器306連接；D/A轉換器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與相應的液壓缸308連接，各液壓缸308輸出軸與機械臂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，並帶有抑制泵升電壓功能。人機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均採用TMS320F2812晶片。A/D轉換器123、A/D轉換器II304均採用MAX1312晶片。D/A轉換器305採用DAC7678晶片。各電位器採用5KQ的360度旋轉電位器，傳感器精度1%0。微處理器1121的數據總線、地址總線、控制總線與A/D轉換器123的數據總線、地址總線、控制總線相連，微處理器III301的數據總線、地址總線、控制總線與A/D轉換器II304的數據總線、地址總線、控制總線相連，微處理器III301的數據總線、時鐘總線與D/A轉換器305的數據總線、時鐘總線相連。參見圖2，嵌入式主手控制器2包括A/D轉換器123、微處理器1121、串口接收發送器1125、串口轉光纖模塊22、主手的電位器24。A/D 轉換器 123MAX1312 的 DO-11、/OEL、/WR、/RD、/CS 接微處理器 II21 的 /XDO-11、XINT2、/XWE、/XRD、/XZCS2 腳。主手的電位器 24 接 A/D 轉換器 I23MAX1312 的 CH0-7 腳；微處理器1121的SCITXDA接串口接收發送器II25MAX3232的11腳，SCIRXDA接12腳；串口接收發送器II25MAX3232的13、14腳接到串口轉光纖模塊22。所述主手的電位器24的輸出口與A/D轉換器123的輸入口相連，機械臂的電位器306的輸出口與A/D轉換器II304的輸入口相連，D/A轉換器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。
所述串口轉光纖模塊22與光纖轉串口模塊302通過發送光纖和接收光纖連接。 所述微處理器1121、微處理器II1301分別與串口轉光纖模塊22、光纖轉串口模塊302通過串口通信連接。機械臂控制系統的結構採用主從式微處理器進行控制，微處理器1121作為主機，它擔當系統管理、機械臂語言編譯和人機接口功能，並定時地把運算結果作為關節運動的增量送到公共內存，供微處理器II1301讀取它。微處理器II1301作為從機完成全部關節位置數字控制。它從公共內存讀給定值，也把各關節實際位置送回公共內存中，微處理器1121使用。參見圖3，嵌入式機械臂控制器3包括A/D轉換器II304、微處理器II1301、D/A轉換器305、液壓放大器310。微處理器III301 的 XD0-11、XINT2、/XWE, /XRD, /XZCS2 接 A/D 轉換器II304MAX1312 的 D0-1U /OEL, /WR、/RD、/CS 腳。機械臂的電位器 306 接 A/D 轉換器II304MAX1312 的 CH0-7 腳。微處理器 III301 的 GPIOAO 接 D/A 轉換器 305 的 SDA、GPIOAl接SCL。D/A轉換器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、邏輯電平轉換器14、鍵盤管理模塊15、鍵盤13、穩壓晶片116、穩壓晶片1117、串口接收發送器18以及串口 19組成。穩壓晶片116、穩壓晶片1117給微處理器Ill供電。微處理器Ill的GIPI0B1與邏輯電平轉換器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。邏輯電平轉換器14ADG3308的16腳與鍵盤管理模塊15HD7279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15HD7279的CS腳連接，GPI0B4與CLK腳連接。鍵盤13的輸出接鍵盤管理模塊15HD7279的DIG0_7、DP_SG。微處理器Ill的SCITXDA接串口接收發送器I18MAX3232的11腳，SCIRXDA接12腳，串口接收發送器18MAX3232的13、14腳接到串口 19。參見圖5，手持終端I是一個低功耗的，帶液晶顯示的模塊。液晶模塊12可以顯示4行、每行20個字符。液晶模塊12自帶白色的背景光，可以應用在混暗或沒有光的環境。背景光的強度可以有7種選擇。通過設置參數來選擇光的強度。操作盒有16個按鍵，呈4X4矩陣式排列。自帶蜂鳴器提供按鍵報警聲。可以知道是否正確地按下某個按鍵。參見圖6，主從式液壓機械臂控制系統軟體分為主端和從端兩部分。操作者操作主手運動，主手控制器採集主手電位器的位置信息並實時地將位置信息發送給機械臂控制器，機械臂控制器通過對主手的位置跟蹤來完成機械臂的運動；另一方面機械臂在運動過程中由電位器檢測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送給手持終端，供顯示。
權利要求
1.一種主從式液壓機械臂控制器，包括手持終端、嵌入式主手控制器和機械臂控制器，其特徵是，所述手持終端包括微處理器I，它分別與人機接ロ単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、串ロ轉光纖模塊連接；同吋，微處理器II通過數據總線、地址總線、控制總線與A/D轉換器I的數據總線、地址總線、控制總線通信，A/D轉換器I與主手的若干電位器之間通過地址總線、數據總線和控制總線通信；所述機械臂控制器包括微處理器III，它通過數據總線和時鐘總線與D/A轉換器連接，通過地址總線、數據總線和控制總線與A/D轉換器II連接，微處理器III還與電磁閥、光纖轉串ロ模塊連接；同吋，A/D轉換器II與機械臂上每個關節運動軸處的若干電位器連接；D/A轉換器與液壓放大器連接；液壓放大器與若干伺服閥連接，各伺服閥與相應液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機械臂連接。
2.如權利要求I所述的主從式液壓機械臂控制器，其特徵是，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，並抑制泵升電壓；所述主手上的以及機械臂上的各電位器均採用5ΚΩ的360度旋轉電位器，傳感器精度1%。。
3.如權利要求I所述的主從式液壓機械臂控制器，其特徵是，所述人機接ロ単元包括液晶模塊和鍵盤。
4.如權利要求I所述的主從式液壓機械臂控制器，其特徵是，所述微處理器I與微處理器II之間通過串ロ通信連接。
5.如權利要求I所述的主從式液壓機械臂控制器，其特徵是，所述微處理器I、微處理器II和微處理器III均採用TMS320F2812晶片；A/D轉換器I、A/D轉換器II均採用MAX1312晶片；D/A轉換器採用DAC7678晶片。
全文摘要
本發明涉及一種主從式液壓機械臂控制器，其手持終端包括微處理器I，它分別與人機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轉換器I、串口轉光纖模塊連接；A/D轉換器I與主手的若干電位器(在每個關節運動軸處)相連；機械臂控制器包括微處理器III，它分別與A/D轉換器II、D/A轉換器、電磁閥連接，微處理器III通過光纖轉串口模塊與串口轉光纖模塊通信；A/D轉換器II與機械臂上的若干電位器(在每個關節運動軸處)連接；D/A轉換器與液壓放大器、若干伺服閥、相應液壓缸連接，液壓缸輸出軸與機械臂連接。本發明處理速度快、成本低、性能穩定可靠。
文檔編號B25J9/16GK102615646SQ20121009615
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者尚文政, 戚暉, 李健, 李運廠, 趙玉良 申請人:山東魯能智能技術有限公司