专利名称：一种双机械臂协调控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人技术，尤其是一种双机械臂协调控制系统及控制方法。
背景技术：
在带电作业技术发展阶段中带电作业方式都可以说是人工带电作业，即操作人员作业时都时刻处于高电压、强电场的威胁中。人工带电作业一般情况下是高空作业，登杆作业频繁、作业条件恶劣、劳动强度大、精神紧张，容易引发人身伤亡事故。据1995年全国100次典型带电作业事故统计中，配电带电作业事故达55次，达55 %，在死亡的39人中有19人死于配电带电作业事故，占61%。所以，在过去很长的一段时间内，对配电带电作业进行了限制，致使配电线路停电作业频繁，配电可靠性指标不能完成，从而给电力企业带来了很大的经济损失，给人民生活和生产带来了很大的不便。因此，在1987年召开的全国带电作业会议上，又提出了必须大力加强配电带电作业的要求。国内在机器人方面的研究，自80年代中后期，由于国家高技术研究发展计划(即863计划)专项支持，得到了极大发展，已成为世界上研究机器人的主要国家之一。从我国已经形成的研究体系看，基本形成了工业机器人和特种机器人两大主要门类，尤其是特种机器人的研究已成为国内的研究热点。特种机器人主要是指工作极限环境和危险环境及危害人身健康环境的机器人，由于这些环境对机器人要求的必要性和迫切性强，因而市场前景好。配电线路带电作业机器人就是很有代表性的特种机器人，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，代替人进行带电作业非常必要，而且符合时代的要求。此种机器人可以减轻作业人员的劳动强度，使作业人员与高压电场完全隔离，最大限度的保证作业人员的安全。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用联接在其末端的夹持手、专用工具，代替人的手臂完成IOKV线路带电作业频率较高的带电断线、带电接线、带电更换跌落保险等任务，一方面可减轻作业人员的劳动强度，另一方面也为作业人员的安全提供了保证的双机械臂协调控制系统及控制方法。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案。一种双机械臂协调控制系统，包括控制键盘、主操纵手、显示器、主控制柜、两个从控制柜。控制键盘的输出接主控制柜的输入，主控制柜的输入输出接显示器的输入输出，主操纵手的输出接主控制柜的输入。主控制柜包括工控机，主控制柜的网口分别与从控制柜的网口通信。所述主控制柜的工控机采集控制键盘的指令，通过网口通信下发给从控制柜的工控机，从控制柜的工控机下发速度指令、伺服驱动指令给运动控制器。从控制柜包括工控机、运动控制器、采集器、稳压电源、伺服电机驱动器，稳压电源分别给工控机、运动控制器、伺服电机驱动器、采集器供电；机械臂的私服电机分别与伺服电机驱动器、采集器相连；伺服电机驱动器与运动控制器相连，采集器、运动控制器与工控机相连，所述采集器读取绝对位置信息，再通过串口把这些信息传送给从控制柜的工控机；所述运动控制器接收运动控制指令，完成伺服控制功能。所述机械臂包括结构相同的左臂和右臂，机械臂的机械结构包括基座，基座上安装有支撑臂，支撑臂上端为肩关节，上臂安装在肩关节上，上臂的前端与肘关节连接，肘关节与前臂连接，前臂的末端为腕部；支撑臂的底部安装伺服电机、伺服电机减速器，肩关节和肘关节上设有绝对值编码器。上臂包括依次设置的腰部回转轴、上臂俯仰轴和前臂俯仰轴，提供腰部回转、上臂俯仰和前臂俯仰的运动。前臂包括依次设置的腕部俯仰轴、腕部摇摆轴、腕部旋转轴，提供腕部俯仰、腕部摇摆和腕部旋转的运动。所述主操纵手与机械臂的机械结构完全相同，主操纵手还包括正交旋转编码器和控制按钮，它主要用于主从式控制方式时，机器人位控信号输入。正交旋转编码器联接在主操纵手的各个关节中，以检测主操纵手各关节位置变化，主操纵手控制按钮用于控制主操纵手位置信号的有效性。所述工控机采用IPC-6806S紧凑型机箱，主板采用PCA-6774主板，IGHz CPU。
所述运动控制器采用PMAC，数字PID控制算法，PID参数在系统运行时可实时修改，内部梯形速度轨迹运算器，可实现自动加减速控制。所述伺服电机驱动器的输入采用0-10V模式量。一种双机械臂协调控制方法，包括如下步骤(I)输入机械臂末端在空间两点(初始点和终点)的位置和姿势，用位姿矩阵T1,T2表示；
权利要求
1.一种双机械臂协调控制系统，包括控制键盘、主操纵手、显示器、主控制柜、两个从控制柜； 所述机械臂包括结构相同的左臂和右臂，机械臂的机械结构包括基座，基座上安装有支撑臂，支撑臂上端为肩关节，上臂安装在肩关节上，上臂的前端与肘关节连接，肘关节与前臂连接，前臂的末端为腕部；支撑臂的底部安装伺服电机、伺服电机减速器，肩关节和肘关节上设有绝对值编码器；上臂包括依次设置的腰部回转轴、上臂俯仰轴和前臂俯仰轴，提供腰部回转、上臂俯仰和前臂俯仰的运动；前臂包括依次设置的腕部俯仰轴、腕部摇摆轴、腕部旋转轴，提供腕部俯仰、腕部摇摆和腕部旋转的运动； 所述主操纵手与机械臂的机械结构完全相同，主操纵手还包括正交旋转编码器和控制按钮，它主要用于主从式控制方式时，机器人位控信号输入；正交旋转编码器联接在主操纵手的各个关节中，以检测主操纵手各关节位置变化，主操纵手控制按钮用于控制主操纵手位置信号的有效性； 控制键盘的输出接主控制柜的输入，主控制柜的输入输出接显示器的输入输出，主操纵手的输出接主控制柜的输入； 其特征是，主控制柜包括工控机，主控制柜的网口分别与从控制柜的网口通信；所述主控制柜的工控机采集控制键盘的指令，通过网口通信下发给从控制柜的工控机，从控制柜的工控机下发速度指令、伺服驱动指令给运动控制器； 从控制柜包括工控机、运动控制器、采集器、稳压电源、伺服电机驱动器，稳压电源分别给工控机、运动控制器、伺服电机驱动器、采集器供电；机械臂的私服电机分别与伺服电机驱动器、采集器相连；伺服电机驱动器与运动控制器相连，采集器、运动控制器与工控机相连，所述采集器读取绝对位置信息，再通过串口把这些信息传送给从控制柜的工控机；所述运动控制器接收运动控制指令，完成伺服控制功能。
2.如权利要求1所述的双机械臂协调控制系统，其特征是，所述工控机采用IPC-6806S紧凑型机箱，主板采用PCA-6774主板，IGHz CPU。
3.如权利要求1所述的双机械臂协调控制系统，其特征是，所述运动控制器采用PMAC，数字PID控制算法，PID参数在系统运行时可实时修改，内部梯形速度轨迹运算器。
4.如权利要求1所述的双机械臂协调控制系统，其特征是，所述伺服电机驱动器的输入米用0-10V模式量。
5.如权利要求1所述的双机械臂协调控制系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤 (I)输入机械臂末端在初始点和终点的位置和姿势，用位姿矩阵T1, T2表示；
全文摘要
本发明公开了一种双机械臂协调控制系统，包括控制键盘、主操纵手、显示器、主控制柜、两个从控制柜，本发明通过采集键盘与主操纵手的脉冲数据，以指令形式发送给下位机，从而完成对两个机械臂的运动控制。主控制柜的工控机是连接主操纵手的计算机，通过串口和控制机械臂的从控制柜的工控机进行通讯，发出运动指令。从控制柜的工控机根据主控制柜的工控机的运动指令对机械臂的运动进行规划。本发明利用联接在其末端的夹持手、专用工具，代替人的手臂完成10KV线路带电作业频率较高的带电断线、带电接线、带电更换跌落保险等任务，一方面可减轻作业人员的劳动强度，另一方面也为作业人员的安全提供了保证。
文档编号B25J13/00GK103056883SQ20131001122
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者赵玉良, 戚晖, 鲁守银 申请人:山东电力集团公司电力科学研究院, 国家电网公司