一种用于高危作业的机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人领域，具体是一种用于高危作业的机器人。
【背景技术】
[0002]鉴于主从遥控操作机器人技术的重大意义和广阔的应用前景，美、日和欧洲各国竞相开发相关的技术。美国NASA针对空间遥控作业研制出具有初步临场感的过程机械手FTS系统和DTF-1系统，并于1993年将其载入航天飞机中。1993年，德国研制的空间遥操作机器R0TEX首次在哥伦比亚航天飞机上进行了太空飞行试验，R0TEX由遥控机器人和手套式人机接口以及具有预见显示能力的立体图像系统构成。在应用较多的海洋开发中，作业级遥控无人水下机器人(R0V)研究较为广泛，1999年底，埃及航空公司的990航班在美国纽约附近海域坠毁，就是由美国海军的“深潜7200 (De印Drone) ”型R0V将飞机的黑匣子打捞上来。伴随着通讯技术的迅速发展，基于网络的遥操作机器人技术的研究逐渐发展起来，改变了互联网传输的信息只是人类视觉和听觉可以感知的文字、图像和声音等信息的局面，使互联网成为人类动作行为的载体，从而可实现人类操作功能的延伸。1994年8月，美国加州大学伯克利分校的Goldberg首次将一台SCARA型工业机器人通过服务器连接到网络上，这是世界上第一台基于网络的远程操作机器人，它允许操作者通过网络远程控制该机器人在充满沙子的空间中进行挖掘作业。1995年，澳大利亚的Taylor成功地建立了“Australian Tele robot On the Web”，成为当今最成功的网上机器人。当远程操作者获得授权后，可用计算机通过网络远程控制在澳大利亚实验室中的机器人。更有实用意义的是1998年美国NASA的Backes等人建立的WITS系统，分布在各地的专家都可使用该系统对火星漫游机器人进行远程规划和远程操作。英国则积极利用远程操作技术改造传统的机电系统，并成功地研制了具有力反馈感知功能的远程挖掘机械手。美国和日本则根据远程医疗的需要，先后开发出外科手术辅助远程机器人系统。国内对主从式高危作业机器人的研究还处于进阶发展阶段。我国的“863”计划中，自动化领域智能机器人主题以及航天领域空间机器人专题在1993年就开始将遥操作机器人技术列为关键技术加以研究，国内有关高校和科研机构也先后开展了远程操作机器人技术的理论和应用研究。“八.五”期间，由两所两校共同承担研制的“智水一 II”型AUV搭载有华中理工大学研制的智能两功能水下机械手，并于海洋环境完成自主模拟系挂炸药包，切割缆绳的作业演示。在中船总的领导与组织下，自行研制的以援潜救生为背景的“8A4”型R0V，潜器装有两个功能强大的机械手，带有多种工具，潜水深度可达600米，可进行各种不同的作业。哈尔滨工业大学机器人研究所研制出的主从式遥控微操作机器人力反馈控制系统，当主机械手控制从机械手抓取物体或进行装置时，从机械手可将接触物体时的接触感觉和抓取物体的重力感觉等反馈到主机械手.并通过主机械手上的力触觉反馈系统，使操作者能够获得持续而稳定的接触力感觉，为进一步的微操作机器人实验研究奠定了基础。这是主从式机器人在微操作领域比较成功的范例，但在面临高危操作的复杂环境中，设备的操作性能的研究应较分析性能占有高一点的比重。
[0003]在其它领域中，医疗方面，为防止射线对医生的危害，常搭建信号传输距离很短的主从机器人系统，如外国的da Vinci robot，这类机器人系统具有精度高延时小的特点。有效地结合了手术医生的经验和机器人定位精确、运行稳定和操作精度高的特性，可以协助医生完成精细的手术动作，减少手术中因为疲劳产生的误操作和手部的震颤造成的损伤，从而提高手术质量与安全性，缩短治疗时间，减低医疗成本。军事方面。“美伊”战争中，美国派出一批可侦查的高度智能机器人，由于完全由机器人“自作主张”，对一些并非可疑的对象进行袭击，一个月后便被全部撤回。可见机器人自主操作是具有盲目性、程序化的。尤其是在排爆，高危险复杂的环境中研究主从式机器人凭借人思维控制的优势配以和谐便捷的控制结构是十分必要的。
[0004]所以，追求模块的精准化，控制的人性化，操作的实时化，交互的远程化，功能的创新化就成为了我们主要的研究方向。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种用人手臂及手部动作来直观、简单的用于高危作业的机器人，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]一种用于高危作业的机器人，包括机器人车体、机械臂与头盔；
[0008]机器人车体，包括机器人机械臂、履带底盘、太阳能帆板与摄像头装置，机器人机械臂、太阳能帆板均放置在履带底盘上，太阳能帆板的中部位置设有支撑杆，且支撑杆固定在履带底盘上，支撑杆顶端设有摄像头装置；
[0009]机器人机械臂包括轴承、小斜杆、斜杆、横轴、机械手、电钻与舵机装置，舵机装置包括机械臂转动舵机、机械臂肘部舵机、手腕拍动舵机、功能转换舵机、机械手张合舵机与手腕转动舵机，小斜杆安装在轴承上的转动台上，轴承内部设有机械臂转动舵机，且机械臂转动舵机连接转动台；小斜杆上通过转动轴连接斜杆，小斜杆与斜杆的连接处还设有机械臂肘部舵机，斜杆的另一端通过转动轴连接横轴，斜杆与横轴的连接处设有手腕转动舵机，横轴的另一端设有机械手、电钻，横轴的另一端设有手腕拍动舵机、功能转换舵机，机械手的下方设有机械手张合舵机；
[0010]摄像头装置包括摄像头、第一天线、无线图传、第一舵机、第二舵机、二自由度舵机云台，二自由度舵机云台安装在支撑杆顶端，二自由度舵机云台的下方设有第一舵机，二自由度舵机云台的上方通过第二舵机连接无线图传，摄像头设置在无线图传上，无线图传的另一侧设有第一天线；
[0011]机械臂包括右手机械臂与左手机械臂；右手机械臂包括右手套、右肘套与右控制装置；右手套与右肘套通过右控制装置连接；右控制装置由第一惯导模块、电位器、第一单片机控制板与第一电源组成；第一惯导模块、电位器、第一电源均与第一单片机控制板连接；第一惯导模块、电位器安装在右手套上，第一单片机控制板与第一电源安装在右肘套上；第一单片机控制板包括第二天线、第一无线模块、第二惯导模块、第一单片机、供电端子，第二天线、第一无线模块、第二惯导模块、供电端子均与第一单片机连接；左手机械臂包括左手套、左肘套与左控制装置；左控制装置包括第二单片机控制板、倾角传感器和无线串口模块、第二电源、单片机使能开关；第二单片机控制板分别与倾角传感器、无线串口模块、第二电源、单片机使能开关连接；左手套上设有倾角传感器与单片机使能开关；左肘套上安装第二单片机控制板、倾角传感器、无线串口模块；
[0012]头盔包括头盔本体、摄像头视频显示屏、电池、第三惯导模块、第三单片机、第二无线模块、第三舵机、工作状态指示灯，头盔本体上设有安装摄像头视频显示屏的面罩，摄像头视频显示屏的两侧设有工作状态指示灯，头盔本体内部设有电池、第三单片机、第二无线模块、第三舵机，头盔本体顶部设有第三惯导模块，第三单片机均与电池、第二无线模块、第三舵机、第三惯导模块连接。
[0013]作为本实用新型进一步的方案:履带底盘上设有直流电机、倾角传感器。
[0014]作为本实用新型进一步的方案:无线图传采用NRF24L01。
[0015]作为本实用新型进一步的方案:第一惯导模块与第二惯导模块均采用GY-953。
[0016]作为本实用新型进一步的方案:第一单片机采用IAP15F2K61S2。
[0017]作为本实用新型进一步的方案:第一无线模块采用NRF24L01。
[0018]作为本实用新型进一步的方案:摄像头视频显示屏采用1602液晶屏。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0020]本实用新型主要应用了高速单片机STC15控制技术、惯导模块GY-953控制技术、利用现有的无线通信技术以及图像传输技术。控制部分是本实用新型的核心部分，本实用新型提出了一种不同于以往的控制方式，抛弃了原有的键盘、摇杆等非直观控制方式，选择了用人手臂及手部动作来直观、简单的控制机器人。
[0021]机器人车体的机器人机械臂，利用惯导模块采集到的人手臂不同姿势的角度信息，通过无线模块传输到舵机装置，使得机械臂能够根据人手臂及手部的姿势，实现主从式同步动作。履带底盘的移动利用倾角传感器采取手势操控，便于穿戴和灵活控制。机器人行走机构采用履带结构，能跨越10cm高的障碍，转弯半径小于lm。
[0022]机器人的机械手部分利用单片机的AD功能，电位器的转动能采集到线性变化的数据，手指关节的动作比较简单，只有手值拍动这一个动作，采用电位器固定在手指处采集转动数据，在不影响精确性的情况下这是最经济、简单的方法。
[0023]机器人车体具有一只四自由度机械手，作业的最大高度达到30cm。机械臂最低可水平伸出距地面0.2m，可抓取可疑物品；机械臂纵向旋转180°，机械腕横向旋转360°，以适应不同位置、不同角度放置物体的抓取。抓取器最大开度达15cm。突出特点是具有遥控移动探测及抓取、销毁爆炸物多种作业功能，可根据使用要求装切割器、水炮枪、X光机等多种作业工具和装置。
[0024]机器人车体装有具有摄像云台的