双臂机器人主体系统的制作方法

本发明涉及双臂机器人技术领域，具体地说，是双臂机器人主体系统。

背景技术：

双臂机器人是目前在机器人技术领域中得到最广泛和实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。在生产过程中，双臂机器人可以左臂抓住工件，右臂使用相应的工具在同一位置进行工作，不存在碰撞等候区，解决了目前单臂机器人的使用瓶颈，更好地满足了工艺生产过程的人机协助功能。

然而，现有技术中，关于双臂机器人主体系统存在以下缺陷和不足：

首先，现有技术中的双臂机器人主体系统自由度不全面，限制了双臂机器人的活动范围以及灵活性，不能抓时手指包络目标物体的目的。

其次，现有技术中的双臂机器人主体系统不能基于位置环和速度环的控制。

另外，现有技术中的双臂机器人主体系统不能将空间位置信息传递给操作者，不便于操作这远程实时控制。

再者，现有技术中的双臂机器人主体系统电气控制方案存在传输距离有限等问题。

中国专利文献cn201610613940.7，申请日20160728，公开了一种智能协同双臂机器人，包括安装座和两个手臂；两个手臂镜像对称设置在安装座两侧；每个手臂包括依次连接的肩臂组件、后端臂组件、肘臂组件、前端臂组件和用于连接末端执行部件的手腕臂组件；肩臂组件的一端连接安装座，并可绕安装座旋转；后端臂组件的一端与肩臂组件另一端的侧面可旋转连接；肘臂组件的一端侧面与后端臂组件的另一端可旋转连接；前端臂组件的一端与肘臂组件的另一端连接，并可绕其轴向旋转；手腕臂组件的一端与前端臂组件的另一端连接，并可绕前端臂组件的长度方向摆动，手腕臂组件的另一端用于连接末端执行部件。

上述专利文献的双臂机器人结构紧凑和设计合理，从而使得该智能协同双臂机器人机械结构刚性好、体型小和重量较轻。但是关于一种自由度好，基于位置环和速度环的控制，便于远程实时控制，且可远程传输的技术方案则相应的公开。

综上所述，需要一种自由度好，基于位置环和速度环的控制，便于远程实时控制，且可远程传输的双臂机器人主体系统，而关于这种双臂机器人主体系统目前还未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种自由度好，基于位置环和速度环的控制，便于远程实时控制，且可远程传输的双臂机器人主体系统。

本发明的再一的目的是，提供一种控制系统的控制方法。

本发明的另一的目的是，提供一种远程视频控制系统的控制方法。

本发明的第四目的是，提供一种电气控制系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

双臂机器人主体系统，所述的双臂机器人主体系统包括腰部、颈部、手臂部、手指部；所述的颈部通过快换连接机构安装在腰部上端；所述的腰部两侧安装有手臂部；所述手臂部的远端安装有手指部；

所述颈部具有两个自由度，分别为颈滚转、颈俯仰；所述的颈部内设有颈部电机；

所述的腰部具有两个自由度，分别为腰滚转、腰俯仰；所述的腰部内设有腰部电机；

所述的手臂部具有六个自由度，分别为肩滚转，肩俯仰，肩肘滚转，肘俯仰，腕滚转，腕俯仰；

所述的手指部具有六个自由度；所述的手指部包括大拇指、四指、手掌；所述的手指和四指均设置在手掌上，且大拇指位于四指一侧；所述的大拇指和四指均设有关节；

所述的手掌以及关节内均安装有微型驱动电机，四指上的相邻关节之间连接有钢丝绳，并通过钢丝绳耦合传动；所述的大拇指上设有拉杆，且拇指的自由度通过拉杆关节传动。

作为一种优选的技术方案，所述的手臂部内设有肩部电机、肘部电机、腕部电机；所述的肩部电机、肘部电机、腕部电机均为：步科；所述手臂部的上臂和下臂均长270mm，手臂长540mm，手臂中心点至手指未端800mm。

作为一种优选的技术方案，所述的大拇指上具有两个关节，每个关节具有一个自由度；所述的四指各包括三个指节和四个关节，具有三个自由度，其中，前叁指节运动相关，共有一个自由度。

作为一种优选的技术方案，所述的手指部设有手指安装槽和机械接口。

作为一种优选的技术方案，所述的双臂机器人主体系统还包括控制系统。

作为一种优选的技术方案，所述的双臂机器人主体系统还包括远程视频控制系统。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

所述的控制系统的控制方法如下：

步骤s1、在主操作箱上进行遥感电位计输入动作指令；

步骤s2、通过32bit系统ad处理；

步骤s3、通过5.8ghz射频发射-网桥架构将信号传播到发射天线；

步骤s4、运动平台架构上接收天线接收到发射天线传播的信号后，通过5.8ghz射频接收-网桥架构传递至32bit主控单元系统；

步骤s5、32bit主控单元系统将发送canopen指令到每个驱动器，进行基于位置环和速度环的控制。

为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是：

所述的远程视频控制系统的控制方法如下：

步骤s1、选用700线摄像头或720p摄像头获取信息；

步骤s2、通过视频系统处理a/v；

步骤s3、通过5.8ghz射频发射-网桥架构将信号传播到发射天线；

步骤s4、接收天线接收到发射天线传播的信号后，通过5.8ghz射频接收-网桥架构传递至视频系统，同时采用lcd监视器进行监控。

为实现上述第四个目的，本发明采取的技术方案是：

所述的电气控制系统包括遥操作层、主控层、驱动控制层；所述的遥操作层和驱动控制层之间通过主控层建立连接；所述的遥操作层上设有遥操作计算机、视觉反馈计算机；所述的主控制层上设有机器人中央控制器和移动平台中央控制器；所述的外部层包括手部电机、关节控制器以及颈部电机。

本发明优点在于：

1、本发明的一种双臂机器人主体系统，具有自由度好，基于位置环和速度环的控制，便于远程实时控制，且可远程传输等优点。

2、双臂机器人主体系统包括腰部、颈部、手臂部、手指部，且设置有相应的自由度，能够使得腰部以及颈部前后左右远动，能够使得手掌部模拟人手远动，使得双臂机器人能够灵活运动，满足操控需求。

3、主体系统的颈部具有两个自由度，分别为颈滚转、颈俯仰，可作为双目相机的云台，便于从不角度获取信息，能够更加全面的进行遥操。

4、腰部下配备快换连接机构，便于将机器人作为一个模块化整体从车体上安装和拆卸。

5、手指部包括大拇指、四指、手掌；其中，大拇指单独设计，该设计方式增加了大拇指的活动范围。

6、手指部上设有安装槽，用于定位和固定各手指；手指部上设有机械接口，用于连接手掌和机器人肘臂手腕部。

7、设有控制系统，控制系统，能够获得双臂机器人的绝对位置和相对位置，绝对位置和相对位置之间可以相互验证，从而能够精准获得双臂机器人所在的位置，即能够实现基于双臂机器人位置环控制。其次，通过本实施开中的控制系统，能够直观控制加速度和减速度，能够实现速度环的控制。

8、设有远程视频系统，同时远程视频系统，能够将双臂机器人的空间位置信息传递给操作者，便于操作这远程实时控制。

附图说明

附图1是本发明的一种双臂机器人主体系统的结构示意图。

附图2是本发明的一种双臂机器人主体系统的自由度表示模型示意图。

附图3是本发明的一种双臂机器人主体系统的结构框图。

附图4为手指部结构示意图。

附图5是大拇指传动原理示意图。

附图6是四指传动原理示意图。

附图7为远程控制系统的流程框图。

附图8为远程视频控制系统的流程框图。

附图9是电气控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

1.腰部2.颈部

3.手臂部4.手指部

41.大拇指42.四指

43.手掌

实施例1

请参照图1-图3，图1是本发明的一种双臂机器人主体系统的结构示意图。图2是本发明的一种双臂机器人主体系统的自由度表示模型示意图。图3是本发明的一种双臂机器人主体系统的结构框图。一种双臂机器人主体系统，所述的双臂机器人主体系统包括腰部1、颈部2、手臂部3、手指部4；所述的颈部2通过快换连接机构安装在腰部1上端；所述的腰部1两侧安装有手臂部3；所述手臂部3的远端安装有手指部4。

所述颈部2具有两个自由度，分别为颈滚转、颈俯仰；所述的颈部2内设有颈部2电机，颈部2电机共有两个，采用的型号为：步科。

所述的腰部1具有两个自由度，分别为腰滚转、腰俯仰；所述的腰部1内设有腰部1电机，型号为：步科。

所述的手臂部3上设有重载关节、轻载关节以及结构连接件；所述的手臂部3具有六个自由度，分别为肩滚转，肩俯仰，肩肘滚转，肘俯仰，腕滚转，腕俯仰；所述的手臂部3内设有肩部电机、肘部电机、腕部电机；所述的肩部电机、肘部电机、腕部电机均为：步科；所述手臂部3的上臂和下臂均长270mm，手臂长540mm，手臂中心点至手指未端800mm。

所述的手指部4包括大拇指41、四指42、手掌43；所述的大拇指41上具有两个关节，每个关节具有一个自由度；所述的四指42各包括三个指节四个关节，具有三个自由度，其中，前叁指节运动相关，共有一个自由度；所述的手掌43部上设有手指安装槽和机械接口。

所述的手掌43以及关节内均安装有微型驱动电机，四指42上的相邻关节之间连接有钢丝绳，并通过钢丝绳耦合传动；所述的大拇指41上设有拉杆，且拇指的自由度通过拉杆关节传动。

该实施例需要说明的是：

所述的双臂机器人主体系统包括腰部1、颈部2、手臂部3、手指部4，且设置有相应的自由度，能够使得腰部1以及颈部2前后左右远动，能够使得手掌43部模拟人手远动，使得双臂机器人能够灵活运动，满足操控需求。

所述主体系统的颈部2具有两个自由度，分别为颈滚转、颈俯仰，可作为双目相机的云台，便于从不角度获取信息，能够更加全面的进行遥操作。

所述的腰部1下配备快换连接机构，便于将机器人作为一个模块化整体从车体上安装和拆卸。

请参照图4，图4为手指部4结构示意图。所述的手指部4包括大拇指41、四指42、手掌43；其中，大拇指41单独设计，该设计方式增加了大拇指41的活动范围。

所述的手指部4以机器人专用舵机为直流伺服电机作为驱动元件，食指等三指的前叁指节运动耦合，利用钢丝绳实现传动，其大姆指另一自由度采用拉杆关节传动。

钢丝绳传动原理如图5和图6所示。远指节关节与中指节关节以钢丝绳相连接，电机同时驱动中指节关节处的两个力作用点，分别带动远指节与中,小指节，实现耦合运动。为了达到抓时手指包络目标物体的目的，中指节关节处采用了自行设计的欠自由度机构，使两指节运动解耦，即当中指节受阻无法运动时，设定的传动比被打破，远指节仍能继续运动。

手指部4上设有安装槽，用于定位和固定各手指。手指部4上设有机械接口，用于连接手掌43和机器人肘臂手腕部。

实施例2

请参照图7，图7为远程控制系统的流程框图。本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，所述的主体系统还包括控制系统；所述的控制系统的控制方法如下：

步骤s1、在主操作箱上进行遥感电位计输入动作指令；

步骤s2、通过32bit系统ad处理；

步骤s3、通过5.8ghz射频发射-网桥架构将信号传播到发射天线；

步骤s4、运动平台架构上接收天线接收到发射天线传播的信号后，通过5.8ghz射频接收-网桥架构传递至32bit主控单元系统；

步骤s5、32bit主控单元系统将发送canopen指令到每个驱动器，进行基于位置环和速度环的控制。

该实施例需要说明的是：

通过本实施中的控制系统，能够获得双臂机器人的绝对位置和相对位置，绝对位置和相对位置之间可以相互验证，从而能够精准获得双臂机器人所在的位置，即能够实现基于双臂机器人位置环控制。其次，通过本实施开中的控制系统，能够直观控制加速度和减速度，能够实现速度环的控制。

实施例3

请参照图8，图8为远程视频控制系统的流程框图。本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，所述的主体系统还包括远程视频系统；所述的远程视频控制系统的控制方法如下：

步骤s1、选用700线摄像头或720p摄像头获取信息；

步骤s2、通过视频系统处理a/v；

步骤s3、通过5.8ghz射频发射-网桥架构将信号传播到发射天线；

步骤s4、接收天线接收到发射天线传播的信号后，通过5.8ghz射频接收-网桥架构传递至视频系统，同时采用lcd监视器进行监控。

该实施例需要说明的是：

所述的主体系统中还包括远程视频系统，同时远程视频系统，能够将双臂机器人的空间位置信息传递给操作者，便于操作这远程实时控制。

实施例4

请参照图9，图9是电气控制系统的结构框图。本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于，本实施例中提供了一种电气控制系统，所述的电气控制系统包括遥操作层、主控层、驱动控制层；所述的遥操作层和驱动控制层之间通过主控层建立连接；所述的遥操作层上设有遥操作计算机、视觉反馈计算机；所述的主控制层上设有机器人中央控制器和移动平台中央控制器；所述的外部层包括手部电机、关节控制器以及颈部2电机；所述的手部电机、关节控制器以及颈部2电机均与机器人中央控制器建立连接。

该实施例需要说明的是：机器人中央控制器和移动平台中央控制器操控通讯方式采用点对点无线桥接模式。点对点型无线网桥可用来连接两个分别位于不同地点的网络，由一对桥接器和一对天线组成。该对桥接器应设置成相同的频道，无线网桥支持同步信道的功能，只需要改变一方的频道，另一方便会自动改变到相应的频道。在相距较远的两点间，为了取得更好的桥接效果，采用了在桥接器和天线之间安装双向功率放大器的方案。双向射频放大器具有增益接收信号和放大输出功率的功能，从而大大的扩大了无线网桥的传输距离。通常一对0.5w的放大器可以支持大约5公里的无线桥接。

本发明的一种双臂机器人主体系统，具有自由度好，基于位置环和速度环的控制，便于远程实时控制，且可远程传输等优点；双臂机器人主体系统包括腰部1、颈部2、手臂部3、手指部4，且设置有相应的自由度，能够使得腰部1以及颈部2前后左右远动，能够使得手掌43部模拟人手远动，使得双臂机器人能够灵活运动，满足操控需求；主体系统的颈部2具有两个自由度，分别为颈滚转、颈俯仰，可作为双目相机的云台，便于从不角度获取信息，能够更加全面的进行遥操；腰部1下配备快换连接机构，便于将机器人作为一个模块化整体从车体上安装和拆卸；手指部4包括大拇指41、四指42、手掌43；其中，大拇指41单独设计，该设计方式增加了大拇指41的活动范围；手指部4上设有安装槽，用于定位和固定各手指；手指部4上设有机械接口，用于连接手掌43和机器人肘臂手腕部；设有控制系统，控制系统，能够获得双臂机器人的绝对位置和相对位置，绝对位置和相对位置之间可以相互验证，从而能够精准获得双臂机器人所在的位置，即能够实现基于双臂机器人位置环控制。其次，通过本实施开中的控制系统，能够直观控制加速度和减速度，能够实现速度环的控制；设有远程视频系统，同时远程视频系统，能够将双臂机器人的空间位置信息传递给操作者，便于操作这远程实时控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。