一种用于危险物品处理系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于危险物品处理系统及控制方法，包括主控计算机、控制器和机械臂装置；机械臂装置包括腰关节，第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，第一连杆的轴向一端通过大臂I关节转动连接设于腰关节的侧壁上、轴向另一端通过大臂II关节与第二连杆的轴向一端转动连接，第二连杆的轴向另一端通过大臂III关节与第三连杆的轴向一端转动连接，第三连杆的轴向另一端通过大臂IV关节与第四连杆转动连接，所述第四连杆的轴向末端设有爪关节。本发明专利技术具有作用距离远、自由度多、操作方式灵活等优点，可以在多种场合下应用，尤其适用于处理危险、易爆等物品。

【技术实现步骤摘要】
一种用于危险物品处理系统及控制方法
本专利技术涉及一种军用工程装备，具体涉及一种用于危险物品处理系统及控制方法。
技术介绍
随着科学技术的进步，机械臂技术已经成为高新
的一个重要方面，机械臂在各个领域得到了广泛的应用，由于机械臂代替人员执行危险物品的搬运和处置任务时能够最大限度的保障操作者的安全，因此近些年来机械臂在反恐排爆等安全领域的作用越来越受到人们的重视。此外机械臂在功能性、实时性、稳定性、机械机体轻便等方面都有了长足的发展，因此使用机械臂代替人员执行危险物品搬运和处置不失为一种理想的解决方案。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有的机械臂结构操作距离较短，自由度少，灵活性较差，机械臂自重与作业范围之间存在较大的矛盾，目的在于提供一种用于危险物品处理系统及控制方法，具有作用距离远、自由度多、操作方式灵活等优点，可以在多种场合下应用，尤其适用于处理危险、易爆等物品。本专利技术通过下述技术方案实现：一种用于危险物品处理系统，包括主控计算机、控制器和机械臂装置；所述主控计算机用于完成机械臂装置的运动学模型解算、以及机械臂装置的运动路径规划，主控计算机将解算后的结果发送至控制器，所述运动学模型结算包括运动学正解和运动学逆解；所述控制器依据所述解算结果实现对机械臂装置的操作控制；所述机械臂装置包括腰关节，第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，所述第一连杆的轴向一端通过大臂I关节转动连接设于腰关节的侧壁上、轴向另一端通过大臂II关节与第二连杆的轴向一端转动连接，第二连杆的轴向另一端通过大臂III关节与第三连杆的轴向一端转动连接，第三连杆的轴向另一端通过大臂IV关节与第四连杆转动连接，所述第四连杆的轴向末端设有爪关节；所述腰关节、大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节、大臂IV关节内均设有驱动器和执行电机；所述驱动器用于接收控制器的运动控制指令以驱动执行电机完成相应的动作。优选地，所述腰关节、大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节和大臂IV关节均为圆柱关节；所述腰关节转动的轴心线方向与大臂I关节的转动轴心线方向、大臂II关节的转动轴心线方向、大臂III关节的转动轴心线方向、以及大臂IV关节的转动轴心线方向垂直；所述大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节和大臂IV关节中任意一个的转动轴心线方向与第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆中任意一个的轴线方向垂直。优选地，所述腰关节的转动轴心线、第二连杆的轴线、第四连杆的轴线均在同一平面内，所述第一连杆的轴线、第三连杆的轴线均在同一平面内；所述腰关节的转动轴心线、第二连杆的轴线、第四连杆的轴线所在的平面与所述第一连杆的轴线、第三连杆的轴线所在的平面相互平行，且两个平行平面之间的距离大于零。优选地，所述两个平行平面之间的距离大于零且小于第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆任一个的轴向长度。优选地，所述第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆均采用中空管状结构。优选地，所述腰关节、大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节、大臂IV关节内还设有编码器，所述编码器用于将各关节当前位置实时反馈至控制器。基于上述一种用于危险物品处理系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1，选择对机械臂的操作模式，所述操作模式包括单轴操作模式、复合轴操作模式和指定坐标点操作模式；步骤2，通过主控计算机建立对机械臂装置的运动学模型，对机械臂装置进行运动学正解和逆解运算、并规划机械臂装置的运动轨迹；再通过控制器依据所述主控计算机的解算结果得到机械臂装置的各关节应转动到达的目标角度，并控制机械臂装置各关节的驱动器和其对应的执行电机将机械臂装置的各关节运动至指定角度。优选地，所述单轴操作模式的具体步骤为：步骤(1)，选择单轴操作模式后，在机械臂装置中选择单轴操作的轴系，通过在腰关节、大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节、大臂IV关节和爪关节中选择一个关节作为操作对象以实现对单轴操作轴系的选取；步骤(2)，选择单轴操作的轴系后，选择对对应关节的正转或反转操作从而控制机械臂装置完成相应的动作。优选地，所述复合轴操作模式的具体步骤为：步骤(1)，选择复合轴模式后，通过机械臂装置的各关节进行复合运动以保证爪关节按照指定的方向运动，复合运动的操作分为向前/向后/向左/向右/向上/向下六种运动方式；步骤(2)，选择机械臂装置各关节对应的运动方式，对爪关节的空间坐标进行插补，并通过主控计算机对机械臂进行运动学逆解，得到机械臂装置各关节应到达的位置；步骤(3)，将主控计算机逆解得到的机械臂装置各关节的位置值发送至控制器，由控制器实现对机械臂装置各关节驱动器进行控制，最终驱动各关节运动之指定位置。优选地，所述指定坐标操作模式的具体步骤为：步骤(1)，当选择指定坐标点操作方式后，主控计算机将当前爪关节所在位置设置为起点，将目标位置设置为终点，确定起点与终点的直线方程；步骤(2)，对两点间的直线段按照最小偏差法进行补插，得到补插点的空间坐标，并通过运动学逆解将补插点的空间坐标换算至机械臂装置的各关节对应角度；步骤(3)，主控计算机将计算得到的各关节的角度值发送至控制器，由控制器实现对机械臂装置各关节驱动器进行控制，从而将爪关节按照设定轨迹运动至指定位置。优选地，所述控制方法的步骤1中，在选择对机械臂的操作模式之前还包括系统自检步骤：机械臂系统通电之后，对机械臂系统的电机、驱动器、主控计算机，控制器进行自检，若无故障，执行所述步骤1的操作内容；若有故障，则机械臂系统停止运行，将故障信息在主控计算机上进行显示。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术一种用于危险物品处理系统，通过改进机械臂装置各关节和连杆排布方式，在通过关节爪抓起危险物品的时候，存在两条受力主线，即腰关节的转动轴心线、第二连杆的轴线、第四连杆的轴线所在的平面内的受力主线与所述第一连杆的轴线、第三连杆的轴线所在的平面内的受力主线，在延长机械臂装置作用距离的同时，保障机械臂装置仍具有良好的承重能力；若腰关节、大臂I关节、大臂II关节、大臂III关节、大臂IV关节中任意关节偏离所在平面，则会引起对应关节处受力不平衡而损坏，降低承重能力、降低使用寿命；且两个平行平面之间的距离在提供的首选范围内，利于保障机械臂装置整体具有较高的称重能力；2、本专利技术一种用于危险物品处理系统的控制方法，本专利技术采用最小偏差法进行插补，具有运行效率较高的优点和插补点偏差小的有益效果；此外控制的工作模式包括单轴操作模式、复核轴操作模式和指定坐标点操作模式三种模式供选择，这些操作模式大大提升了实际工作过程中操作的便利性，人机交互性强；3、本专利技术一种用于危险物品处理系统及控制方法，具有作用距离远，自由度多，操作方式灵活等优点，因此，该机械臂系统可以在多种场合下应用，尤其适用于处理危险、易爆等物品或放置地雷标识物等情况下，由于存在两条并排的受力主线，作业范围较宽，适用于对空间较宽敞范围内的排爆、危险作业；此外，现有的机械臂结构复杂、体积笨重可达几百公斤，而本专利技术整体重量可至50公斤左右，体积较轻，方便车载搬运，操作灵活，适用性强；特别是随着目前无人平台的迅速发展，迫切需要一种能够安装于无人平台的机械臂装置，区别于一般工业机械臂装置，该车载机械臂装置要求具有重量轻、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于危险物品处理系统，其特征在于，包括主控计算机(11)、控制器(12)和机械臂装置(13)；所述主控计算机(11)用于完成机械臂装置(13)的运动学模型解算、以及机械臂装置(13)的运动路径规划，主控计算机(11)将解算后的结果发送至控制器(12)，所述运动学模型结算包括运动学正解和运动学逆解；所述控制器(12)依据所述解算结果实现对机械臂装置(13)的操作控制；所述机械臂装置(13)包括腰关节(130)，第一连杆(136)、第二连杆(137)、第三连杆(138)和第四连杆(139)，所述第一连杆(136)的轴向一端通过大臂I关节(131)转动连接设于腰关节(130)的侧壁上、轴向另一端通过大臂II关节(132)与第二连杆(137)的轴向一端转动连接，第二连杆(137)的轴向另一端通过大臂III关节(133)与第三连杆(138)的轴向一端转动连接，第三连杆(138)的轴向另一端通过大臂IV关节(134)与第四连杆(139)转动连接，所述第四连杆(139)的轴向末端设有爪关节(135)；所述腰关节(130)、大臂I关节(131)、大臂II关节(132)、大臂III关节(133)、大臂IV关节(134)内均设有驱动器和执行电机；所述驱动器用于接收控制器(12)的运动控制指令以驱动执行电机完成相应的动作。...

【技术特征摘要】
1.一种用于危险物品处理系统，其特征在于，包括主控计算机(11)、控制器(12)和机械臂装置(13)；所述主控计算机(11)用于完成机械臂装置(13)的运动学模型解算、以及机械臂装置(13)的运动路径规划，主控计算机(11)将解算后的结果发送至控制器(12)，所述运动学模型结算包括运动学正解和运动学逆解；所述控制器(12)依据所述解算结果实现对机械臂装置(13)的操作控制；所述机械臂装置(13)包括腰关节(130)，第一连杆(136)、第二连杆(137)、第三连杆(138)和第四连杆(139)，所述第一连杆(136)的轴向一端通过大臂I关节(131)转动连接设于腰关节(130)的侧壁上、轴向另一端通过大臂II关节(132)与第二连杆(137)的轴向一端转动连接，第二连杆(137)的轴向另一端通过大臂III关节(133)与第三连杆(138)的轴向一端转动连接，第三连杆(138)的轴向另一端通过大臂IV关节(134)与第四连杆(139)转动连接，所述第四连杆(139)的轴向末端设有爪关节(135)；所述腰关节(130)、大臂I关节(131)、大臂II关节(132)、大臂III关节(133)、大臂IV关节(134)内均设有驱动器和执行电机；所述驱动器用于接收控制器(12)的运动控制指令以驱动执行电机完成相应的动作。2.根据权利要求1所述的一种用于危险物品处理系统，其特征在于，所述腰关节(130)、大臂I关节(131)、大臂II关节(132)、大臂III关节(133)和大臂IV关节(134)均为圆柱关节；所述腰关节(130)转动的轴心线方向与大臂I关节(131)的转动轴心线方向、大臂II关节(132)的转动轴心线方向、大臂III关节(133)的转动轴心线方向、以及大臂IV关节(134)的转动轴心线方向垂直；所述大臂I关节(131)、大臂II关节(132)、大臂III关节(133)和大臂IV关节(134)中任意一个的转动轴心线方向与第一连杆(136)、第二连杆(137)、第三连杆(138)和第四连杆(139)中任意一个的轴线方向垂直。3.根据权利要求2所述的一种用于危险物品处理系统，其特征在于，所述腰关节(130)的转动轴心线、第二连杆(137)的轴线、第四连杆(139)的轴线均在同一平面内，所述第一连杆(136)的轴线、第三连杆(138)的轴线均在同一平面内；所述腰关节(130)的转动轴心线、第二连杆(137)的轴线、第四连杆(139)的轴线所在的平面与所述第一连杆(136)的轴线、第三连杆(138)的轴线所在的平面相互平行，且两个平行平面之间的距离大于零。4.根据权利要求3所述的一种用于危险物品处理系统，其特征在于，所述两个平行平面之间的距离大于零且小于第一连杆(136)、第二连杆(137)、第三连杆(138)和第四连杆(139)任一个的轴向长度。5.根据权利要求1所述的一种用于危险物品处理系统，其特征在于，所述第一连杆(136)、第二连杆(137)、第三连杆(138)和第四连杆(139)均采用中空管状结构。6.基于权利要求1至5任一项所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王钤，邓博文，张春华，罗凌江，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51