一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]鑒于主從遙控操作機(jī)器人技術(shù)的重大意義和廣闊的應(yīng)用前景，美、日和歐洲各國競相開發(fā)相關(guān)的技術(shù)。美國NASA針對空間遙控作業(yè)研制出具有初步臨場感的過程機(jī)械手FTS系統(tǒng)和DTF-1系統(tǒng)，并于1993年將其載入航天飛機(jī)中。1993年，德國研制的空間遙操作機(jī)器R0TEX首次在哥倫比亞航天飛機(jī)上進(jìn)行了太空飛行試驗，R0TEX由遙控機(jī)器人和手套式人機(jī)接口以及具有預(yù)見顯示能力的立體圖像系統(tǒng)構(gòu)成。在應(yīng)用較多的海洋開發(fā)中，作業(yè)級遙控?zé)o人水下機(jī)器人(R0V)研究較為廣泛，1999年底，埃及航空公司的990航班在美國紐約附近海域墜毀，就是由美國海軍的“深潛7200 (De印Drone) ”型R0V將飛機(jī)的黑匣子打撈上來。伴隨著通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的遙操作機(jī)器人技術(shù)的研究逐漸發(fā)展起來，改變了互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒅皇侨祟愐曈X和聽覺可以感知的文字、圖像和聲音等信息的局面，使互聯(lián)網(wǎng)成為人類動作行為的載體，從而可實現(xiàn)人類操作功能的延伸。1994年8月，美國加州大學(xué)伯克利分校的Goldberg首次將一臺SCARA型工業(yè)機(jī)器人通過服務(wù)器連接到網(wǎng)絡(luò)上，這是世界上第一臺基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程操作機(jī)器人，它允許操作者通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制該機(jī)器人在充滿沙子的空間中進(jìn)行挖掘作業(yè)。1995年，澳大利亞的Taylor成功地建立了“Australian Tele robot On the Web”，成為當(dāng)今最成功的網(wǎng)上機(jī)器人。當(dāng)遠(yuǎn)程操作者獲得授權(quán)后，可用計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制在澳大利亞實驗室中的機(jī)器人。更有實用意義的是1998年美國NASA的Backes等人建立的WITS系統(tǒng)，分布在各地的專家都可使用該系統(tǒng)對火星漫游機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程規(guī)劃和遠(yuǎn)程操作。英國則積極利用遠(yuǎn)程操作技術(shù)改造傳統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)，并成功地研制了具有力反饋感知功能的遠(yuǎn)程挖掘機(jī)械手。美國和日本則根據(jù)遠(yuǎn)程醫(yī)療的需要，先后開發(fā)出外科手術(shù)輔助遠(yuǎn)程機(jī)器人系統(tǒng)。國內(nèi)對主從式高危作業(yè)機(jī)器人的研究還處于進(jìn)階發(fā)展階段。我國的“863”計劃中，自動化領(lǐng)域智能機(jī)器人主題以及航天領(lǐng)域空間機(jī)器人專題在1993年就開始將遙操作機(jī)器人技術(shù)列為關(guān)鍵技術(shù)加以研究，國內(nèi)有關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)也先后開展了遠(yuǎn)程操作機(jī)器人技術(shù)的理論和應(yīng)用研究。“八.五”期間，由兩所兩校共同承擔(dān)研制的“智水一 II”型AUV搭載有華中理工大學(xué)研制的智能兩功能水下機(jī)械手，并于海洋環(huán)境完成自主模擬系掛炸藥包，切割纜繩的作業(yè)演示。在中船總的領(lǐng)導(dǎo)與組織下，自行研制的以援潛救生為背景的“8A4”型R0V，潛器裝有兩個功能強(qiáng)大的機(jī)械手，帶有多種工具，潛水深度可達(dá)600米，可進(jìn)行各種不同的作業(yè)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研制出的主從式遙控微操作機(jī)器人力反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)主機(jī)械手控制從機(jī)械手抓取物體或進(jìn)行裝置時，從機(jī)械手可將接觸物體時的接觸感覺和抓取物體的重力感覺等反饋到主機(jī)械手.并通過主機(jī)械手上的力觸覺反饋系統(tǒng)，使操作者能夠獲得持續(xù)而穩(wěn)定的接觸力感覺，為進(jìn)一步的微操作機(jī)器人實驗研究奠定了基礎(chǔ)。這是主從式機(jī)器人在微操作領(lǐng)域比較成功的范例，但在面臨高危操作的復(fù)雜環(huán)境中，設(shè)備的操作性能的研究應(yīng)較分析性能占有高一點(diǎn)的比重。
[0003]在其它領(lǐng)域中，醫(yī)療方面，為防止射線對醫(yī)生的危害，常搭建信號傳輸距離很短的主從機(jī)器人系統(tǒng)，如外國的da Vinci robot，這類機(jī)器人系統(tǒng)具有精度高延時小的特點(diǎn)。有效地結(jié)合了手術(shù)醫(yī)生的經(jīng)驗和機(jī)器人定位精確、運(yùn)行穩(wěn)定和操作精度高的特性，可以協(xié)助醫(yī)生完成精細(xì)的手術(shù)動作，減少手術(shù)中因為疲勞產(chǎn)生的誤操作和手部的震顫造成的損傷，從而提高手術(shù)質(zhì)量與安全性，縮短治療時間，減低醫(yī)療成本。軍事方面?！懊酪痢睉?zhàn)爭中，美國派出一批可偵查的高度智能機(jī)器人，由于完全由機(jī)器人“自作主張”，對一些并非可疑的對象進(jìn)行襲擊，一個月后便被全部撤回?？梢姍C(jī)器人自主操作是具有盲目性、程序化的。尤其是在排爆，高危險復(fù)雜的環(huán)境中研究主從式機(jī)器人憑借人思維控制的優(yōu)勢配以和諧便捷的控制結(jié)構(gòu)是十分必要的。
[0004]所以，追求模塊的精準(zhǔn)化，控制的人性化，操作的實時化，交互的遠(yuǎn)程化，功能的創(chuàng)新化就成為了我們主要的研究方向。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種用人手臂及手部動作來直觀、簡單的用于高危作業(yè)的機(jī)器人，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種用于高危作業(yè)的機(jī)器人，包括機(jī)器人車體、機(jī)械臂與頭盔；
[0008]機(jī)器人車體，包括機(jī)器人機(jī)械臂、履帶底盤、太陽能帆板與攝像頭裝置，機(jī)器人機(jī)械臂、太陽能帆板均放置在履帶底盤上，太陽能帆板的中部位置設(shè)有支撐桿，且支撐桿固定在履帶底盤上，支撐桿頂端設(shè)有攝像頭裝置；
[0009]機(jī)器人機(jī)械臂包括軸承、小斜桿、斜桿、橫軸、機(jī)械手、電鉆與舵機(jī)裝置，舵機(jī)裝置包括機(jī)械臂轉(zhuǎn)動舵機(jī)、機(jī)械臂肘部舵機(jī)、手腕拍動舵機(jī)、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)、機(jī)械手張合舵機(jī)與手腕轉(zhuǎn)動舵機(jī)，小斜桿安裝在軸承上的轉(zhuǎn)動臺上，軸承內(nèi)部設(shè)有機(jī)械臂轉(zhuǎn)動舵機(jī)，且機(jī)械臂轉(zhuǎn)動舵機(jī)連接轉(zhuǎn)動臺；小斜桿上通過轉(zhuǎn)動軸連接斜桿，小斜桿與斜桿的連接處還設(shè)有機(jī)械臂肘部舵機(jī)，斜桿的另一端通過轉(zhuǎn)動軸連接橫軸，斜桿與橫軸的連接處設(shè)有手腕轉(zhuǎn)動舵機(jī)，橫軸的另一端設(shè)有機(jī)械手、電鉆，橫軸的另一端設(shè)有手腕拍動舵機(jī)、功能轉(zhuǎn)換舵機(jī)，機(jī)械手的下方設(shè)有機(jī)械手張合舵機(jī)；
[0010]攝像頭裝置包括攝像頭、第一天線、無線圖傳、第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、二自由度舵機(jī)云臺，二自由度舵機(jī)云臺安裝在支撐桿頂端，二自由度舵機(jī)云臺的下方設(shè)有第一舵機(jī)，二自由度舵機(jī)云臺的上方通過第二舵機(jī)連接無線圖傳，攝像頭設(shè)置在無線圖傳上，無線圖傳的另一側(cè)設(shè)有第一天線；
[0011]機(jī)械臂包括右手機(jī)械臂與左手機(jī)械臂；右手機(jī)械臂包括右手套、右肘套與右控制裝置；右手套與右肘套通過右控制裝置連接；右控制裝置由第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一單片機(jī)控制板與第一電源組成；第一慣導(dǎo)模塊、電位器、第一電源均與第一單片機(jī)控制板連接；第一慣導(dǎo)模塊、電位器安裝在右手套上，第一單片機(jī)控制板與第一電源安裝在右肘套上；第一單片機(jī)控制板包括第二天線、第一無線模塊、第二慣導(dǎo)模塊、第一單片機(jī)、供電端子，第二天線、第一無線模塊、第二慣導(dǎo)模塊、供電端子均與第一單片機(jī)連接；左手機(jī)械臂包括左手套、左肘套與左控制裝置；左控制裝置包括第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器和無線串口模塊、第二電源、單片機(jī)使能開關(guān)；第二單片機(jī)控制板分別與傾角傳感器、無線串口模塊、第二電源、單片機(jī)使能開關(guān)連接；左手套上設(shè)有傾角傳感器與單片機(jī)使能開關(guān)；左肘套上安裝第二單片機(jī)控制板、傾角傳感器、無線串口模塊；
[0012]頭盔包括頭盔本體、攝像頭視頻顯示屏、電池、第三慣導(dǎo)模塊、第三單片機(jī)、第二無線模塊、第三舵機(jī)、工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體上設(shè)有安裝攝像頭視頻顯示屏的面罩，攝像頭視頻顯示屏的兩側(cè)設(shè)有工作狀態(tài)指示燈，頭盔本體內(nèi)部設(shè)有電池、第三單片機(jī)、第二無線模塊、第三舵機(jī)，頭盔本體頂部設(shè)有第三慣導(dǎo)模塊，第三單片機(jī)均與電池、第二無線模塊、第三舵機(jī)、第三慣導(dǎo)模塊連接。
[0013]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:履帶底盤上設(shè)有直流電機(jī)、傾角傳感器。
[0014]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:無線圖傳采用NRF24L01。
[0015]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:第一慣導(dǎo)模塊與第二慣導(dǎo)模塊均采用GY-953。
[0016]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:第一單片機(jī)采用IAP15F2K61S2。
[0017]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:第一無線模塊采用NRF24L01。
[0018]作為本實用新型進(jìn)一步的方案:攝像頭視頻顯示屏采用1602液晶屏。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0020]本實用新型主要應(yīng)用了高速單片機(jī)STC15控制技術(shù)、慣導(dǎo)模塊GY-953控制技術(shù)、利用現(xiàn)有的無線通信技術(shù)以及圖像傳輸技術(shù)?？刂撇糠质潜緦嵱眯滦偷暮诵牟糠?，本實用新型提出了一種不同于以往的控制方式，拋棄了原有的鍵盤、搖桿等非直觀控制方式，選擇了用人手臂及手部動作來直觀、簡單的控制機(jī)器人。
[0021]機(jī)器人車體的機(jī)器人機(jī)械臂，利用慣導(dǎo)模塊采集到的人手臂不同姿勢的角度信息，通過無線模塊傳輸?shù)蕉鏅C(jī)裝置，使得機(jī)械臂能夠根據(jù)人手臂及手部的姿勢，實現(xiàn)主從式同步動作。履帶底盤的移動利用傾角傳感器采取手勢操控，便于穿戴和靈活控制。機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)采用履帶結(jié)構(gòu)，能跨越10cm高的障礙，轉(zhuǎn)彎半徑小于lm。
[0022]機(jī)器人的機(jī)械手部分利用單片機(jī)的AD功能，電位器的轉(zhuǎn)動能采集到線性變化的數(shù)據(jù)，手指關(guān)節(jié)的動作比較簡單，只有手值拍動這一個動作，采用電位器固定在手指處采集轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)，在不影響精確性的情況下這是最經(jīng)濟(jì)、簡單的方法。
[0023]機(jī)器人車體具有一只四自由度機(jī)械手，作業(yè)的最大高度達(dá)到30cm。機(jī)械臂最低可水平伸出距地面0.2m，可抓取可疑物品；機(jī)械臂縱向旋轉(zhuǎn)180°，機(jī)械腕橫向旋轉(zhuǎn)360°，以適應(yīng)不同位置、不同角度放置物體的抓取。抓取器最大開度達(dá)15cm。突出特點(diǎn)是具有遙控移動探測及抓取、銷毀爆炸物多種作業(yè)功能，可根據(jù)使用要求裝切割器、水炮槍、X光機(jī)等多種作業(yè)工具和裝置。
[0024]機(jī)器人車體裝有具有攝像云臺的