本發(fā)明涉及?；芤禾崛〖皺z測領(lǐng)域，具體說是一種基于移動機器人的多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

生產(chǎn)制造、醫(yī)療衛(wèi)生、核試驗與核電、冶金化工等行業(yè)諸多場所產(chǎn)生大量組分復(fù)雜、濃度不均、腐蝕性大、放射性高的?；芤海瑢θ?、動物以及環(huán)境極易造成嚴重傷害。此類?；芤阂话悴捎酶綦x的辦法存儲在封閉空間中，經(jīng)過收集存儲、取樣檢測、凈化處理以及排放等步驟，用稀釋或固化等方法處理后，轉(zhuǎn)換成小體積的濃縮物并加以貯藏，待腐蝕性和放射性小于最大允許排放指標后，將其排于環(huán)境中進行掩埋或擴散。?；芤旱娜訖z測是處理過程中非常重要的環(huán)節(jié)，此階段將對?；芤旱某煞旨昂窟M行檢測，只有充分檢測后才能找到有效的?；芤禾幚矸椒?，只有經(jīng)過嚴格處理后才能將其危害降低到最低。

危化溶液取樣檢測時需采用先進的方法和手段少量提取溶液，進行成分和含量分析。從已公開的記錄和資料來看，大部分危化溶液提取采用的是基于真空吸取的方式構(gòu)建的固定?；芤禾崛⊙b置，該裝置主要由真空泵、吸取管、控制開關(guān)以及攝像頭等組成，與?；芤禾幚碓O(shè)備一起固定在某個地方，在人工的參與下完成危化溶液的提取，該類裝置出于穩(wěn)定性考慮幾乎沒有采用精確提取控制的措施，所以難以實現(xiàn)?；芤旱亩亢碗S機抽檢。缺少靈活的提取手段和無法精確定量提取等問題成為制約?；芤禾幚硇侍嵘钠款i，由于采用的是固定式溶液提取裝置，不能自由移動操作，當裝置發(fā)生故障或危化溶液組分變化的情況下，固定式溶液提取裝置無法勝任抽檢工作，嚴重時造成?；芤禾幚頃和＃a(chǎn)線停機，帶來巨大的經(jīng)濟損失。

另外，許多場合沒有固定式?；芤禾崛≡O(shè)備，當提取的?；芤悍N類比較多、距離比較遠、工作環(huán)境比較惡劣時，需要人進入不同的環(huán)境甚至是高危環(huán)境中手工操作，出現(xiàn)（1）人較長時間處在惡劣環(huán)境中作業(yè)，易受到傷害；（2）危化溶液取量不準，作業(yè)效率較低；（3）多余?；芤翰灰滋幚淼葐栴}。這些問題已嚴重影響?；芤簷z測環(huán)節(jié)的處理效率和人的安全性。

由于機械臂具有靈活控制、重復(fù)勞動、環(huán)境要求低等特點，使得目前危化溶液處理過程中逐漸采用基于機械臂的?；芤鹤詣犹崛≡O(shè)備進行?；芤禾崛」ぷ?，并結(jié)合快速移動平臺形成移動機器人，可替代人工進行各項危險操作。但當前的機械臂多采用常規(guī)結(jié)構(gòu)的六關(guān)節(jié)機械臂，存在機械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、控制部件多、定位精度不高等缺陷，并在防輻防腐保護、高效抓取等方面存在不足，其內(nèi)部執(zhí)行電氣元器件易受到輻射和腐蝕而產(chǎn)生故障，致使整個操作系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤運行而不能高效工作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，本發(fā)明提供了一種基于移動機器人的能夠適應(yīng)不同復(fù)雜環(huán)境的多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)，其能與移動平臺很好的結(jié)合，形成移動機械臂，更加高效地完成移動和操作的工作任務(wù)。

本發(fā)明由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于移動機器人的多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)，所述多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)位于移動小車系統(tǒng)上，所述多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)包括機械本體、伺服驅(qū)動模塊及控制模塊；所述機械本體包括執(zhí)行單元、機械臂本體及傳感部件；所述控制模塊包括多關(guān)節(jié)機械臂PLC控制器和運動控制模塊；所述多關(guān)節(jié)機械臂PLC控制器分別與移動小車系統(tǒng)、傳感部件以及通過運動控制模塊和伺服驅(qū)動模塊相連；所述執(zhí)行單元與伺服驅(qū)動模塊相連。

進一步的，所述機械臂本體依次由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸構(gòu)成，其中基座與底座、底座與大臂、大臂與小臂之間為轉(zhuǎn)動副，小臂與末端伸縮軸之間為移動副，且小臂與末端伸縮軸之間夾角保持為90°。

進一步的，所述執(zhí)行單元包括直流伺服電機、減速器、軸承及軸承座。

進一步的，所述基座、底座、大臂采用中空鋁制鑄件，所述小臂采用實心鋁制鑄件。

進一步的，所述多關(guān)節(jié)機械臂PLC控制器內(nèi)部存儲有機械臂抓取危化溶液、存儲?；芤阂约稗D(zhuǎn)運?；芤旱目刂瞥绦蚝托盘柼幚沓绦颉?/p>

進一步的，所述基座底部設(shè)置有固定板，所述固定板與移動小車系統(tǒng)通過螺栓剛性連接。

進一步的，所述移動小車系統(tǒng)包括移動小車PLC控制器，所述移動小車PLC控制器與多關(guān)節(jié)機械臂PLC控制器相連，并采用主從控制模式。

進一步的，所述多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)進行了防輻射處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的機械臂結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈少、定位精確、性能穩(wěn)定，同時具有防輻射耐腐蝕能力，能適應(yīng)多種特殊工作環(huán)境；能與移動平臺很好的結(jié)合，形成移動機械臂，更加高效地完成移動和操作的工作任務(wù)；采用先進的自動化和信息化技術(shù)，提升機械臂的智能化水平，易于與其他系統(tǒng)實現(xiàn)集成，降低信息孤島；采用遠程控制的方式，使人與危險環(huán)境隔離，明顯降低了人的勞動強度和安全風險，使人的工作環(huán)境得到較大改善。

多關(guān)節(jié)機械臂采用三個旋轉(zhuǎn)軸和一個移動軸的機械結(jié)構(gòu)，繼承了六關(guān)節(jié)機械臂工作范圍大和定位精度高的優(yōu)點，同時在機械臂末端設(shè)計一個移動軸，可使機械臂快速移動進行?；芤禾崛『妥ト〉炔僮鳎瑥亩谳^大范圍內(nèi)準確快速地進行?；芤禾崛∨c處理工作。

多關(guān)節(jié)機械臂與移動小車系統(tǒng)采用高強度螺栓剛性連接，能夠保證操作過程的平穩(wěn)，使多功能機械臂與移動小車系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上有效集成在一起；同時多功能機械臂采用工業(yè)級PLC作為核心控制器，與移動小車系統(tǒng)采用主從控制模式，從而使多功能機械臂與移動小車系統(tǒng)在控制上邏輯嚴謹、穩(wěn)定可靠地工作。

多關(guān)節(jié)機械臂機械各個軸及伺服電機表面經(jīng)高密度鉛板包裹進行全封閉防輻射耐腐蝕處理，控制部分和伺服驅(qū)動部分置于移動小車內(nèi)部，防止關(guān)鍵電氣部件被輻射產(chǎn)生故障，減輕輻射的影響，從而使機械臂能在高危環(huán)境下安全工作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖。

圖3為本發(fā)明的移動機器人結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的移動機器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的控制指令及傳遞過程網(wǎng)狀圖。

圖6為本發(fā)明的無線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。

圖7為本發(fā)明的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖。

圖8為本發(fā)明的總控制臺軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖9為本發(fā)明的本發(fā)明的總控制臺外形結(jié)構(gòu)圖。

圖10為本發(fā)明的移動小車系統(tǒng)模塊框圖。

圖11為本發(fā)明的移動小車本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖12為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)模塊框圖。

圖13為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機械臂本體外形圖。

圖14為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機械臂結(jié)構(gòu)原理圖。

圖15為本發(fā)明的機械臂各軸控制驅(qū)動原理圖。

圖16為本發(fā)明的機械臂主從站控制模式。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式進一步說明本發(fā)明。

根據(jù)危化溶液的特點和自動定量提取的流程，考慮操作安全性以及功能的可靠實現(xiàn)，設(shè)計一種基于移動機器人的?；芤鹤詣佣刻崛∠到y(tǒng)，工作原理如圖1所示。整體采用控制機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)分離的思想，移動機器人系統(tǒng)作為執(zhí)行機構(gòu)放置在高危環(huán)境內(nèi)部，總控制臺作為控制機構(gòu)放在高危環(huán)境外部，適用于放射性高、化學(xué)成分不確定、品種類型多、安全要求高的?；芤弘S機定量提取要求的場景，具有良好的靈活性。

如圖2所示：該系統(tǒng)包括總控制臺系統(tǒng)、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)及電源系統(tǒng)等。其中，移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)以及視覺超聲波檢測系統(tǒng)構(gòu)成移動機器人系統(tǒng)。

如圖3所示：所述移動機器人包括移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)及危化溶液存儲系統(tǒng)，且多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)均布置于移動小車系統(tǒng)上；所述總控制臺系統(tǒng)基于通訊網(wǎng)絡(luò)與移動小車系統(tǒng)通信連接，并通過移動小車系統(tǒng)獲取移動機器人上各系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，同時發(fā)送取液信息和運動指令給移動小車系統(tǒng)；所述移動小車系統(tǒng)接收并轉(zhuǎn)發(fā)總控制臺系統(tǒng)發(fā)出的取液信息和運動指令，實現(xiàn)移動機器人在?；芤翰杉头胖镁€路上的移動；所述移動小車系統(tǒng)分別與多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)和?；芤捍鎯ο到y(tǒng)相連，所述多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)與夾具系統(tǒng)相連，所述視頻超聲波檢測系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與總控制臺系統(tǒng)通信連接。

圖4為移動機器人的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制圖，總控制臺系統(tǒng)作為指令發(fā)送和實時數(shù)據(jù)處理中心，通過通訊模塊實時與移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)等主系統(tǒng)，視覺超聲波檢測系統(tǒng)、多功能夾具系統(tǒng)以及?；芤捍鎯ο到y(tǒng)等輔助系統(tǒng)聯(lián)系起來，構(gòu)成高危環(huán)境下移動機器人控制系統(tǒng)。

具體的，總控制臺系統(tǒng)通過有線與無線的混合局域網(wǎng)與無線通訊模塊連接，無線通訊模塊通過以太網(wǎng)接口與移動小車系統(tǒng)的PLC控制器相連。移動小車系統(tǒng)與多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)采用主從控制模式，即移動小車系統(tǒng)的PLC控制器作為主站，多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)的PLC控制器作為從站，兩者通過Prifibus DP模塊接口連接，用于執(zhí)行移動和操作行為，且多關(guān)節(jié)機械臂基座安裝在移動小車頂部前端。?；芤捍鎯ο到y(tǒng)安裝在移動小車頂部后端，其量杯重量傳感器和氣動密封蓋電磁閥通過O/I模塊與移動小車PLC控制器集成在一起，用于危化溶液安全存儲和搬運。多功能夾具系統(tǒng)安裝在機械臂末端，其檢測傳感器、氣動系統(tǒng)電磁閥等通過O/I模塊與機械臂控制器集成在一起，用于?；芤憾刻崛『蛫A取。安裝在移動小車內(nèi)部的電源系統(tǒng)為主系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)提供移動、操作、檢測所需的能量，由無線充電裝置、鋰離子電池組以及電源管理模塊等三部分組成，其中電源管理模塊為由MCU微控單元、PMIC電源管理集成電路以及各種傳感器組成的電源控制裝置。

圖5為本發(fā)明的控制指令及傳遞過程網(wǎng)狀圖，系統(tǒng)控制指令及傳遞過程描述為，工作時總控制臺通過指令輸入與發(fā)送模塊經(jīng)無線傳輸裝置發(fā)送?；芤禾崛?shù)信號、動作指令信號給移動小車系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)以及電源系統(tǒng)，三大系統(tǒng)及其輔助系統(tǒng)自檢無誤后開始工作。移動小車按照指令移動，完成規(guī)定任務(wù)后發(fā)送動作指令給多關(guān)節(jié)機械臂，使機械臂進行相應(yīng)的?；芤禾崛∨c抓取操作，機械臂動作的同時?；芤捍鎯ο到y(tǒng)按照移動小車的控制指令配合機械臂工作。另外，視覺超聲波檢測系統(tǒng)將現(xiàn)場采集到的視頻信息和超聲波數(shù)據(jù)采集信息返回給主控臺。電源系統(tǒng)給各個子系統(tǒng)供電，并把電池狀態(tài)反饋給總控臺。

圖6為無線通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，在高危環(huán)境內(nèi)外，構(gòu)建基于IEEE 802.11b/g/a/h通訊協(xié)議的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)載體，連接總控制臺、移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)等，構(gòu)成高危環(huán)境下的控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等傳輸?shù)挠行ǖ馈?/p>

通訊系統(tǒng)主要由無線AP、無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置、局域網(wǎng)等組成，其中局域網(wǎng)是基于IEEE802.3通訊協(xié)議構(gòu)建的以太網(wǎng)，總控制臺通過有線的方式直接連接局域網(wǎng)；無線AP和無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置為可尋址的裝置，無線AP通過有線方式直接連接局域網(wǎng)，無線通訊裝置一端與移動小車系統(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等通過以太網(wǎng)接口連接，另一端通過WIFI網(wǎng)絡(luò)與AP無線連接，從而實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

圖7為本發(fā)明的總控制臺系統(tǒng)軟硬件框架圖，總控制臺由顯示器、主控計算機、實時通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)通訊模塊等硬件和監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)、后臺數(shù)據(jù)庫、服務(wù)軟件等軟件構(gòu)成。通過有線與無線混合局域網(wǎng)的方式與移動小車系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)、?；芤捍鎯ο到y(tǒng)、視覺超聲波檢測系統(tǒng)等實時通訊，獲取其狀態(tài)參數(shù)，同時發(fā)送取液信息和運動指令給各個模塊，實現(xiàn)移動機器人的遠程遙控。

監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)基于Windows平臺開發(fā)，安裝在主控計算機上，具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護模塊、取液信息輸入和指令發(fā)送模塊、移動機器人工作狀態(tài)監(jiān)控模塊、視覺超聲波監(jiān)控模塊、安全防護報警模塊以及實時數(shù)據(jù)通訊模塊等六大模塊。

圖8為總控制臺系統(tǒng)的軟硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主控計算機、數(shù)據(jù)服務(wù)器、視頻服務(wù)器等以總線的形式連接在以太網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，主控計算機與各個服務(wù)器實時通訊，便于監(jiān)控軟件進行數(shù)據(jù)查詢和處理。實時通訊服務(wù)器上面安裝有通訊服務(wù)軟件，及時抓取主控計算機下達的指令給各個子系統(tǒng)，同時抓取各個子系統(tǒng)反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)服務(wù)器和視頻服務(wù)器上。數(shù)據(jù)服務(wù)器上安裝關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控軟件提供數(shù)據(jù)存儲支撐，實時存儲各項操作數(shù)據(jù)、反饋數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)維護數(shù)據(jù)、安全運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、發(fā)送指令歷史數(shù)據(jù)等。視頻服務(wù)器實時存儲視覺超聲波系統(tǒng)采集到的視頻信息和超聲波高度檢測信息。

圖9為本發(fā)明的總控制臺的一種外形結(jié)構(gòu)圖，采用人機工程學(xué)思想設(shè)計外觀，由兩個顯示器、一個操作臺以及總控臺殼體組成，其中兩個顯示器一個用于可視化監(jiān)控，一個用于控制指令發(fā)送和接收；總控臺殼體由不銹鋼材料制成，表面敷設(shè)1毫米厚鉛皮，起防輻射、耐腐蝕作用。

圖10為本發(fā)明的移動小車系統(tǒng)模塊框圖，移動小車系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的移動裝置，包括機械本體、控制模塊、驅(qū)動模塊、導(dǎo)航模塊、通訊模塊等五個主要部分。所述移動小車系統(tǒng)包括機械本體、控制模塊、驅(qū)動模塊、導(dǎo)航模塊及通訊模塊；所述機械本體用于提供移動機器人運動的物理結(jié)構(gòu)；所述控制模塊通過通訊模塊和總控制臺系統(tǒng)相連，所述控制模塊通過驅(qū)動模塊與機械本體相連；所述導(dǎo)航模塊與控制模塊相連。

圖11為本發(fā)明的移動小車系統(tǒng)本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，移動小車機械本體，由小車本體、轉(zhuǎn)向機構(gòu)以及傳感部件組成，其中小車本體呈長方體形狀，車體框架采用鋁合金型材，進行全封閉放輻射處理，車體外部敷設(shè)1~2mm厚的鉛皮作為屏蔽材料；小車頂部為主要承載部分，靠前位置有沿圓周均布四個螺紋孔的多關(guān)節(jié)機械臂安裝孔，通過螺栓連接使移動小車與多關(guān)節(jié)機械臂的基座固定板連在一起；車體頂部靠后位置有?；芤捍鎯ρb置安裝座，通過螺栓與危化溶液存儲裝置上的安裝座剛性連接；車體左右兩邊底部分布有兩對對稱的四個麥克拉姆輪，構(gòu)成小車的移動部分；車體正右側(cè)布置有信號收發(fā)天線，信號收發(fā)天線與小車內(nèi)部的無線通訊裝置連接，構(gòu)成小車的無線通訊模塊。

小車內(nèi)部根據(jù)合理利用空間的原則，為三層安裝結(jié)構(gòu)，邏輯連接關(guān)系參見“移動機器人系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖”，第一層為上層，主要為多關(guān)節(jié)機械臂的控制部件、無線通訊裝置和視覺超聲波處理裝置，具體多關(guān)節(jié)機械臂的控制部件包括1個多關(guān)節(jié)機械臂控制器、1個運動控制模塊、4個機械臂關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動器，無線通訊裝置為1套基于無線WIFI的無線通訊裝置，視覺超聲波處理裝置為1套基于CCD相機和超聲波的位置檢測裝置；第二層為中間層，主要為移動小車的控制部件、氣動系統(tǒng)，具體移動小車的控制部件包括1個移動小車控制器、1個運動控制模塊、4個移動小車輪子的伺服驅(qū)動器，氣動系統(tǒng)包括1套?；芤捍鎯ρb置氣動裝置，1套多功能夾具裝置三爪氣動夾具氣動裝置， 1套多功能夾具裝置定量取液裝置的氣動裝置；第三層為底層，為各個裝置提供動力的電源裝置，具體的有一組鋰電池串和1個電源管理裝置。小車底部四角方向布置有4個麥克拉姆輪伺服電機和電機減速器、中間位置布置有一套磁感應(yīng)導(dǎo)航用的導(dǎo)航傳感器和地標傳感器、一個無線充電接收器。

移動小車轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用基于麥克拉姆輪的四輪獨立驅(qū)動的方式進行小車運動控制。麥克拉姆輪由兩個輪轂和一定數(shù)量的小輥子組成，采用兩端支撐結(jié)構(gòu)，小輥子軸線與輪轂軸線夾角為±45°，兩者材料均采用耐腐蝕防輻射材料。四個麥克拉姆輪中兩個左旋結(jié)構(gòu)和兩個右旋結(jié)構(gòu)，以兩左兩右四輪對稱布置的方式安裝在移動小車車體左右兩邊；每個麥克拉姆輪與一個直流伺服電機和電機減速器直連，通過對四個輪子不同的速度控制，實現(xiàn)小車不同方向的運動。

控制模塊：包括PLC控制器和運動控制模塊，移動小車采用PLC控制器加運動控制模塊等方式進行運動控制，其中PLC主要負責與總控制臺通訊，通過WIFI通訊方式及時接收總控制臺發(fā)出的控制指令和反饋小車運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；運動控制模塊負責執(zhí)行PLC接收的信號指令，對移動小車反饋的導(dǎo)航信號、位置信號進行實時處理和計算，輸出控制信號給直流伺服驅(qū)動器。另外，移動小車整體采用上位機與下位機結(jié)合的開放式控制模式，其中上位機為總控制臺系統(tǒng)，下位機為移動小車系統(tǒng)的PLC控制器。

驅(qū)動模塊：移動小車驅(qū)動采用直流伺服電機驅(qū)動器和直流伺服電機，直流伺服電機驅(qū)動器一端與移動小車PLC控制器中的運動控制模塊相連，一端與直流伺服電機相連。PLC控制器的運動控制模塊發(fā)送數(shù)字量高速脈沖信號給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器采用位置控制模式根據(jù)控制信號和伺服電機反饋的信號產(chǎn)生脈沖形式的PWM信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動伺服電機，伺服電機根據(jù)伺服驅(qū)動器發(fā)出的脈沖和方向信號進行啟動、停止、反轉(zhuǎn)以及變速等動作。

導(dǎo)航模塊：該模塊由磁傳感器和鋪設(shè)在地面的磁條組成，其中磁傳感器分為磁導(dǎo)傳感器和磁地標傳感器，磁條分為導(dǎo)引磁條和地標磁條。磁感應(yīng)對高危環(huán)境的敏感度不高，故采用磁條導(dǎo)航的方式設(shè)計移動小車的導(dǎo)航模塊，小車底部靠前位置安裝有磁導(dǎo)航傳感器和地標傳感器，用于檢測在地面預(yù)定鋪設(shè)的導(dǎo)引磁條和地標磁條。移動小車運行時，磁導(dǎo)航傳感器垂直于磁條上方一定距離，采集磁條的磁場強度，判斷磁條相對于磁導(dǎo)航傳感器偏離位置，據(jù)此移動小車自動調(diào)整，確保沿磁條前行。地標傳感器不斷讀取地標磁條，并據(jù)此判斷運行位置和改變運行狀態(tài)。地標磁條垂直于導(dǎo)航磁條方向，貼在導(dǎo)航磁條旁邊的地面上。

通訊模塊：由無線通訊裝置和信號收發(fā)天線組成，其中無線通訊裝置為無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，安裝在移動小車內(nèi)部第一層，信號收發(fā)天線安裝在移動小車外部右側(cè)。無線通訊模塊一端采用無線局域網(wǎng)標準協(xié)議IEEE 802.11b/g/a/h，與總控制臺實時無線連接，及時獲取總控臺發(fā)出的取液指令和運動指令，同時將移動小車以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的狀態(tài)及時報告給總控臺。無線通訊模塊另一端與移動小車PLC控制器通過以太網(wǎng)口相連，及時將總控臺發(fā)出的取液指令和運動指令傳遞給移動小車PLC，同時將移動小車PLC收到的反饋信號傳遞給總控制臺。

圖12為本發(fā)明的多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)模塊框圖，所述多關(guān)節(jié)機械臂系統(tǒng)是根據(jù)高危環(huán)境?；芤憾刻崛√攸c設(shè)計的一個集機械、控制、電氣于一體的開鏈連桿式和直角坐標式混合型關(guān)節(jié)機器人，工作范圍最遠達到2米，通過螺栓安裝在移動小車頂部，與移動小車協(xié)作完成危化溶液提起、?；芤恨D(zhuǎn)運、?；芤悍胖玫裙ぷ?。主要包括機械本體、伺服驅(qū)動以及運動控制部分。

如圖13、14所示，機械本體由執(zhí)行單元、機械臂本體、傳感部件組成。執(zhí)行單元由伺服電機、減速器、軸承及軸承座等部件組成。傳感部件為檢測各個軸伺服電機的角度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等參數(shù)的傳感器。機械臂本體由基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸構(gòu)成，共有四個自由度，其中基座與底座、底座與大臂、大臂與小臂之間為轉(zhuǎn)動副，小臂與末端伸縮軸之間為移動副，且小臂與末端伸縮軸之間夾角保持為90°。

機械臂基座采用矩形截面的中空鋁制鑄件，內(nèi)部安裝底座的直流伺服驅(qū)動電機、減速器、軸承以及軸承座等零部件，基座底部為一帶有沿圓周均布四個螺紋孔的固定板，此固定板與移動小車上的多關(guān)節(jié)臂安裝孔通過螺栓剛性連接在一起。底座采用圓形截面的中空鋁制鑄件，內(nèi)部安裝有大臂的直流伺服驅(qū)動電機、減速器、軸承以及軸承座等零部件。大臂采用圓形截面的中空薄壁鋁制鑄件，內(nèi)部安裝有小臂的直流伺服驅(qū)動電機、減速器、軸承以及軸承座等零部件。小臂采用圓形截面的實心鋁制鑄件，末尾安裝有末端伸縮軸的執(zhí)行部件，即伺服電機、同步帶、螺母滾珠絲杠等零部件。末端伸縮軸由伺服電機、同步帶、螺母滾珠絲杠和末端執(zhí)行器組成，在滾珠絲杠運動副里面采用螺母驅(qū)動的方式，使絲杠螺母在直流伺服電機經(jīng)同步帶驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，從而帶動絲杠進行垂直方向的直線運動。

機械本體各個軸及伺服電機表面均敷設(shè)鉛皮，放置在移動小車外部；控制部分和伺服驅(qū)動部分放置在移動小車內(nèi)部，減輕輻射的影響。

如圖15所示，多關(guān)節(jié)機械臂伺服驅(qū)動模塊采用直流伺服控制的方式設(shè)計伺服驅(qū)動模塊，伺服驅(qū)動器與機械臂PLC控制器相連，其作用過程為：PLC控制器的驅(qū)動器模塊發(fā)送數(shù)字量高速脈沖信號經(jīng)運動控制模塊傳遞給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器采用位置控制模式根據(jù)控制信號和伺服電機反饋的信號產(chǎn)生脈沖形式的PWM信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動伺服電機。伺服電機安裝在基座、底座、大臂、小臂以及末端伸縮軸內(nèi)部，根據(jù)伺服驅(qū)動器發(fā)出的脈沖和方向信號伺服電機進行啟動、停止、反轉(zhuǎn)以及變速等動作。

如圖16所示，多關(guān)節(jié)機械臂控制模塊，采用PLC控制器加運動控制模塊的方式，機械臂PLC內(nèi)部存儲有機械臂抓取?；芤旱?、存儲危化溶液以及轉(zhuǎn)運?；芤旱目刂瞥绦蚝托盘柼幚沓绦?，負責與移動小車實時通訊，及時接收?；芤鹤ト】刂浦噶睿答伓嚓P(guān)節(jié)臂運行狀態(tài)數(shù)據(jù)；運動控制模塊接收PLC發(fā)送的計算指令，對多關(guān)節(jié)機械臂各個關(guān)節(jié)反饋的轉(zhuǎn)角和位置信號進行實時處理和計算，輸出控制信號給直流伺服驅(qū)動器。

多關(guān)節(jié)機械臂控制模式采用主站與從站的控制模式，其中主站為移動小車控制器，從站為多關(guān)節(jié)機械臂控制器，兩者之間通過Profigbus DP協(xié)議和相應(yīng)接口進行連接。移動小車PLC通過WIFI通訊方式與總控制臺實時通訊，及時接收總控制臺發(fā)出的控制指令，反饋運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時與多關(guān)節(jié)機械臂的控制器實時通訊，下達簡單的指令，獲取機械臂工作狀態(tài)參數(shù)。

對于具體實施方式的理解的描述僅僅是為幫助理解本發(fā)明，而不是用來限制本發(fā)明的。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可以利用本發(fā)明的思想進行一些改動和變化，只要其技術(shù)手段沒有脫離本發(fā)明的思想和要點，仍然在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。