專利名稱：混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種三自由度機(jī)器人檢測裝置及方法，特別是一種混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置。
背景技術(shù)：
[0002]三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人以其高剛度、高精度、高負(fù)載及結(jié)構(gòu)緊湊等特點，迅速應(yīng)用于大件裝配、運動模擬、空間對接、加工制造等領(lǐng)域。在專利申請?zhí)枮?200910233341. 2的專利文獻(xiàn)中，公開了《空間三維平動自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)構(gòu)》，該混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新出了特殊的混合驅(qū)動裝置，該機(jī)構(gòu)是一種新型的、結(jié)構(gòu)簡單的、并兼容了傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)器人的高效率、高承載力、高可調(diào)性及大負(fù)載運轉(zhuǎn)等的特點， 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械缺乏的柔性和伺服機(jī)構(gòu)不能承受大載荷的缺陷。實現(xiàn)高性能運動輸出的新型空間三維平動自由度柔索并聯(lián)機(jī)器人。在專利申請?zhí)枮?01010580191. 5的專利文獻(xiàn)中，公開了《三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人控制裝置及方法》，完善了該混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人運動的靈活性、穩(wěn)定性和精確性，提供了一種新型的、較為先進(jìn)的空間三維平動自由度柔索并聯(lián)機(jī)器人控制裝置及方法。雖然彌補(bǔ)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的慣性大、非線性以及易受系統(tǒng)模型的參數(shù)攝動、重物塊在運動中隨機(jī)風(fēng)等外界干擾的影響，但仍然容易出現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人包括運行中斷、負(fù)荷超載等故障，也不能實現(xiàn)實時監(jiān)控，不能保證并聯(lián)機(jī)器人的高效率工作，直接影響機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及可靠性，機(jī)器人的使用安全性和壽命也將大大降低。發(fā)明內(nèi)容[0003]本實用新型的目的是要提供一種混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，解決并聯(lián)機(jī)器人容易出現(xiàn)包括運行中斷、負(fù)荷超載等故障，不能實現(xiàn)實時監(jiān)控，不能保證并聯(lián)機(jī)器人的高效率工作，直接影響機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及可靠性的問題。[0004]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本實用新型的檢測裝置主要由傳感器組、信號處理中心及控制中心三大部分組成；其中所述傳感器組包括重力傳感器、光柵位移傳感器、張力傳感器、視覺傳感器；所述的信號處理中心包括信號調(diào)理電路、無線信號收發(fā)電路、微控制器單元和測量工控機(jī)；所述的控制中心包括報警電路、反饋電路、主工控機(jī)、顯示設(shè)備和伺服電機(jī)；在并聯(lián)機(jī)器人運行時，傳感器組通過調(diào)理電路及無線收發(fā)電路與信號處理中心的測量工控機(jī)連接，信號處理中心的測量工控機(jī)通過通信裝置與控制中心的主工控機(jī)連接，主工控機(jī)通過伺服電機(jī)與傳感器組中的視覺傳感器相連，從而完成信號采集、調(diào)理、分析以及最終的電機(jī)定位、視覺傳感器呈現(xiàn)故障點。[0005]所述的傳感器組共有10個傳感器，包括重力傳感器1個、光柵位移傳感器3個、張力傳感器4個和2個視覺傳感器；其中所述的重力傳感器和光柵位移傳感器均安裝在柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺上，張力傳感器安裝在四根柔索上；所述的3個光柵位移傳感器載物平臺上，3個光柵位移傳感器分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移；所述的4個張力傳感器分別安裝在4根柔索上，每一組結(jié)構(gòu)相同；所述的2個視覺傳感器分別安裝在并聯(lián)機(jī)器人平臺的頂部和底部，分別對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔索和重物進(jìn)行視頻監(jiān)控，各個傳感器都連接到信號處理中心的信號調(diào)理電路。[0006]所述的信號處理中心包括信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微控制器單元、時鐘芯片、無線信號收發(fā)芯片、無線信號天線、外部擴(kuò)展電路接口和測量工控機(jī)，其中所述的2個無線信號收發(fā)芯片分別與2個無線信號天線連接并形成2個收發(fā)信號組，時鐘芯片接入微控制器單元和測量工控機(jī)，信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與微控制器單元連接，微控制器單元的輸出端接到一組無線信號發(fā)送芯片和外部擴(kuò)展電路接口，另一個收發(fā)信號組接入測量工控機(jī)。[0007]所述的控制中心包括主工控機(jī)、報警模塊、LED顯示模塊、IXD顯示模塊和伺服電機(jī)，所述的報警模塊、LED顯示模塊、IXD顯示模塊和伺服電機(jī)分別與主工控機(jī)連接，主工控機(jī)與控制裝置的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，伺服電機(jī)的輸出端與安裝在平臺頂部的視覺傳感器相連。[0008]有益效果該三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人多傳感器復(fù)合實時故障檢測裝置及方法能夠有效、及時的檢測出機(jī)器人的常見的各類故障。采用的分布模式，具有系統(tǒng)響應(yīng)快速、信息處理能力強(qiáng)、可靠性好；采用的多傳感器復(fù)合結(jié)構(gòu)，能更為精確和有效的檢測故障點；無線收發(fā)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的抗干擾性、更為方便的布置各類傳感器；采用的視覺傳感器，能及時直觀的觀察工控現(xiàn)場狀況。本實用新型的應(yīng)用能夠大大增強(qiáng)了混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高并聯(lián)機(jī)器人的工作效率。


[0009]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0010]圖2為本實用新型的控制原理框圖。
具體實施方式
[0011]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的一個實施例作進(jìn)一步說明[0012]如圖1所示，主要以三自由度柔索混合驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人為平臺展現(xiàn)所述檢測裝置的主要結(jié)構(gòu)。本實用新型的三自由度柔索混合驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人主要由四根柔索、、、，一個三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺1，四個混合驅(qū)動器2，四根柔索塔3，一個載物平臺4，一個視覺傳感器支架5構(gòu)成。其中四根柔索塔成矩形豎直固定在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺上，四根柔索、、、兩端分別與載物平臺和四個混合驅(qū)動器相連接，并繞于柔索塔的滑輪上。視覺傳感器豎直固定于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺上，支架一端延伸到載物平臺上端，另一端延伸到載物平臺下端。所述載物平臺將放置重物塊。本實例中，重力傳感器A，選用壓電式重力傳感器，粘貼于載物平臺上。位移傳感器B，選用三個同類光柵位移傳感器，分別為X方向光柵位移傳感器、Y方向光柵位移傳感器、Z方向光柵位移傳感器，同樣粘貼于載物平臺上。張力傳感器 C，選用四個同類應(yīng)變片式張力傳感器，分別對應(yīng)粘貼于四根柔索、、、上，分別為第一張力傳感器、第二張力傳感器、第三張力傳感器、第四張力傳感器。所述視覺傳感器、，選用兩個同類CCD視覺攝像傳感器，安裝于視覺傳感器支架上端，安裝于視覺傳感器支架下端。[0013]圖2中，本實用新型主要包括傳感器組、信號處理中心及控制中心三大部分組成。 傳感器組通過調(diào)理電路及無線收發(fā)電路與信號處理中心的測量工控機(jī)連接，信號處理中心的測量工控機(jī)通過通信裝置與控制中心的主工控機(jī)連接，主工控機(jī)通過伺服電機(jī)與傳感器組中的視覺傳感器相連。所述的傳感器組共有10個傳感器，包括重力傳感器1個、光柵位移傳感器3個、張力傳感器4個和2個視覺傳感器。其中重力傳感器和光柵位移傳感器安裝在柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺上，張力傳感器安裝在在四根柔索上。所述的3個光柵位移傳感器分別安裝載物平臺上，3個光柵位移傳感器分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移， 4個在柔索上的張力傳感器，每一組結(jié)構(gòu)相同，2個視覺傳感器分別安裝在視覺傳感器支架的頂部和底部，分別對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔索和重物進(jìn)行視頻監(jiān)控。各個傳感器都連接到信號處理中心的信號調(diào)理電路。所述的信號處理中心包括信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微控制器單元、時鐘芯片、無線信號收發(fā)芯片、無線信號天線、外部擴(kuò)展電路接口和測量工控機(jī)。其中2個無線信號收發(fā)芯片分別與2個無線信號天線連接并形成2個收發(fā)信號組，時鐘芯片接入微控制器單元和測量工控機(jī)，信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與微控制器單元連接，從微控制器單元接到一組無線信號發(fā)送芯片和外部擴(kuò)展電路接口，另一個收發(fā)信號組接入測量工控機(jī)。所述的控制中心包括主工控機(jī)、報警模塊、LED顯示模塊、 IXD顯示模塊和伺服電機(jī)。報警模塊、LED顯示模塊、IXD顯示模塊和伺服電機(jī)分別于主工控機(jī)連接，主工控機(jī)與控制裝置的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，伺服電機(jī)的輸出端與安裝在平臺頂部的視覺傳感器相連。所述的無線收發(fā)為UWB無線收發(fā)芯片和PCB天線組成，其中 UffB無線發(fā)射芯片的輸出端與PCB天線連接，接收芯片的輸入端與天線連接，UffB發(fā)射芯片再分別于微控制單元和測量工控機(jī)連接。所述的通信裝置選用專用通信RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器用于主控工控機(jī)和測量工控機(jī)之間的通信?？刂破髦g采用ISA總線相連，用于設(shè)備的設(shè)置、程序下載和運行中的信號傳遞。
權(quán)利要求1.一種混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，其特征是檢測裝置包括傳感器組、信號處理中心及控制中心三大部分；其中所述傳感器組包括重力傳感器、光柵位移傳感器、張力傳感器、視覺傳感器；所述的信號處理中心包括信號調(diào)理電路、無線信號收發(fā)電路、 微控制器單元和測量工控機(jī)；所述的控制中心包括報警電路、反饋電路、主工控機(jī)、顯示設(shè)備和伺服電機(jī)；在并聯(lián)機(jī)器人運行時，傳感器組通過調(diào)理電路及無線收發(fā)電路與信號處理中心的測量工控機(jī)連接，信號處理中心的測量工控機(jī)通過通信裝置與控制中心的主工控機(jī)連接，主工控機(jī)通過伺服電機(jī)與傳感器組中的視覺傳感器相連，從而完成信號采集、調(diào)理、 分析以及最終的電機(jī)定位、視覺傳感器呈現(xiàn)故障點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，其特征是所述的傳感器組共有10個傳感器，包括重力傳感器1個、光柵位移傳感器3個、張力傳感器4 個和2個視覺傳感器；其中所述的重力傳感器和光柵位移傳感器均安裝在柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺上，張力傳感器安裝在四根柔索上；所述的3個光柵位移傳感器載物平臺上，3 個光柵位移傳感器分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移；所述的4個張力傳感器分別安裝在4根柔索上，每一組結(jié)構(gòu)相同；所述的2個視覺傳感器分別安裝在并聯(lián)機(jī)器人平臺的頂部和底部，分別對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔索和重物進(jìn)行視頻監(jiān)控，各個傳感器都連接到信號處理中心的信號調(diào)理電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，其特征是所述的信號處理中心包括信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、微控制器單元、時鐘芯片、無線信號收發(fā)芯片、無線信號天線、外部擴(kuò)展電路接口和測量工控機(jī)，其中所述的2個無線信號收發(fā)芯片分別與2個無線信號天線連接并形成2個收發(fā)信號組，時鐘芯片接入微控制器單元和測量工控機(jī)，信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與微控制器單元連接，微控制器單元的輸出端接到一組無線信號發(fā)送芯片和外部擴(kuò)展電路接口，另一個收發(fā)信號組接入測量工控機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，其特征是所述的控制中心包括主工控機(jī)、報警模塊、LED顯示模塊、LCD顯示模塊和伺服電機(jī)，所述的報警模塊、LED顯示模塊、IXD顯示模塊和伺服電機(jī)分別與主工控機(jī)連接，主工控機(jī)與控制裝置的并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)連接，伺服電機(jī)的輸出端與安裝在平臺頂部的視覺傳感器相連。
專利摘要一種混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人實時故障檢測裝置，包括傳感器組、信號處理中心及控制中心三大部分；在并聯(lián)機(jī)器人運行時，傳感器組通過調(diào)理電路及無線收發(fā)電路與信號處理中心的測量工控機(jī)連接，信號處理中心的測量工控機(jī)通過通信裝置與控制中心的主工控機(jī)連接，主工控機(jī)通過伺服電機(jī)與傳感器組中的視覺傳感器相連，從而完成信號采集、調(diào)理、分析以及最終的電機(jī)定位、視覺傳感器呈現(xiàn)故障點。優(yōu)點該檢測裝置能夠有效、及時的檢測出機(jī)器人的常見的各類故障。系統(tǒng)響應(yīng)快速、信息處理能力強(qiáng)、可靠性好、工作效率高；能精確和有效的檢測故障點；采用的視覺傳感器，能及時直觀的觀察工控現(xiàn)場狀況。
文檔編號B25J19/00GK202271384SQ20112034870
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者吳瑕, 曹建斌, 朱真才, 林俊, 訾斌, 魏明生 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)