安防機(jī)器人手臂及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于安防機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種安防機(jī)器人手臂及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在安防機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，已有的安防機(jī)器人類型基本上可以分為兩類，一類是監(jiān)控型安防機(jī)器人，一類是攻擊型安防機(jī)器人。第一類安防機(jī)器人，即監(jiān)控型安防機(jī)器人主要實現(xiàn)功能為安防機(jī)器人任務(wù)區(qū)域的環(huán)境監(jiān)控、聯(lián)網(wǎng)報警等功能，而不具有任何的自衛(wèi)功能以及其他的安防功能，這種安防機(jī)器人設(shè)計簡單，主要應(yīng)用在安防智能型要求不高的場合，往往需要機(jī)器人通過聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通知相關(guān)人員才能人機(jī)協(xié)同完成相關(guān)任務(wù)，該過程中，機(jī)器人完成的僅僅是一種簡單的監(jiān)控、報警判斷、聯(lián)網(wǎng)報警功能。第二類安防機(jī)器人，即攻擊型安防機(jī)器人帶有一定的攻擊功能，這種安防機(jī)器人主要應(yīng)用在反恐、軍事、航空等特殊境況，該類機(jī)器人往往配有槍械、刀具、麻醉藥品等管制器材，該類器材的使用需要相關(guān)法律方面的特殊審批，難以在民用領(lǐng)域展開使用，另一方面安防機(jī)器人的觸發(fā)靈敏度和誤觸發(fā)率是一種矛盾，提高安防機(jī)器人觸發(fā)靈敏度就必然會同時提高了安防機(jī)器人的誤觸發(fā)率，因此槍械、刀具等在民用安防機(jī)器人上使用存在一定的危險，并且，安防機(jī)器人一旦裝配上述器材被潛在的非法使用后社會危害是非常嚴(yán)重的。
[0003]監(jiān)控性安防機(jī)器人在功能設(shè)計時目的僅僅是監(jiān)視環(huán)境，然后在有異常的情況下進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)報警，而不做任何其他處理，因而這類機(jī)器人功能單一，不能適應(yīng)復(fù)雜的安防任務(wù)。攻擊型安防機(jī)器人需要裝配槍械、刀具等具有攻擊型器械，會出現(xiàn)法律審批、有悖倫理道德、潛在危險程度高、采購渠道負(fù)責(zé)等問題，因而這類機(jī)器人位于法律與道德的邊界，難以審批實施；潛在的危險程度高；組成部件為管制器械，采購復(fù)雜，成本相對較高。已有的機(jī)器人目前大部分機(jī)械臂為保證機(jī)械強(qiáng)度要求而采用金屬(如鑄鐵、鋁合金、鋁材等)作為制作機(jī)械臂的材料，這樣子就增加了機(jī)械臂的重量，進(jìn)而會對其電機(jī)運動系統(tǒng)和控制反饋系統(tǒng)提出較高的要求，使得系統(tǒng)復(fù)雜性增加，成本提高，普通機(jī)械臂重量大，需要配備大扭矩的直流電機(jī)以及編碼器反饋系統(tǒng)，設(shè)計相對復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型的目的在于設(shè)計一種低成本、高性能的安防機(jī)器人手臂及其運動控制系統(tǒng)，其具有智能程度高、設(shè)計簡單、成本低廉、手臂本體重量輕等特點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種安防機(jī)器人手臂，包括機(jī)器人本體和手臂本體，手臂本體通過旋轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動連接于機(jī)器人本體上，機(jī)器人本體設(shè)有用于驅(qū)動手臂本體打開或閉合的手臂運動電機(jī)，機(jī)器人本體設(shè)置有用于將低壓電轉(zhuǎn)化為高電壓脈沖的高電壓觸發(fā)模塊，手臂本體上掛設(shè)有與該高電壓觸發(fā)模塊電連接的放電垂條。
[0007]其中，所述旋轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)包括固定部和可動部，固定部通過同步帶與該手臂運動電機(jī)傳動連接，可動部與手臂本體連接。所述手臂運動電機(jī)為蝸輪蝸桿電機(jī)，所述同步帶上設(shè)有擋片，機(jī)器人本體設(shè)有與該擋片配合使用的限位開關(guān)，該限位開關(guān)為光電式限位開關(guān)。
[0008]其中，手臂本體為碳纖維材質(zhì)制成的中空內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，所述放電垂條的端部與手臂本體轉(zhuǎn)動連接。所述放電垂條采用兩兩成對設(shè)置的垂條對，垂條對的末端設(shè)有用于防止兩相鄰垂條對接觸的保護(hù)套。
[0009]進(jìn)一步的方案，所述高電壓觸發(fā)模塊包括供電模塊、繼電器和脈沖高壓發(fā)生模塊，供電模塊通過繼電器向脈沖高壓發(fā)生模塊供電，繼電器還設(shè)有用于接收觸發(fā)信號的信號輸入端，繼電器通過該信號輸入端所接收到的觸發(fā)信號以控制其啟閉，脈沖高壓發(fā)生模塊包括自激振蕩電路、倍壓整流電路、功率放大電路和變壓電路，脈沖高壓發(fā)生模塊用于將供電模塊供給的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷好}沖并輸出至所述放電垂條進(jìn)行尖端放電。
[0010]一種前述安防機(jī)器人手臂的控制系統(tǒng)，還包括上位機(jī)控制器部分和下位機(jī)控制器部分，上位機(jī)控制器部分用于向下位機(jī)控制器部分發(fā)送控制指令，下位機(jī)控制器部分與執(zhí)行部件相連，所述上位控制器部分包括外部交互模塊、控制指令產(chǎn)生模塊和異常情況電機(jī)保護(hù)模塊，所述下位控制器部分包括指令類型判斷模塊、PWM生成模塊、電擊器控制信號模塊和限位開關(guān)檢測信號模塊，外部交互模塊與控制指令產(chǎn)生模塊相連，限位開關(guān)檢測信號模塊分別與異常情況電機(jī)保護(hù)模塊和控制指令產(chǎn)生模塊連接，控制指令產(chǎn)生模塊與指令類型判斷模塊連接，指令類型判斷模塊分別與PWM生成模塊和電擊器控制信號模塊連接。
[0011]進(jìn)一步的方案，所述電擊器控制信號模塊與所述高電壓觸發(fā)模塊連接，該電擊器控制信號模塊用于產(chǎn)生間歇性觸發(fā)信號并將該信號傳送至該高電壓觸發(fā)模塊。
[0012]采用上述技術(shù)方案后，本實用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點是:
[0013]本實用新型突破前述兩種機(jī)器人類型限制，設(shè)計研制了一種防衛(wèi)型移動式安防機(jī)器人，能夠盡最大可能的自衛(wèi)、保衛(wèi)任務(wù)區(qū)域不受侵害，同時消除了裝配槍械刀具等攻擊性器械帶來的不良后果。本實用新型解決了具有防衛(wèi)圍堵功能的安防機(jī)器人手臂設(shè)計及其運動控制系統(tǒng)研制問題，解決的問題包括安防機(jī)器人手臂本體、安防機(jī)器人手臂高電壓扇形垂條、安防機(jī)器人手臂高電壓觸發(fā)模塊、安防機(jī)器人手臂運動系統(tǒng)、安防機(jī)器人手臂總控模塊等。具體而言包括:安防機(jī)器人手臂本體，手臂本體采用碳纖維材料進(jìn)行設(shè)計，具有強(qiáng)度高、重量輕的特點；安防機(jī)器人手臂高電壓垂條，可以在機(jī)器人手臂張開時控制垂條末端進(jìn)行尖端放電，以配合手臂進(jìn)行異常目標(biāo)的圍堵；安防機(jī)器人手臂高電壓觸發(fā)模塊，該模塊主要應(yīng)用于完成安防機(jī)器人低壓電向高電壓脈沖的轉(zhuǎn)化；安防機(jī)器人手臂問題運動控制系統(tǒng)主要用于機(jī)器人手臂的打開和關(guān)閉，其中帶動電機(jī)采用輸出扭矩大、具有自鎖性的蝸輪蝸桿電機(jī)；安防機(jī)器人手臂的控制系統(tǒng)即安防機(jī)器人手臂總控模塊用于手臂功能的控制以及與其他模塊的信息交互。
[0014]綜上與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型優(yōu)點包括:(1)手臂本體重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，在現(xiàn)有技術(shù)部分移動機(jī)器人中，為保證機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要采用金屬材料制成，增加重量，進(jìn)一步會增加對電機(jī)性能的要求。本實用新型涉及的放電尖端用垂條，可以有效增加攔截面積，較少攔截死角，使威懾力變大。(2)機(jī)器人手臂運動系統(tǒng)設(shè)計簡單，成本較低?，F(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)采用常規(guī)電機(jī)，沒有自鎖性需要配備抱閘設(shè)備，同時將限位開關(guān)安裝于關(guān)節(jié)處，需要體積小巧、價格較貴的限位開關(guān)，增加了成本，現(xiàn)有技術(shù)中還有一類采用安裝編碼器反饋的形式以通過調(diào)速保護(hù)電機(jī)，但同時使系統(tǒng)更加復(fù)雜、成本進(jìn)一步提高。(3)手臂高電壓觸發(fā)模塊設(shè)計簡單、可靠性高。在機(jī)器人領(lǐng)域中，尚未出現(xiàn)類似將電擊器安裝于機(jī)器人上的技術(shù)。(4)手臂總控模塊控制結(jié)構(gòu)清晰、模塊化程度高、成本較低、可靠性好，其中的電機(jī)保護(hù)機(jī)制是現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)人員未注意到的細(xì)節(jié)改進(jìn)，這種改進(jìn)保證了電機(jī)的安全，其中電擊器間歇性觸發(fā)機(jī)制與脈沖高壓發(fā)生模塊性能進(jìn)行緊密耦合設(shè)計，機(jī)器人領(lǐng)域中未出現(xiàn)類似技術(shù)。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明:
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實用新型手臂本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本實用新型旋轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是本實用新型機(jī)器人本體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5是本實用新型機(jī)器人本體內(nèi)部控制系統(tǒng)模塊的框圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6是本實用新型高電壓觸發(fā)模塊的框圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7是本實用新型機(jī)器人手臂總控模塊的框圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1:機(jī)器人本體；2、21、22:手臂本體；3:旋轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)；31:固定部；32:可動部；4:放電垂條；5:保護(hù)套；:61、62、63、64:限位開關(guān)；7:同步帶；81、82:擋片。
【具體實施方式】
[0024]以下所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不因此而限定本實用新型的保護(hù)范圍。
[0025]實施例，見圖1-圖7所示。
[0026]一種安防機(jī)器人手臂，如圖1所示，包括機(jī)器人本體I和手臂本體2，手臂本體2通過旋轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)3轉(zhuǎn)動連接于機(jī)器人本體I上，手臂本體2可以向上打開及向下關(guān)閉，機(jī)器人本體I設(shè)有用于驅(qū)動手臂本體2打開或閉合的手臂運動電機(jī)，機(jī)器人本體I設(shè)置有用于將低壓電轉(zhuǎn)化為高電壓脈沖的高電壓觸發(fā)模塊，手臂本體2上掛設(shè)有與該高電壓觸發(fā)模塊電連接的放電垂條4，放電垂條4分布連接于手臂本體2上。
[0027]手臂本體2如圖2所示，為碳纖維材質(zhì)制成的中空內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)，其重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，當(dāng)手臂本體2閉合時，放電垂條4收納于手臂本體2的中空凹槽內(nèi)，放電垂條4的端部與手臂本體2轉(zhuǎn)動連接，放電垂條4隨著手臂本體2同步打開。
[0028]其中，放電垂條4采