危险品处理机器人机械手控制系统设计方案

摘要：本文首先简要介绍了危险品处理机器人的作用，机械手的结构形式，着重从控制系统、硬件设计和软件设计3 个方面介绍了危险品处理机器人机械手控制系统的设计与实现。最后给出了实验测得的机械手的各项技术指标。 一：系统概述

危险品处理机器人是用于危险弹药（一般在野外）夹持、拔出、搬运和放置作业，并可携带和放置的装置。该项目的完成将解决长期困扰我军的事故炮弹、战争遗留弹等危险弹药安全处理问题。机械手是危险品处理机器人操作过程中直接与弹药接触的重要部件，主要用于执行对危险弹药的夹持、拆除、搬运和放置作业， 机械手工作的稳定性直接决定着弹药处理的成功率，因此机械手的设计至关重要。

二：机械手

1． 结构形式

为保证作业的灵活性，机械手设计为由腰身、大臂、小臂、手爪组成，共具有3 个关节（腰身-大臂、大臂-小臂、小臂-手爪）7 个自由度（腰身1dof，大臂1dof，小臂1dof，手腕4dof）。其中：

腰身——1 自由度，做旋转运动。固定安装在机器人车底盘上，以车体正前方为基准，可分别向左右旋转约135°（具体可旋转角度应参考车体驾驶控制室位置确定，以避免机械手向后方旋转时碰到驾驶控制室或其它物体），两端各有限位装置以避免自体碰撞。由液压控制运动，在底部装有电位计反馈准确位置以保证控制精度。

大臂、小臂——各1 自由度，分别相对于前一级关节做上下运动。以车体水平面为基准，大臂可向上运动45o、向下运动30o，小臂可向上运动25o、向下运动60o。由液压控制运动，用电位计回馈，保证关节位置准确。

手爪——4 自由度，分别做上下摆动、旋转、伸缩、夹持运动。以小臂延长线为基准，手爪可上下摆动±90°，又可以小臂为基准轴旋转±180°，伸1 米，均采用伺服电机提供动力，通过减速箱减速保证功率需求，由伺服电机控制器控制。有编码盘反馈，保证位置准确。

腰身，大小臂液压回路有压力传感器保护。油压有稳定装置。

2． 控制系统

机械手操作可在视觉传感器及控制系统的指示、控制下进行粗定位，操作人员能够凭视图像进行准确定位、夹持等动作控制。摄像机安装在机器人车前端以及机械手腕上，以供环境及操作对象的立体图像和近距离图像。

机械手控制系统由总控制器、液压控制器、伺服控制器组成，各控制器的控制芯片2407DSP。总控制器通过RS232 总线接收遥控端指令，通过can 总线分配任务给液压和伺控制器控制机械手各执行机构动作。机械手运动分单轴动和联动：单轴动是接收上位机发的的步进指令；联动是接收上位机发送的空间位置，通过运动学计算，转换成机械手在其座坐标系的坐标，将机械手运动、调整到指定位置和姿态，同时要解决机械手运动与抓取周围环境的干涉。

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