一种旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人的制作方法

本发明涉及特种作业机器人及机械臂传动控制，尤其涉及一种旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人。

背景技术：

1、排爆机器人是一种用于危险物品识别、抓取、搬运及处置的特种作业设备，通常包括移动式车体、远程控制装置、机械臂和机械爪。操作人员可以在安全距离外控制机器人接近目标，并通过机械臂的回转、俯仰、伸展及机械爪的开合完成抓取和转移。为了扩大机械爪的作业范围，现有排爆机器人通常采用多关节机械臂、伸缩式机械臂或者能够相对车体前后移动的机械臂。

2、机械臂向车体外侧伸展并抓取物品后，机械臂和被抓取物品产生的前倾力矩随作业距离增大，容易造成车体重心前移。现有机器人一般采用固定配重或者单独驱动的活动配重进行补偿。固定配重难以适应不同伸出距离和夹持载荷，且会增加机器人行走时的整体质量；单独驱动的活动配重需要增加驱动机构和控制程序，其动作与机械臂位置之间还可能存在不同步的问题。

3、同时，机械臂关节通常采用电机直接驱动或者固定传动比的减速机构。直接驱动能够获得较快的关节调节速度，但在机械臂远距离负载作业时，关节输出转矩和单位转角控制能力容易受到限制；固定减速传动虽然能够提高输出转矩，但会降低机械臂接近目标时的调节速度。关节传动件采用固定张紧量时，张紧量偏小容易产生传动空回和位置偏差，张紧量偏大则会增加运行阻力以及传动带、轴承等部件的磨损。

4、针对上述及现有的相关技术，发明人认为往往存在以下缺陷：机械臂向外伸展时，配重补偿、关节传动张力及传动比不能随机械臂的作业位置进行相应改变，使排爆机器人难以同时兼顾车体稳定性、机械臂接近目标时的调节速度以及远距离负载状态下的关节输出转矩和姿态调节精度。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有技术中存在现有排爆机器人在机械臂远距离负载作业过程中，重心补偿和关节传动状态不能随作业位置协调变化，导致车体稳定性、机械臂调节速度及末端姿态控制精度难以兼顾的缺点，为此我们提出一种旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人。

2、为了实现上述目的，本申请采用了如下技术方案：一种旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，包括车架及设置于车架的安装架，车架设有行走机构和远程控制组件；所述安装架上设有沿车架前后移动的工作滑座和承载配重块的配重滑动架，两者经反向传动组件连接，使工作滑座前移时配重滑动架后移；工作滑座通过旋转主轴连接支撑大臂，支撑大臂通过连接轴件与设有机械爪的支撑小臂转动连接；所述连接轴件与支撑小臂固定连接，并通过移动支承件安装于支撑大臂，使连接轴件能够沿垂直于其轴线的方向在第一位置和第二位置之间移动；支撑大臂设有关节驱动电机，所述关节驱动电机的输出轴与连接轴件之间设有第一离合连接件，连接轴件位于第一位置时与所述输出轴同轴，并由第一离合连接件建立直接传动；所述输出轴设有驱动小齿轮，支撑大臂上转动设置有与驱动小齿轮啮合的联动齿轮，联动齿轮与主动带轮同轴设置，主动带轮通过传动带与固定于连接轴件的从动带轮连接，联动齿轮与主动带轮之间设有第二离合连接件；牵引索的一端与配重滑动架连接，另一端与移动支承件连接，牵引索留有预定余量，使工作滑座在前移前段不牵引移动支承件，并在前移末段拉动移动支承件，使连接轴件由第一位置移至第二位置并与所述输出轴错位，同时增大主动带轮与从动带轮的轴间距而张紧传动带；第一离合连接件在连接轴件移动前分离，第二离合连接件在连接轴件到达第二位置后接合，以建立经驱动小齿轮、联动齿轮及传动带的减速传动。

3、优选的，所述安装架的两侧分别设有导向架，工作滑座和配重滑动架均与导向架滑动配合；每一导向架设有由两个输送辊及环形带组成的传动单元，工作滑座和配重滑动架分别固定于环形带运行方向相反的两个带段，两传动单元的驱动输送辊经同步传动轴与滑动驱动电机连接。

4、优选的，所述移动支承件包括用于转动支承连接轴件的轴承座，轴承座与支撑大臂上的导向长孔滑动配合；导向长孔的两端分别设有限位部，支撑大臂与轴承座之间设有驱动连接轴件返回第一位置的复位弹性件。

5、优选的，所述牵引索的机械臂侧端通过牵引连接部与轴承座连接，牵引连接部与连接轴件同轴转动配合；牵引索沿支撑大臂上的导向部布置，其预定余量与工作滑座的前移末段行程及连接轴件的移动行程相匹配，使工作滑座到达前移终点时连接轴件到达第二位置。

6、优选的，所述驱动小齿轮和联动齿轮在连接轴件移动期间保持啮合，联动齿轮的齿数大于驱动小齿轮的齿数；所述传动带为带齿同步带，主动带轮和从动带轮设有与传动带匹配的齿槽，从动带轮的齿数大于主动带轮的齿数。

7、优选的，连接轴件位于第一位置时，第一离合连接件接合、第二离合连接件分离，传动带保持允许主动带轮随动的初始张力；连接轴件位于第二位置时，第一离合连接件分离、第二离合连接件接合，传动带达到传递关节驱动转矩的工作张力。

8、优选的，所述第一离合连接件包括与关节驱动电机输出轴花键连接的主动连接套和固定于连接轴件的从动连接盘，主动连接套能够轴向移动并通过端齿与从动连接盘接合，且在连接轴件移向第二位置前退至从动连接盘的平移路径之外。

9、优选的，所述联动齿轮通过轴承套设于主动带轮的转轴，主动带轮固定于所述转轴；第二离合连接件包括固定于联动齿轮的齿轮侧连接部和与所述转轴花键连接的带轮侧连接套，带轮侧连接套能够轴向移动并通过端齿与齿轮侧连接部接合或分离。

10、优选的，所述远程控制组件连接关节驱动电机、两个离合连接件的执行件、保持制动件以及检测连接轴件位置和离合状态的位置检测件，并被配置为在连接轴件移动前停止关节驱动电机并使保持制动件制动，在第一离合连接件分离后允许连接轴件移动，在连接轴件到达第二位置且第二离合连接件接合后解除制动。

11、优选的，所述连接轴件设有角位置检测件，远程控制组件根据直接传动状态和减速传动状态切换关节驱动电机的转向对应关系及转角换算比例，并保持两种传动状态下连接轴件的角位置参考一致。

12、本发明的技术效果和优点：

13、本发明中，通过反向传动组件使工作滑座和配重滑动架沿相反方向移动，在机械臂整体前移的同时带动配重块后移，可以减小机械臂伸展及负载引起的车体重心前移量，降低远距离作业时的前倾风险。牵引索设置预定余量，使连接轴件在前移前段保持于第一位置，机械臂关节能够采用直接传动完成较快速的位置调整，并使传动带保持较低的初始张力，有利于减小非作业状态下的传动阻力和持续磨损。工作滑座进入前移末段后，同一前移动作通过牵引索带动连接轴件移动，同时使直接传动退出、传动带张紧并建立减速传动，从而在机械爪接近目标后提高关节输出转矩，减小相同电机转角对应的关节输出转角，并降低传动带松弛对姿态调节精度的影响。通过第一离合连接件、第二离合连接件及保持制动件对传动状态进行顺序切换，还可以避免两种传动方式同时传递动力，并在切换期间限制支撑小臂因负载作用而自行转动，提高机械臂抓取和转移危险物品时的可靠性及安全性。

1.一种旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，包括车架及设置于车架的安装架，车架设有行走机构和远程控制组件；所述安装架上设有沿车架前后移动的工作滑座和承载配重块的配重滑动架，两者经反向传动组件连接，使工作滑座前移时配重滑动架后移；工作滑座通过旋转主轴连接支撑大臂，支撑大臂通过连接轴件与设有机械爪的支撑小臂转动连接；所述连接轴件与支撑小臂固定连接，并通过移动支承件安装于支撑大臂，使连接轴件能够沿垂直于其轴线的方向在第一位置和第二位置之间移动；支撑大臂设有关节驱动电机，所述关节驱动电机的输出轴与连接轴件之间设有第一离合连接件，连接轴件位于第一位置时与所述输出轴同轴，并由第一离合连接件建立直接传动；所述输出轴设有驱动小齿轮，支撑大臂上转动设置有与驱动小齿轮啮合的联动齿轮，联动齿轮与主动带轮同轴设置，主动带轮通过传动带与固定于连接轴件的从动带轮连接，联动齿轮与主动带轮之间设有第二离合连接件；牵引索的一端与配重滑动架连接，另一端与移动支承件连接，牵引索留有预定余量，使工作滑座在前移前段不牵引移动支承件，并在前移末段拉动移动支承件，使连接轴件由第一位置移至第二位置并与所述输出轴错位，同时增大主动带轮与从动带轮的轴间距而张紧传动带；第一离合连接件在连接轴件移动前分离，第二离合连接件在连接轴件到达第二位置后接合，以建立经驱动小齿轮、联动齿轮及传动带的减速传动。

2.根据权利要求1所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述安装架的两侧分别设有导向架，工作滑座和配重滑动架均与导向架滑动配合；每一导向架设有由两个输送辊及环形带组成的传动单元，工作滑座和配重滑动架分别固定于环形带运行方向相反的两个带段，两传动单元的驱动输送辊经同步传动轴与滑动驱动电机连接。

3.根据权利要求1所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述移动支承件包括用于转动支承连接轴件的轴承座，轴承座与支撑大臂上的导向长孔滑动配合；导向长孔的两端分别设有限位部，支撑大臂与轴承座之间设有驱动连接轴件返回第一位置的复位弹性件。

4.根据权利要求3所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述牵引索的机械臂侧端通过牵引连接部与轴承座连接，牵引连接部与连接轴件同轴转动配合；牵引索沿支撑大臂上的导向部布置，其预定余量与工作滑座的前移末段行程及连接轴件的移动行程相匹配，使工作滑座到达前移终点时连接轴件到达第二位置。

5.根据权利要求1所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述驱动小齿轮和联动齿轮在连接轴件移动期间保持啮合，联动齿轮的齿数大于驱动小齿轮的齿数；所述传动带为带齿同步带，主动带轮和从动带轮设有与传动带匹配的齿槽，从动带轮的齿数大于主动带轮的齿数。

6.根据权利要求5所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，连接轴件位于第一位置时，第一离合连接件接合、第二离合连接件分离，传动带保持允许主动带轮随动的初始张力；连接轴件位于第二位置时，第一离合连接件分离、第二离合连接件接合，传动带达到传递关节驱动转矩的工作张力。

7.根据权利要求6所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述第一离合连接件包括与关节驱动电机输出轴花键连接的主动连接套和固定于连接轴件的从动连接盘，主动连接套能够轴向移动并通过端齿与从动连接盘接合，且在连接轴件移向第二位置前退至从动连接盘的平移路径之外。

8.根据权利要求6所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述联动齿轮通过轴承套设于主动带轮的转轴，主动带轮固定于所述转轴；第二离合连接件包括固定于联动齿轮的齿轮侧连接部和与所述转轴花键连接的带轮侧连接套，带轮侧连接套能够轴向移动并通过端齿与齿轮侧连接部接合或分离。

9.根据权利要求6所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述远程控制组件连接关节驱动电机、两个离合连接件的执行件、保持制动件以及检测连接轴件位置和离合状态的位置检测件，并被配置为在连接轴件移动前停止关节驱动电机并使保持制动件制动，在第一离合连接件分离后允许连接轴件移动，在连接轴件到达第二位置且第二离合连接件接合后解除制动。

10.根据权利要求5所述的旋转伸缩机械臂抓取转移的远程控制排爆机器人，其特征在于，所述连接轴件设有角位置检测件，远程控制组件根据直接传动状态和减速传动状态切换关节驱动电机的转向对应关系及转角换算比例，并保持两种传动状态下连接轴件的角位置参考一致。