一种新型抓弹机械手控制系统的制作方法

本实用新型涉及机械臂控制领域，具体涉及一种新型抓弹机械手控制系统。

背景技术：

机械手控制系统是伴随着机械手(机器人)的发展而进步的。机械手是在早期出现的古代机器人基础上发展起来的，机械手研究始于20世纪中期，随着计算机和自动化技术的发展，特别是1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机器人和机械手控制系统的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。

目前军用机械手已经有一定的运用，但是目前抓弹机械手控制操作使用手柄、摇杆以及一系列按钮辅助的操作方式。每一个运动单步操作，完成整个机械臂的运动控制需要完成10多个步骤的繁琐操作，由于单步操作造成机械臂的运动无法实现多动作同步运动，反应慢，灵敏度不高；需要进行专业培训。

另外，敌方未爆炸的导弹落到地面，通常是弹头插入地面下，尾翼留在地面上，抓取时机械手需要抓取的部位是导弹的尾翼部分。同时，由于导弹的特殊构造特性，弹头对压力敏感，易触发燃爆，抓取尾翼也相对安全。而现有技术中，没有针对抓取导弹尾翼部分的专用机械手，普通的爪型机械手在抓取稳固性难以得到可靠的保障。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中的排弹机械手抓取导弹时，抓取不牢固，且抓取力量难以精确控制，目的在于提供一种新型抓弹机械手控制系统，解决现有排弹机械手安全抓取的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种新型抓弹机械手控制系统，包括机械操作手，所述机械操作手包括机械臂和机械手，所述机械手包括连接件、夹取构件和两块夹板，所述连接件的顶部旋转连接于所述机械臂的前端，所述连接件的底部连接所述夹取构件的顶部，所述夹取构件为剪式伸缩结构，所述夹取构件的底部固定连接两块所述夹板，通过所述夹取构件的伸缩运动可带动两块所述夹板合拢或分开，所述夹板的中部向外弯折形成弯折部，所述夹板上设置有多个竖向排列条形孔。

本实用新型中机械手用于抓取未爆炸的导弹。敌方未爆炸的导弹落到地面，通常是弹头插入地面下，尾翼留在地面上，抓取时机械手需要抓取的部位是导弹的尾翼部分。同时，由于导弹的特殊构造特性，弹头对压力敏感，易触发燃爆，抓取尾翼也相对安全。因此，本实用新型将机械手的两块夹板上设置多个条形孔，工作时，剪式伸缩结构带动两块夹板张开，移动到导弹尾翼顶部，通过剪式伸缩结构运动，再轻微合拢夹板，尾翼上的翅片刚好卡入条形孔中，通过翅片与条形孔的卡紧固定，再移动机械手将导弹拨出地面并移走。不同于普通的机械手，本实用新型中机械手设计为与导弹尾翼相匹配的结构，方便更牢固且安全的抓取导弹。

进一步的，还包括穿戴于人手上的穿戴式姿态捕获数据手套，所述穿戴式姿态捕获数据手套包括姿态捕捉系统，所述姿态捕捉系统包括用于检测手指弯曲程度的弯曲度检测单元、用于检测手部运动姿态的手部检测单元和用于检测手臂运动姿态的手臂检测单元，所述姿态捕捉系统与所述机械操作手信号连接。

进一步的，还包括综合控制器、执行单元、摄像头和显示控制器，所述摄像头设置于所述机械操作手上，所述摄像头与所述显示控制器信号连接，所述执行单元设置于所述机械操作手上，所述综合控制器连接所述执行单元和所述姿态捕捉系统。

现有技术中的军用机械手通常以遥控操作杆的形式来抓取目标物。针对落地导弹压力敏感及易爆的特质，需要对时间、位置及抓取力度进行精确控制，显然，现有技术中的军用机械手无法满足这一要求。本实用新型新增穿戴式姿态捕获数据手套，穿戴在人手上，通过人手姿态的模拟，在机械操作手上精准再现人手操作，达到精准控制抓取精度和抓取力度的问题。同时，通过设置综合控制器，既对全局操作过程进行控制，又通过相关算法等实现人体姿态与机械操作手的精准同步，避免延迟影响。通过摄像头和显示控制器，方便直接观察机械操作手的抓取情况，以便使用穿戴式姿态捕获数据手套的操作人员及时调整穿戴姿态。

进一步的，所述执行单元包括液压旋转伺服机构、多台液压伸缩油缸和多台伺服电机，所述液压旋转伺服机构和多台液压伸缩油缸均设置于所述机械臂上，多台所述伺服电机设置于所述机械手上。

进一步的，所述穿戴式姿态捕获数据手套上设置有姿态传感器，所述姿态传感器信号连接所述综合控制器。

进一步的，所述穿戴式姿态捕获数据手套上设置有mems陀螺仪。

进一步的，所述连接件与所述机械臂旋转连接。

进一步的，所述弯折部的弯折角度为150度-170度。

进一步的，所述条形孔的宽度为2-4厘米。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型根据导弹压力敏感，易燃爆，及抓取时位置特殊性进行设计，将机械手的两块夹板上设置多个条形孔，配合导弹尾翼的结构来设计抓取，为导弹拆除提供了一种安全且方便的抓弹机械手控制系统，为相关操作人员提供了更安全的保障，填补了机械抓取导弹这一空白领域。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1的结构示意图；

图2为机械操作手的结构示意图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为穿戴式姿态捕获数据手套示意图；

图5为综合控制器的工作流程图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-穿戴式姿态捕获数据手套，2-综合控制器，3-执行单元，4-摄像头，5-显示控制器，31-机械臂，32-机械手，321-夹板，322-条形孔，323-夹取构件，324-连接件，6-第一节臂，7-第二节臂，8-第三节臂。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例1是一种新型抓弹机械手控制系统，如图1和图2所示，包括机械操作手，机械操作手包括机械臂31和机械手32，机械手32包括连接件324、夹取构件323和两块夹板321，连接件324的顶部旋转连接于机械臂31的前端，连接件324的底部连接夹取构件323的顶部，夹取构件323为剪式伸缩结构，夹取构件323的底部固定连接两块夹板321，通过夹取构件323的伸缩运动可带动两块夹板321合拢或分开，夹板321的中部向外弯折形成弯折部，夹板321上设置有多个竖向排列条形孔322。

本实施例1的机械手用于抓取未爆炸的导弹。敌方未爆炸的导弹落到地面，通常是弹头插入地面下，尾翼留在地面上，抓取时机械手需要抓取的部位是导弹的尾翼部分。同时，由于导弹的特殊构造特性，弹头对压力敏感，易触发燃爆，抓取尾翼也相对安全。因此，将机械手的两块夹板上设置多个条形孔，工作时，剪式伸缩结构带动两块夹板张开，移动到导弹尾翼顶部，通过剪式伸缩结构运动，再轻微合拢夹板，尾翼上的翅片刚好卡入条形孔中，通过翅片与条形孔的卡紧固定，再移动机械手将导弹拨出地面并移走。不同于普通的机械手，本实施例1中机械手设计为与导弹尾翼相匹配的结构，方便更牢固且安全的抓取导弹。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上，如图3和图4所示，还包括穿戴于人手上的穿戴式姿态捕获数据手套1，穿戴式姿态捕获数据手套1包括姿态捕捉系统，姿态捕捉系统包括用于检测手指弯曲程度的弯曲度检测单元、用于检测手部运动姿态的手部检测单元和用于检测手臂运动姿态的手臂检测单元，姿态捕捉系统与机械操作手信号连接。进一步的，还包括综合控制器2、执行单元3、摄像头4和显示控制器5，摄像头4设置于机械操作手上，摄像头4与显示控制器5信号连接，执行单元3设置于机械操作手上，综合控制器2连接执行单元3和姿态捕捉系统。手部检测单元和手臂检测单元均基于mems陀螺仪。mems陀螺仪可以是微机械陀螺仪。mems陀螺仪输出的姿态，反映输出手臂在空间上的运动姿态。

现有技术中的军用机械手通常以遥控操作杆的形式来抓取目标物。针对落地导弹压力敏感及易爆的特质，需要对时间、位置及抓取力度进行精确控制，显然，现有技术中的军用机械手无法满足这一要求。本实施例2新增穿戴式姿态捕获数据手套，穿戴在人手上，通过人手姿态的模拟，在机械操作手上精准再现人手操作，达到精准控制抓取精度和抓取力度的问题。同时，通过设置综合控制器，既对全局操作过程进行控制，又通过相关算法等实现人体姿态与机械操作手的精准同步，避免延迟影响。通过摄像头和显示控制器，方便直接观察机械操作手的抓取情况，以便使用穿戴式姿态捕获数据手套的操作人员及时调整穿戴姿态。

实施例3

本实施例3是在实施例1的基础上，连接件324与机械臂31旋转连接。弯折部的弯折角度为150度-170度。通过弯折角，使得抓取尾翼时，尾翼上翅片与机械手之间更牢固，不易掉落或滑动。条形孔322的宽度设置为2-4厘米，根据导弹尾翼翅片的间距来都考虑，将条形孔内宽度设置为3厘米左右，最方便抓取导弹尾翼。每个夹板321上的条形孔数量为4个，最合适。

实施例4

本实施例4是在实施例2的基础上，执行单元3包括液压旋转伺服机构、多台液压伸缩油缸和多台伺服电机；液压旋转伺服机构用于控制机械臂的旋转，液压伸缩油缸用于控制机械臂的伸展伸缩，伺服电机用于控制机械手的相关动作，相关动作包括上下、左右、旋转、抓紧和放松。液压旋转伺服机构和液压伸缩油缸均受液压平衡阀控制。

综合控制器2通过有线连接或无线连接穿戴式姿态捕获数据手套1和执行单元3。穿戴式姿态捕获数据手套1上设置有姿态传感器，姿态传感器连接综合控制器2。

实施例5

针对目前军用机械手控制造作繁琐，反应慢，灵敏度不高；需要操作人员进行专业培训等问题，本实施例5提供一种基于仿生控制理论的机械臂控制系统。解决现有排弹机械手效率低下的问题。利用操作人员手臂的运动来控制机械臂的运动，具体包含穿戴式姿态捕获数据手套、综合控制器、机械手执行单元、摄像头、显示控制器等组成。

穿戴式姿态捕获数据手套是一种基于弯曲度检测单元、基于mems陀螺仪手部运动姿态检测单元和mems陀螺仪手臂运动姿态检测单元的姿态捕捉系统；通过弯曲度检测单元检测手指弯曲程度，通过手臂和手掌上的mems陀螺仪输出的姿态，反映输出手臂在空间上的运动姿态。

综合控制器接收穿戴式姿态捕获数据手套输出的手臂姿态，控制机械手执行机构上的平衡液压阀和电机控制器完成机械手模拟操作员手臂运动。并通过执行单元反馈回来的当前执行状态，与目标状态进行比较，控制执行速度。穿戴式姿态捕获数据手套包含无线数据传输和有线数据传输。

机械手执行单元包括受液压平衡阀控制的液压旋转伺服机构、3台受液压平衡阀控制液压伸缩油缸和4台伺服电机。液压旋转伺服机构完成机械臂的选装运动控制，3台液压伸缩油缸分别控制机械臂的1、2节臂的伸展，2、3节臂的伸展以及第3节臂的伸缩，如图2所示；4台伺服电机分别控制机械臂前端的机械手的上下、左右、旋转以及抓紧/放松动作。

摄像头和显示控制器完成机械臂和机械手运动的适时显示。操作人员通过视频反馈的执行机构运动状态调整手臂姿态，完成迭代控制。

本实施例5中的机械臂控制系统如图1所示，姿态捕捉数据手套如图3所示，机械臂执行机构如图2所示。

本实施例5的抓弹机械手控制系统要测试性能时，测试人员将穿戴式姿态捕捉数据手套带在右臂上；启动机械臂和综合控制器和显示控制器，伸直手臂校准数据手套的初始状态，进行运动初始同步；完成同步操作之后，机械臂执行机构更加当前手势控制机械臂跟随手臂运动，完成寻找目标，移动机械手到目标位置，抓取目标，并将目标移动到指定位置。

抓弹机械手控制系统具体实施步骤如下：

步骤1：处理器将光纤传感器的数据和姿态传感器的数据，根据其信号类型的不同，分别进行不同的滤波计算，消除信号上面的毛刺，然后在内部进行数据分析，过滤掉错误、紊乱的信号，然后再进行内部数据打包，最后再通过串口资源将信号进行输出。

步骤2：综合显示控制器控制命令显示，主要完成识别到的手势状态到命令的转换关系和机械臂的运动态势的比较，弥补视频显示无法精确捕捉到的运动差异。为下一步的手势运动提供运动依据。为控制手臂运动与机械臂运动建立友好的对应关系，避免因手势运动过快，机械臂运动慢而带来的控制紊乱。

步骤3：综合显示控制器的反馈信息显示模块，主要完成主控模块传输过来的各关节点的状态信息，机械臂旋转角度，运动节点的角度，机械抓手的夹持力和夹持角等。为机械手的操控人员提供运动控制依据。综合控制器包括系统初始化模块、反馈信息控制模块、手势信息采集模块、底盘信息收发模块、数据解算模块；综合控制器流程图如图5所示。

步骤4：如图2所示，机械臂包括第一节臂、第二节臂和第三节臂，机械臂运动节点p1、p2、p3、p4；机械手运动节点p5、p6、p7、p8，具体运动包含如下：

1、通过操作员手臂的整体旋转运动控制机械臂整体旋转运动-运动节点p1；

2、通过操作员手臂的上下俯仰角度控制机械臂整体升降运动-运动节点p2(升高：p2夹角变大；降低：p2夹角变小)；

3、通过操作员手臂的伸长运动控制机械臂整体伸长运动-运动节点p2、p3、p4(p2夹角变小，p3夹角变大(当p2接近90°，p3接近180°时，p4节点伸长)；整个伸长过程需要保持节点p2与节点p6相对水平面的位置)

4、通过操作员手臂的缩短运动控制机械臂整体缩短运动-运动节点p2、p3、p4(首先缩短p4节点，当p4到最短时，p2夹角变大，p3夹角变小；整个缩短过程需要保持节点p2与节点p6相对水平面的位置)

5、通过操作员手掌相对手臂的上下运动控制的机械手的俯仰运动-运动节点p6(机械手抬高：p6的夹角增大，机械手降低：p6的夹角减小)

6、通过操作员手掌相对手臂的左右摆动控制机械手的旋转运动-运动节点p7；

7、通过操作员手的抓握运动控制机械手的抓取运动-运动节点p8；

8、通过操作员手掌相对手臂的旋转运动控制机械手的小幅度旋转动作-运动节点p5(左右旋转幅度为180°)；

步骤5：手势动作分机械臂控制模式、机械手控制模式、通用控制模式、单步模式，机械臂控制模式下对应手指的动作进行锁定处理，在机械手控制模式下对机械臂的运动进行锁定。通用模式下机械手的和机械臂的动作均为自由跟随手臂姿态运动，机械手和机械臂均受到手势的控制。单步模式下，锁定单个动作跟踪手臂运动。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。