[發明專利]基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺及方法

有效

• 申請號: 201410240452.7
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103995478A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 高煥兵;劉存根;隋首鋼;劉真娜;劉金存;韓佳林
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

1.基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，包括上位機主控系統、運動控制系統及液壓伺服控制試驗臺，上位機主控系統用于控制安裝在液壓伺服控制試驗臺上的運動控制系統；

所述上位機主控系統包括觸摸屏及工控機，觸摸屏與工控機通信連接，工控機通過以太網與運動控制系統中的運動控制器連接，運動控制器通過CAN-bus總線與若干個數字量I/O接口及模擬量I/O接口連接，運動控制器還通過電液伺服閥組控制多個液壓油缸和液壓馬達，液壓油缸和液壓馬達分別通過測量傳感器與對應的模擬量I/O接口相連，數字量I/O接口與工作狀態及報警指示燈相連；

所述多個液壓油缸和一個液壓馬達的各執行部件與實際機械臂各關節執行器相吻合，所述各執行部件接收運動控制系統發出的指令信號，在運動控制器中與液壓油缸或馬達通過傳感器反饋回來的實際位置信息相比較，成為誤差的電流信號經放大后送入電液伺服閥，電液伺服閥按一定的比例將電流信號轉變成液壓油量推動液壓油缸運動以達到模擬各機械臂關節的運動功能。

2.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述多個液壓油缸和一個液壓馬達的各關節執行部件具體為多個液壓油缸對應的腰部回轉執行部件、大臂俯仰執行部件、小臂俯仰執行部件、腕部俯仰執行部件及腕部搖擺執行部件，液壓馬達對應的腕部回轉執行部件。

3.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述液壓伺服控制試驗臺還包括用于各功能執行部件、電液伺服閥組和測量傳感器的安裝固定的安裝臺架，安裝臺架的下部設有用于存放測試元件及測試工具并配有接油盤的工具箱。

4.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述液壓伺服控制試驗臺還包括為液壓系統提供動力源的液壓站及用于伺服閥組之間的連接的液壓管路。

5.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述測量傳感器角位移傳感器、壓力傳感器、直線位移傳感器、速度傳感器和扭轉傳感器，所述測量傳感器安裝在關節執行部件上。

6.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述電液伺服閥組安裝在各關節執行部件的背面，包括腰部回轉、大臂俯仰和小臂俯仰閥組，腕部俯仰、腕部搖擺和腕部回轉閥組及伺服閥性能測試閥組。

7.如權利要求1所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺的實驗方法，其特征是，包括以下步驟：

步驟一：測試電液伺服閥組、液壓油缸及液壓馬達的性能，當符合要求時，主控系統各模塊初始化后，啟動人機交互界面；

步驟二：啟動人機交互界面后，系統開始不斷掃描程序入口檢測是否有需要執行的子程序，當主控系統有輸入信號時，系統將詢問是否要進行運動學正解或運動學逆解計算，如需計算則分別進入運動學正、逆解模塊；

步驟三：運動學正、逆解模塊計算完成后，如需要運動學仿真實驗則可進入運動學仿真模塊，并通過虛擬仿真機械臂模型動態顯示其運動過程，仿真結果驗證合理后，生成運動指令序列下發到運動控制系統，如不需要仿真則可將運動學正、逆解模塊計算結果直接生成運動指令序列并下發到運動控制系統，驅動各關節執行部件運動；

步驟四：驅動各關節執行部件運動時，執行數據采集模塊子程序，實時讀取運動控制系統上傳的各傳感器信息，驅動虛擬實測機械臂模型動態顯示機械臂在空間中的運動狀態，并在關節工作狀態顯示區顯示各關節當前工作狀態。

8.如權利要求7所述的基于現實虛擬互動的模塊化液壓機械臂實驗平臺，其特征是，所述實驗方法中，工作過程中，系統不斷的掃描程序入口，如果有復位或急停指令輸入，主控系統執行復位或急停子程序，立即停止當前工作。