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可伸缩高空作业机械臂的实际应用

2020-06-20 434 上传者：管理员

摘要：虽然高空作业机械臂能够在高空环境起到帮助作用，但因自身无法伸缩所以作用被严重限制，这时就可以设计一种可伸缩高空作业机械臂，这样就能在各种高空环境中起到帮助作用，从而有效减少工作人员在高空环境出现安全事故的概率。基于此，本文在提出可伸缩高空作业机械臂整体结构与主要功能后，针对可伸缩高空作业机械臂设计与应用详情展开研究，旨在为高空作业机械臂应用前景起到推广作用。

关键词：
可伸缩机械臂
机械工业
设计与应用
高空作业
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现代科技更加先进、智能，不断有全新技术投入市场与各个领域中，但大部分领域中都开始在高空环境下进行作业，这就需要凭借高空作业机械臂才能实现的工作内容不断增加。而高空作业机械臂是指仿真人体手臂，将长度与关节作为固定组合，根据工作内容实际需求对长度进行调整。自高空作业机械臂诞生后，就直接明确其工作范围与基本能力，但因其不能有效伸缩，所以应用范围遭到一定限制。对此，以下提出可以伸缩的高空作业机械臂，并全面研究此机械臂设计与应用。

1、可伸缩高空作业机械臂结构与功能

1.1 整体结构

这种可伸缩高空作业机械臂性能较以往更加全面，整体结构如以下图1所示。

图1 可伸缩高空作业机械臂结构详情图

其中1代表旋转台；2代表肩部；3代表长臂；4代表轴部；5代表短臂；6代表腕部；CL1代表第一轴线；CL2代表第二轴线。

在这其中，旋转台能够360°随意旋转；肩部主要安装在旋转台之中，可以绕着CL1（第一轴线）进行旋转；长臂底部主要安装在肩部之中，可以顺着方向进行来回伸缩；轴部主要安装在长臂顶部中，可以绕着CL2（第二轴线）进行旋转；短臂其中一侧安装在轴部中，可以顺着方向进行来回伸缩；腕部主要安装在短臂另一侧。通常高空作业机械臂操作都是由腕部所进行，能够在高空环境下执行工作，还能够根据工作内容在其中安设各种工具。

而且在这其中长臂与短臂都可以来回或多级伸缩，这样不仅有效解决以往高空作业机械臂限制因素，还能够为高空环境下工作时更加精细，但在可伸缩高空作业机械臂中，长臂主要用处为高度伸缩，所以其在定位方面无须具备较强的精准性，但短臂却完全不同，因短臂主要用处为精细操作，在伸缩过程中对精准度有着一定要求。为确保长臂与短臂形状合理性，便在长臂中添加直线驱动装置与多级滑轮，在短臂中则是添加电机驱动装置，这样不仅高空作业机械臂整体结构十分简易，在传动过程中效率也会有所提升。

1.2 主要功能

由于这种高空作业机械臂具备可伸缩能力，所以在功能方面要比传统机械臂更加完善。因此，主要功能可以分为以下几点：其一，整个机械臂结构十分自由，其中，旋转台、肩部、轴部都能够自由旋转，而且长臂与短臂还能进行不同程度的伸缩，十分有利于现代所有需要开展高空作业的领域工作；其二，这种高空作业机械臂可以在高空环境下稳定工作，并能够多次重复伸缩运动，促使应用范围更加广泛；其三，因高空作业机械臂中长臂与短臂内直径与外直径相差较小，所以整体结构就具备较强刚度，可以在高空环境工作中承受更多冲击。

2、可伸缩高空作业机械臂设计详情

2.1 控制系统详情

在可伸缩高空作业机械臂控制系统中，主要涵盖：上位机、电源、伸缩与回转驱动电机、CAN模块以及电机驱动装置。其中，电源能够把交流电变成直流电，为电机、驱动装置以及主控制装置提供电力供应，主控制器中涵盖：串口与CAN传输模块，以及核心芯片，主控制装置是由电机驱动装置和CAN相互连接，所有驱动装置与伸缩和回转驱动电机相互连接，串口模块主要用来接收与发送信息数据，CAN主要用来实现各系统之间相互通信，核心芯片主要用来对逻辑和功能进行控制。当上位机将指令传达给主控制装置后，主控制装置会通过CAN促使驱动装置进行运转，促使可伸缩高空作业机械臂开展工作。在机械臂工作过程中，主控制装置又能将驱动装置运转状态与速度等信息传送给上位机，这样就能起到远程监管作用，从而在真正意义上实现针对可伸缩高空作业机械臂展开实时监督与控制。

2.2 最小系统详情

所谓最小系统，指的是将其他部分去掉后此系统无法构成完整系统，在可伸缩高空作业机械臂设计中属于独立系统，其中，涵盖芯片、电路以及接口主要作用是为系统之间通信需求提供满足，从而有效增加通信线路。简单来讲，在最小系统中涵盖芯片，复位、时钟以及电源等线路。结构详情图如以下图2所示。

图2 最小系统结构详情图

2.3 电源电路详情

在设计电源电路时，因所用芯片型号为LPC1788，此型号功耗情况较低，而控制系统所用芯片型号则是117M3稳压电源型号，为切实满足芯片与电路对于电力的实际需求，便在DC接口将电源接入，这样所有输入电源就能在途经开关处时通过电容起到双重滤波效果，针对高频与低频两种杂波进行双重滤除。当杂波被滤除后，电源就能在通过稳压设施时稳住电压，再由电容对其进行再次滤波，最后，为电路提供所用电力。

2.4 接口设计详情

由于接口传统设计仿真过程中，会因为线路长度促使信号失去准确性，还可能导致仿真插头出现不稳定、可靠等情况，而ARM仿真装置可以为在线调试与烧写提供支持作用，因此，可以在对接口设计中合理运用APM仿真装置，但在对接口情况展开调试过程中，需要与仿真装置、编译环境相互配合，从而促使接口效果更加良好。

3、可伸缩高空作业机械臂实际应用

3.1 控制流程

在应用并控制可伸缩高空作业机械臂时，指令信号都是上位机利用串口发到机械臂主控制装置中，然后，主控制装置再将指令通过CAN发给各个驱动装置，这样驱动装置就会驱动所有电机开始运转。详细分析就是针对可伸缩高空作业机械臂控制器与CAN接口展开初始化操作，促使CAN中断，再对其设置优先中断级，再对串口、外接口、系统时钟，以CAN主机、从机、定时器进行初始化，这样平均每20毫秒就会对串口状态进行自动检测，等候控制指令，平均每50毫秒就会对驱动装置状态进行自动更新，及时将驱动装置状态与速度等信息发送给主控制装置。

3.2 控制方法

通过可伸缩高空作业机械臂中的控制系统，可以促使机械臂做出相应内容。

首先，需要按照高空作业实况明确工作内容、目标以及位置，然后，便可对旋转台进行控制调整，促使可伸缩高空作业机械臂朝着工作位置前进。其次，当确定机械臂位置后，需要适当调整肩部角度，确保长臂处于旋转台夹角初始位置，然后，就可以针对长臂长度与高度进行调整，如果轴部与工作目标之间处于相同高度，那么，就需要判断工作目标是否在短臂工作规模中，再适当调整肩部角度即可。最后，当长臂与短臂伸缩长度确定后，并且工作目标也在机械臂操作范围内，就可以开展高空作业，作业过程中仅需适当调整轴部角度即可。

4、结语

综上所述，为了促使高空作业机械臂在现代社会中应用更加广泛，主要介绍一种具备伸缩能力的高空作业机械臂。在明确这种机械臂结构与作用后，针对可伸缩高空作业机械臂控制系统、最小系统、电源电路、接口以及通信这几方面设计详情展开分析，并提出在应用这种机械臂时控制流动与控制方法。通过以上分析完全能够表明，这种机械臂更适合应用在各种领域中，而且这种机械臂在设计环节十分完善，完全能够彻底取代传统高空作业机械臂。

参考文献：

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