CN110193822B - 一种7自由度高压带电作业机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种7自由度高压带电作业机械臂，包括7个电机、大臂部件、小臂部件和抓拿部件，大臂部件与小臂部件通过N个电机进行连接；小臂部件与抓拿部件通过M个电机进行连接；任意两个相邻的电机的转动的轴线相互垂直；N和M均是不小于2的正整数，且N+M＝7；7个电机实现了机械臂的7自由度功能。本发明的有益效果：1、自由度高，通过模拟人体手臂的运动设计活动关节,能够复现手臂的运动，克服现有的带电机械臂自由度低的问题，实现任意位置和姿态的操作；2、由于绝缘小臂部件内部中空设置且各部件的外侧均覆盖有绝缘遮蔽罩，绝缘性能强；3、可扩展性好，抓拿部件包括可快速安装夹具，能根据需求安装各种仪器进行特定作业。

Description

一种7自由度高压带电作业机械臂

技术领域

本发明涉及自动化机械装置领域，更具体地，涉及一种7自由度高压带电作业机械臂。

背景技术

为提高电网络运行的安全，可靠，经济性，必须大力开展电网的带电抢修和维护作业。现有的高压带电作业机械臂，通常是专用于高压带电清扫设备的产品，具有自由度低、绝缘性能差、可扩展性差、操作性差、可移植性差等缺点。

现有高压带电清扫设备的产品中，没有适合高压厂站和线路的高自由度轻型遥控高压带电作业机械臂，往往仅有2个自由度，操作极其不方便，不能适应电气设备多、安装密度大的复杂作业环境，往往需要对设备进行停电。

其次，国内高压变电站户内电器设备的带电清扫大都仍停留在人工手持式清扫状态。人工带电作业使用电机驱动的大型载人机械臂，具有作业准备时间长、运行成本高等缺点，而且劳动强度大，作业艰苦，存在人身安全风险。

发明内容

本发明克服了上述现有的技术不足，提供一种7自由度高压带电作业机械臂。本发明提供了一个绝缘性好，操作性高，自由度高的机械臂。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种7自由度高压带电作业机械臂，包括7个电机、大臂部件、小臂部件和抓拿部件，其中，

所述的大臂部件与小臂部件通过N个电机进行连接；

所述的小臂部件与抓拿部件通过M个电机进行连接；

所述的任意两个相邻的电机的转动的轴线相互垂直；

所述的N和M均是不小于2的正整数，且N+M＝7；

所述的7个电机实现了机械臂的7自由度功能

在一种优选的方案中，所述的7个电机定义为第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机，其中，

所述的第一电机的轴线垂直于地面；

所述的第二电机的一端与第一电机的侧面连接，且第二电机与第一电机相互垂直；

所述的大臂部件的一端与第二电机的侧面连接，且大臂部件与第二电机相互垂直；

所述的大臂部件的另一端与第三电机的侧面连接，且大臂部件与第三电机相互垂直；

所述的第三电机的一端与第四电机的一端连接；

所述的第四电机的侧面与小臂部件的一端连接，且第四电机与小臂部件相互垂直；

所述的小臂部件的另一端与第五电机的侧面连接，且小臂部件与第五电机相互垂直；

所述的第五电机的一端与第六电机的侧面连接，且第五电机与第六电机相互垂直；

所述的第六电机的一端与第七电机的侧面连接，且第六电机与第七电机相互垂直；

所述的第七电机的一端与抓拿部件的底端连接，且第七电机的转动的轴线与抓拿部件的轴线共线。

本优选方案中，第一电机实现腰部回转功能。第二电机实现大臂部件的俯仰功能；第三电机实现小臂部件的俯仰功能；第四电机实现现小臂部件的旋转功能；第五电机实现抓拿部件的俯仰功能；第六电机实现抓拿部件的摇摆功能；第七电机实现抓拿部件的水平旋转功能。

在一种优选的方案中，所述的小臂部件的材质是绝缘材质，且小臂部件内部中空带有空腔。

本优选方案中，通过将小臂部件中空设置，实现了无电气连接的问题，保证在带电作业时，接触带电体的抓拿部件不会把电传导至大臂部件、第一电机、第二电机、第三电机和第四电机，提高了整体的绝缘性能。

在一种优选的方案中，所述的大臂部件、抓拿部件、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机的外侧均覆盖有绝缘遮蔽罩，所述的绝缘遮蔽罩符合GB/T12168标准。

本优选方案中，绝缘遮蔽罩的尺寸与覆盖部件相符,表面没有气泡、疤痕、破损等缺陷；安装绝缘遮蔽罩后,不能影响大臂部件和抓拿部件的活动空间，进一步提高了绝缘性能。

在一种优选的方案中，所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括底座，所述的底座设置在地面，底座的顶面与第一电机的底面连接。

在一种优选的方案中，所述的底座内部真空且设置有第一控制模组，所述的第一控制模组对第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的工作状态进行控制。

在一种优选的方案中，所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括第二控制模组，所述的第二控制模组对第五电机、第六电机、第七电机和抓拿部件的工作状态进行控制。

在一种优选的方案中，所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括蓄电池，所述的蓄电池对第五电机、第六电机、第七电机和抓拿部件进行供电。

在一种优选的方案中，所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，其中，

所述的第一无线通信模块设置在小臂部件的一端的内侧，第一无线通信模块与小臂部件连接，第一无线通信模块与第一控制模组电连接；

所述的第二无线通信模块设置在小臂部件的另一端的内侧，第二无线通信模块与小臂部件连接，第二无线通信模块与第二控制模组电连接；

所述的第一无线通信模块和第二无线通信模块通过无线通信的方式进行连接，所述的第一控制模组通过第一无线通信模块和第二无线通信模块对第二控制模组进行控制。

本优选方案中，由于小臂部件绝缘无电气连接，所以第一控制模组通过第一无线通信模块和第二无线通信模块与第二控制模组无线通信连接，避免了由于有线连接方式下，高压电流流进第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第一控制模组的问题，有效提高了绝缘性能。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1、自由度高，通过模拟人体手臂的运动设计活动关节,能够复现手臂的运动,能够实现腰部回转，大臂俯仰，小臂俯仰，小臂旋转，腕部俯仰，腕部摇摆，腕部旋转的七个自由度运动，克服现有的带电机械臂自由度低的问题，实现任意位置和姿态的操作。

2、绝缘性能强，由于绝缘小臂部件内部中空设置且各部件的外侧均覆盖有绝缘遮蔽罩，保证带电作业时，高压电流不会流进第一电机、第二电机、第三电机、第四电机。

3、可扩展性好，抓拿部件包括可快速安装夹具，能安装清扫刷进行带电清扫，能安装机械手进行带电操作，能安装其他仪器进行特定作业。

附图说明

图1为实施例1的机械结构图。

图2为实施例1的机械机构拆分图。

图3为实施例2的械臂上端控制部的C8051F340芯片电路图。

图4为实施例2的械臂下端控制部的C8051F340芯片电路图。

图5为实施例2的械臂下端控制部的第二电源电路图。

图6为实施例2的械臂上端控制部的第一电源电路图。

图7为实施例2的械臂下端控制部的第二无线通信电路图。

图8为实施例2的械臂上端控制部的第一无线通信电路图。

图9为实施例2的械臂下端控制部的第二舵机驱动电路图。

图10为实施例2的械臂下端控制部的第二行程限位开关电路图。

图11为实施例2的械臂上端控制部的第一舵机驱动电路图。

图12为实施例2的械臂上端控制部的第一行程限位开关电路图。

图13为实施例2的械臂上端控制部的功率驱动电路图。

图14为实施例3的遥控模组的C8051F340芯片电路图。

图15为实施例3的遥控模组的第三无线通信电路图。

图16为实施例3的遥控模组的第三电源电路图。

标号说明:1、腕部俯仰舵机；2、底座；3、大臂俯仰舵机；4、腰部回转舵机；5、合金大臂；6、绝缘臂俯仰舵机；7、绝缘臂旋转舵机；8、摄像头；9、机械爪；10、腕部旋转舵机；11、绝缘臂；12、腕部摇摆舵机；13、照明灯；14、控制线孔；15、螺孔；16、主机通信模块；17、从机通信模块。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种7自由度高压带电作业机械臂，如图1和图2所示，包括机械臂上端部和机械臂下端部，机械臂下端部包括底座2、大臂俯仰舵机3、腰部回转舵机4、合金大臂5、绝缘臂俯仰舵机6、绝缘臂旋转舵机7、绝缘臂11，其中，

绝缘臂11内部中空带有空腔；

底座2设置在地面，底座的顶面与腰部回转舵机4的底面通过螺孔15进行连接，底座2的中轴线与腰部回转舵机4的轴线共线，腰部回转舵机4实现360°旋转；

大臂俯仰舵机3与腰部回转舵机4的侧面通过螺孔15进行连接，且大臂俯仰舵机3与腰部回转舵机4相互垂直，大臂俯仰舵机3实现180°旋转；

合金大臂5的一端与大臂俯仰舵机3的侧面通过螺孔15进行连接，且合金大臂5与大臂俯仰舵机3相互垂直；

合金大臂5的另一端与绝缘臂俯仰舵机6的侧面通过螺孔15进行连接，且合金大臂5与绝缘臂俯仰舵机6相互垂直，绝缘臂俯仰舵机6实现360°旋转；

绝缘臂俯仰舵机6的一端与绝缘臂旋转舵机7的一端通过螺孔15进行连接，绝缘臂旋转舵机7实现180°旋转；

绝缘臂旋转舵机7的侧面与绝缘臂11的一端通过螺孔15进行连接，且绝缘臂旋转舵机7与绝缘臂11相互垂直。

机械臂上端部包括腕部俯仰舵机1、摄像头8、机械爪9、腕部旋转舵机10、腕部摇摆舵机12、照明灯13和机械爪电机，其中，

机械爪电机控制机械爪9工作；

绝缘臂11的另一端与腕部俯仰舵机1的侧面通过螺孔15进行连接，且绝缘臂11与腕部俯仰舵机1相互垂直，腕部俯仰舵机1实现360°旋转；

腕部俯仰舵机1的一端与腕部摇摆舵机12的侧面通过螺孔15进行连接，且腕部俯仰舵机1与腕部摇摆舵机12相互垂直，腕部摇摆舵机12实现360°旋转；

腕部摇摆舵机12的一端与腕部旋转舵机10的侧面通过螺孔15进行连接，且腕部摇摆舵机12与腕部旋转舵机10相互垂直；

腕部旋转舵机10的一端与机械爪9的底端通过螺孔15进行连接，且腕部旋转舵机10与机械爪9的轴线共线；

腕部摇摆舵机12的外侧周围设置有照明灯13；

腕部摇摆舵机12的外侧的顶端设置有摄像头8；

合金大臂5、机械爪9、大臂俯仰舵机3、腰部回转舵机4、绝缘臂俯仰舵机6、绝缘臂旋转舵机7、腕部旋转舵机10、腕部摇摆舵机12和腕部俯仰舵机1的外侧均覆盖有符合GB/T12168标准的绝缘遮蔽罩。

本实施例1通过机械结构实现7自由度的动作，由于机械臂下端部包括中空绝缘臂，高压电流无法通过机械臂上端部流进机械臂下端部，而且可以根据实际需求更换不同绝缘性能的绝缘臂。

实施例2

实施例2在实施例1的基础上进行延伸，在机械结构上增加控制部分，实现自动化操作7自由度机械臂的动作。

控制部分包括机械臂上端控制部和机械臂下端控制部，机械臂下端控制部对械臂上端控制部形控制，彼此是主从关系；

机械臂上端控制部对机械臂上端部进行控制，机械臂上端控制部包括C8051F340芯片(U1)、第一电源电路、第一无线通信电路、第一舵机驱动电路、第一行程限位开关电路、功率驱动电路和24V蓄电池，其中，

C8051F340芯片(U1)与第一无线通信电路电连接；

C8051F340芯片(U1)与第一舵机驱动电路电连接；

C8051F340芯片(U1)与第一行程限位开关电路电连接；

C8051F340芯片(U1)与功率驱动电路电连接；

如图3和图6所示，第一电源电路对机械臂上端的部件进行供电，第一电源电路包括电容C6、电容C7、NS6316芯片(*1)、1117-3.3芯片(P1)、电感L1、电阻R2、电阻R3、电阻R10、电容C5、电解电容C3、电容C4、电解电容C1、电容C2、电阻R1和发光二极管D1，其中，

电容C6的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C6的另一端接地；

电容C7的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C7的另一端接地；

24V蓄电池的电源输出端与NS6316芯片的4号引脚电连接；

NS6316芯片(*1)的7号引脚接地；

NS6316芯片(*1)的8号引脚接地；

NS6316芯片(*1)的5号引脚与电感L1的一端电连接；

NS6316芯片(*1)的6号引脚与电感L1的一端电连接；

NS6316芯片(*1)的3号引脚与电感L1的另一端电连接；

NS6316芯片(*1)的3号引脚与电阻R2的一端电连接；

NS6316芯片(*1)的2号引脚与电阻R2的另一端电连接；

NS6316芯片(*1)的2号引脚与电阻R3的一端电连接；

NS6316芯片(*1)的1号引脚与电阻R3的另一端电连接；

电阻R3的另一端与电阻R10的一端电连接；

电阻R10的另一端接地；

NS6316芯片(*1)的2号引脚作为5V输出电源端，NS6316芯片(*1)的2号引脚与电容C5的一端电连接；

电容C5的另一端接地；

电容C5的一端与电解电容C3的阳极电连接；

电容C5的另一端与电解电容C3的阴极电连接；

电容C5的一端与电容C4的一端电连接；

电容C5的另一端与电容C4的另一端电连接；

电容C5的一端与1117-3.3芯片的1号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P1)的2号引脚接地；

1117-3.3芯片(P1)的3号引脚与电解电容C1的阳极电连接；

电解电容C1的阴极接地；

1117-3.3芯片(P1)的3号引脚作为3.3V输出电源端，1117-3.3芯片(P1)的3号引脚与C8051F340芯片(U1)的10号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P1)的3号引脚与电容C2的一端电连接；

电容C2的另一端接地；

1117-3.3芯片(P1)的3号引脚与电阻R1的一端电连接；

电阻R1的另一端与发光二极管D1的阳极电连接；

发光二极管D1的阴极接地。

如图3和图8所示，第一无线通信电路包括nRF905芯片(*4)，其中，

nRF905芯片(*4)的1号引脚与1117-3.3芯片的3号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的2号引脚与C8051F340芯片(U1)的22号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的3号引脚与C8051F340芯片(U1)的15号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的4号引脚与C8051F340芯片(U1)的21号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的8号引脚与C8051F340芯片(U1)的20号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的9号引脚与C8051F340芯片(U1)的16号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的10号引脚与C8051F340芯片(U1)的19号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的11号引脚与C8051F340芯片(U1)的17号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的12号引脚与C8051F340芯片(U1)的18号引脚电连接；

nRF905芯片(*4)的13号引脚接地；

nRF905芯片(*4)的14号引脚接地。

第一舵机驱动电路对腕部俯仰舵机1、机械爪电机、腕部旋转舵机10、腕部摇摆舵机12进行驱动控制，如图3和图11所示，第一舵机驱动电路包括L298N芯片(U4)、L298N芯片(U6)、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D14、二极管D15、二极管D16、二极管D17、二极管D22、二极管D23、二极管D24、二极管D25、二极管D32、二极管D33、二极管D34、二极管D35、电阻R19、电阻R20、电阻R25、电阻R26，其中，

L298N芯片(U4)的5号引脚与C8051F340芯片(U1)的38号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的7号引脚与C8051F340芯片(U1)的37号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的10号引脚与C8051F340芯片(U1)的36号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的12号引脚与C8051F340芯片(U1)的35号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的6号引脚与C8051F340芯片(U1)的34号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的11号引脚与C8051F340芯片(U1)的33号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的8号引脚接地；

L298N芯片(U4)的9号引脚与NS6316芯片(*1)的2号引脚电连接；

L298N芯片(U4)的4号引脚与24V蓄电池的电源输出端电连接；

L298N芯片(U4)的2号引脚与腕部俯仰舵机1的一端电连接；

L298N芯片(U4)的2号引脚与二极管D6的阳极电连接；

二极管D6的阴极接正电源；

L298N芯片(U4)的2号引脚与二极管D14的阴极电连接；

二极管D14的阳极接地；

L298N芯片(U4)的3号引脚与腕部俯仰舵机1的另一端电连接；

L298N芯片(U4)的3号引脚与二极管D7的阳极电连接；

二极管D7的阴极接正电源；

L298N芯片(U4)的3号引脚与二极管D15的阴极电连接；

二极管D15的阳极接地；

L298N芯片(U4)的13号引脚与腕部摇摆舵机12的一端电连接；

L298N芯片(U4)的13号引脚与二极管D8的阳极电连接；

二极管D8的阴极接正电源；

L298N芯片(U4)的13号引脚与二极管D16的阴极电连接；

二极管D16的阳极接地；

L298N芯片(U4)的14号引脚与腕部摇摆舵机12的另一端电连接；

L298N芯片(U4)的14号引脚与二极管D9的阳极电连接；

二极管D9的阴极接正电源；

L298N芯片(U4)的14号引脚与二极管D17的阴极电连接；

二极管D17的阳极接地；

L298N芯片(U4)的1号引脚与电阻R20的一端电连接；

L298N芯片(U4)的15号引脚与电阻R19的一端电连接；

电阻R20的另一端与电阻R19的另一端电连接；

电阻R20的另一端接地；

L298N芯片(U6)的5号引脚与C8051F340芯片(U1)的30号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的7号引脚与C8051F340芯片(U1)的29号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的10号引脚与C8051F340芯片(U1)的28号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的12号引脚与C8051F340芯片(U1)的27号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的6号引脚与C8051F340芯片(U1)的26号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的11号引脚与C8051F340芯片(U1)的25号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的8号引脚接地；

L298N芯片(U6)的9号引脚与NS6316芯片(*1)的2号引脚电连接；

L298N芯片(U6)的4号引脚与24V蓄电池的电源输出端电连接；

L298N芯片(U6)的2号引脚与腕部旋转舵机10的一端电连接；

L298N芯片(U6)的2号引脚与二极管D22的阳极电连接；

二极管D22的阴极接正电源；

L298N芯片(U6)的2号引脚与二极管D32的阴极电连接；

二极管D32的阳极接地；

L298N芯片(U6)的3号引脚与腕部旋转舵机10的另一端电连接；

L298N芯片(U6)的3号引脚与二极管D23的阳极电连接；

二极管D23的阴极接正电源；

L298N芯片(U6)的3号引脚与二极管D33的阴极电连接；

二极管D33的阳极接地；

L298N芯片(U6)的13号引脚与机械爪电机的一端电连接；

L298N芯片(U6)的13号引脚与二极管D24的阳极电连接；

二极管D24的阴极接正电源；

L298N芯片(U6)的13号引脚与二极管D34的阴极电连接；

二极管D34的阳极接地；

L298N芯片(U6)的14号引脚与机械爪电机的另一端电连接；

L298N芯片(U6)的14号引脚与二极管D25的阳极电连接；

二极管D25的阴极接正电源；

L298N芯片(U6)的14号引脚与二极管D35的阴极电连接；

二极管D35的阳极接地；

L298N芯片(U4)的1号引脚与电阻R26的一端电连接；

L298N芯片(U4)的15号引脚与电阻R25的一端电连接；

电阻R25的另一端与电阻R26的另一端电连接；

电阻R26的另一端接地。

第一行程限位开关电路对腕部俯仰舵机1、腕部旋转舵机10和腕部摇摆舵机12的运动状态进行控制，如图3和图12所示，第一行程限位开关电路包括3个SW-SPST开关、电阻R29、电阻R30、电阻R39、电阻R40、电阻R35、电阻R36、光电耦合器IC1、光电耦合器IC3、光电耦合器IC5，其中，

电阻R29的一端与NS6316芯片(*1)的2号引脚电连接；

电阻R29的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R29的一端与光电耦合器IC1的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC1的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC1的接收级的一端与电阻R30的一端电连接；

电阻R30的另一端与1117-3.3芯片(P1)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC1的接收级的一端与C8051F340芯片(U1)的47号引脚电连接；

光电耦合器IC1的接收级的另一端接地；

电阻R99的一端与NS6316芯片的2号引脚电连接；

电阻R39的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R39的一端与光电耦合器IC5的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC5的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC5的接收级的一端与电阻R40的一端电连接；

电阻R40的另一端与1117-3.3芯片(P1)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC5的接收级的一端与C8051F340芯片(U1)的31号引脚电连接；

光电耦合器IC5的接收级的另一端接地；

电阻R35的一端与NS6316芯片(*1)的2号引脚电连接；

电阻R35的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R35的一端与光电耦合器IC3的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC3的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC3的接收级的一端与电阻R30的一端电连接；

电阻R36的另一端与1117-3.3芯片的3号引脚电连接；

光电耦合器IC3的接收级的一端与C8051F340芯片(U1)的39号引脚电连接；

光电耦合器IC3的接收级的另一端接地。

功率驱动电路通过继电器对摄像头8、照明灯13和机械爪电机的电源进行控制；如图3和图13所示，功率驱动电路包括发光二极管D4、发光二极管D30、发光二极管D40、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R23、电阻R24、电阻R33、电阻R34、二极管D5、二极管D31、二极管D41、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2、PNP三极管Q3和3个继电器，其中，

发光二极管D4的阳极接正电源；

发光二极管D4的阴极与电阻R16的一端电连接；

电阻R16的另一端与二极管D5的阳极电连接；

二极管D5的阴极接正电源；

二极管D5的阴极与继电器的控制级的一端电连接；

二极管D5的阳极与继电器的控制级的另一端电连接；

二极管D5的阳极与PNP三极管Q1的发射极电连接；

PNP三极管Q1的集电极接地；

PNP三极管Q1的基极与电阻R17的一端电连接；

电阻R17的另一端与C8051F340芯片(U1)的23号引脚电连接；

继电器的开关级的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

继电器的开关级的另一端与照明灯13的一端电连接；

照明灯13的另一端与电阻R18的一端电连接；

电阻R18的另一端接地；

发光二极管D30的阳极接正电源；

发光二极管D30的阴极与电阻R23的一端电连接；

电阻R23的另一端与二极管D31的阳极电连接；

二极管D31的阴极接正电源；

二极管D31的阴极与继电器的控制级的一端电连接；

二极管D31的阳极与继电器的控制级的另一端电连接；

二极管D31的阳极与PNP三极管Q2的发射极电连接；

PNP三极管Q2的集电极接地；

PNP三极管Q2的基极与电阻R24的一端电连接；

电阻R24的另一端与C8051F340芯片(U1)的16号引脚电连接；

继电器的开关级对摄像头8的电源进行控制；

发光二极管D40的阳极接正电源；

发光二极管D40的阴极与电阻R33的一端电连接；

电阻R33的另一端与二极管D41的阳极电连接；

二极管D41的阴极接正电源；

二极管D41的阴极与继电器的控制级的一端电连接；

二极管D41的阳极与继电器的控制级的另一端电连接；

二极管D41的阳极与PNP三极管Q3的发射极电连接；

PNP三极管Q3的集电极接地；

PNP三极管Q3的基极与电阻R34的一端电连接；

电阻R34的另一端与C8051F340芯片(U1)的15号引脚电连接；

继电器的开关级对机械爪电机的电源进行控制。

机械臂下端控制部对机械臂下端部进行控制，机械臂下端控制部包括C8051F340芯片(U2)、第二电源电路、第二无线通信电路、第二舵机驱动电路、第二行程限位开关电路和24V蓄电池，其中，

C8051F340芯片(U2)与第二无线通信电路电连接；

C8051F340芯片(U2)与第二舵机驱动电路电连接；

C8051F340芯片(U2)与第二行程限位开关电路电连接。

如图4和图5所示，第二电源电路对机械臂下端的部件进行供电，第二电源电路包括电容C17、电容C19、NS6316芯片(*2)、1117-3.3芯片(P2)、电感L2、电阻R6、电阻R7、电阻R11、电容C14、电解电容C12、电容C13、电解电容C8、电容C9、电阻R4和发光二极管D2，其中，

电容C17的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C17的另一端接地；

电容C19的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C19的另一端接地；

24V蓄电池的电源输出端与NS6316芯片(*2)的4号引脚电连接；

NS6316芯片(*2)的7号引脚接地；

NS6316芯片(*2)的8号引脚接地；

NS6316芯片(*2)的5号引脚与电感L2的一端电连接；

NS6316芯片(*2)的6号引脚与电感L2的一端电连接；

NS6316芯片(*2)的3号引脚与电感L2的另一端电连接；

NS6316芯片(*2)的3号引脚与电阻R6的一端电连接；

NS6316芯片(*2)的2号引脚与电阻R6的另一端电连接；

NS6316芯片(*2)的2号引脚与电阻R7的一端电连接；

NS6316芯片(*2)的1号引脚与电阻R7的另一端电连接；

电阻R7的另一端与电阻R11的一端电连接；

电阻R11的另一端接地；

NS6316芯片(*2)的2号引脚作为5V输出电源端，NS6316芯片(*2)的2号引脚与电容C14的一端电连接；

电容C14的另一端接地；

电容C14的一端与电解电容C12的阳极电连接；

电容C14的另一端与电解电容C12的阴极电连接；

电容C14的一端与电容C13的一端电连接；

电容C14的另一端与电容C13的另一端电连接；

电容C14的一端与1117-3.3芯片(P2)的1号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P2)的2号引脚接地；

1117-3.3芯片(P2)的3号引脚与电解电容C8的阳极电连接；

电解电容C8的阴极接地；

1117-3.3芯片(P2)的3号引脚作为3.3V输出电源端，1117-3.3芯片(P2)的3号引脚与C8051F340芯片(U2)的10号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P2)的3号引脚与电容C9的一端电连接；

电容C9的另一端接地；

1117-3.3芯片(P2)的3号引脚与电阻R4的一端电连接；

电阻R4的另一端与发光二极管D2的阳极电连接；

发光二极管D2的阴极接地。

如图4和图7所示，第二无线通信电路包括nRF905芯片(*5)，

nRF905芯片(*5)的1号引脚与1117-3.3芯片(P2)的3号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的2号引脚与C8051F340芯片(U2)的22号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的3号引脚与C8051F340芯片(U2)的15号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的4号引脚与C8051F340芯片(U2)的21号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的8号引脚与C8051F340芯片(U2)的20号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的9号引脚与C8051F340芯片(U2)的16号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的10号引脚与C8051F340芯片(U2)的19号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的11号引脚与C8051F340芯片(U2)的17号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的12号引脚与C8051F340芯片(U2)的18号引脚电连接；

nRF905芯片(*5)的13号引脚接地；

nRF905芯片(*5)的14号引脚接地。

第二舵机驱动电路对大臂俯仰舵机3、腰部回转舵机4、绝缘臂俯仰舵机6、绝缘臂旋转舵机7进行驱动控制，如图4和图9所示，第二舵机驱动电路包括L298N芯片(U5)、L298N芯片(U7)、二极管D10、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D18、二极管D19、二极管D20、二极管D21、二极管D26、二极管D27、二极管D28、二极管D29、二极管D36、二极管D37、二极管D38、二极管D39、电阻R21、电阻R22、电阻R27、电阻R28，其中，

L298N芯片(U5)的5号引脚与C8051F340芯片(U2)的3号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的7号引脚与C8051F340芯片(U2)的4号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的10号引脚与C8051F340芯片(U2)的5号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的12号引脚与C8051F340芯片(U2)的6号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的6号引脚与C8051F340芯片(U2)的2号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的11号引脚与C8051F340芯片(U2)的1号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的8号引脚接地；

L298N芯片(U5)的9号引脚与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

L298N芯片(U5)的4号引脚与24V蓄电池的电源输出端电连接；

L298N芯片(U5)的2号引脚与腰部回转舵机4的一端电连接；

L298N芯片(U5)的2号引脚与二极管D10的阳极电连接；

二极管D11的阴极接正电源；

L298N芯片(U5)的2号引脚与二极管D18的阴极电连接；

二极管D18的阳极接地；

L298N芯片(U5)的3号引脚与腰部回转舵机4的另一端电连接；

L298N芯片(U5)的3号引脚与二极管D11的阳极电连接；

二极管D11的阴极接正电源；

L298N芯片(U5)的3号引脚与二极管D19的阴极电连接；

二极管D19的阳极接地；

L298N芯片(U5)的13号引脚与大臂俯仰舵机3的一端电连接；

L298N芯片(U5)的13号引脚与二极管D12的阳极电连接；

二极管D12的阴极接正电源；

L298N芯片(U5)的13号引脚与二极管D20的阴极电连接；

二极管D20的阳极接地；

L298N芯片(U5)的14号引脚与大臂俯仰舵机3的另一端电连接；

L298N芯片(U5)的14号引脚与二极管D13的阳极电连接；

二极管D13的阴极接正电源；

L298N芯片(U5)的14号引脚与二极管D21的阴极电连接；

二极管D21的阳极接地；

L298N芯片(U5)的1号引脚与电阻R21的一端电连接；

L298N芯片(U5)的15号引脚与电阻R22的一端电连接；

电阻R21的另一端与电阻R22的另一端电连接；

电阻R22的另一端接地；

L298N芯片(U7)的5号引脚与C8051F340芯片(U2)的46号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的7号引脚与C8051F340芯片(U2)的45号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的10号引脚与C8051F340芯片(U2)的44号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的12号引脚与C8051F340芯片(U2)的43号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的6号引脚与C8051F340芯片(U2)的42号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的11号引脚与C8051F340芯片(U2)的41号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的8号引脚接地；

L298N芯片(U7)的9号引脚与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

L298N芯片(U7)的4号引脚与24V蓄电池的电源输出端电连接；

L298N芯片(U7)的2号引脚与绝缘臂俯仰舵机6的一端电连接；

L298N芯片(U7)的2号引脚与二极管D26的阳极电连接；

二极管D26的阴极接正电源；

L298N芯片(U7)的2号引脚与二极管D36的阴极电连接；

二极管D36的阳极接地；

L298N芯片(U7)的3号引脚与绝缘臂俯仰舵机6的另一端电连接；

L298N芯片(U7)的3号引脚与二极管D27的阳极电连接；

二极管D27的阴极接正电源；

L298N芯片(U7)的3号引脚与二极管D37的阴极电连接；

二极管D37的阳极接地；

L298N芯片(U7)的13号引脚与绝缘臂旋转舵机7的一端电连接；

L298N芯片(U7)的13号引脚与二极管D28的阳极电连接；

二极管D28的阴极接正电源；

L298N芯片(U7)的13号引脚与二极管D38的阴极电连接；

二极管D38的阳极接地；

L298N芯片(U7)的14号引脚与绝缘臂旋转舵机7的另一端电连接；

L298N芯片(U7)的14号引脚与二极管D29的阳极电连接；

二极管D29的阴极接正电源；

L298N芯片(U7)的14号引脚与二极管D39的阴极电连接；

二极管D39的阳极接地；

L298N芯片(U5)的1号引脚与电阻R27的一端电连接；

L298N芯片(U5)的15号引脚与电阻R28的一端电连接；

电阻R27的另一端与电阻R28的另一端电连接；

电阻R27的另一端接地。

第二行程限位开关电路对大臂俯仰舵机3、腰部回转舵机4、绝缘臂俯仰舵机6、绝缘臂旋转舵机7的运动状态进行控制，如图4和图10所示，行程限位开关电路包括4个SW-SPST开关、电阻R31、电阻R32、电阻R37、电阻R38、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、光电耦合器IC2、光电耦合器IC4、光电耦合器IC6和光电耦合器IC7，其中，

电阻R31的一端与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

电阻R31的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R31的一端与光电耦合器IC2的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC2的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC2的接收级的一端与电阻R32的一端电连接；

电阻R32的另一端与1117-3.3芯片(P2)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC2的接收级的一端与C8051F340芯片(U2)的48号引脚电连接；

光电耦合器IC2的接收级的另一端接地；

电阻R32的一端与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

电阻R41的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R41的一端与光电耦合器IC6的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC6的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC6的接收级的一端与电阻R42的一端电连接；

电阻R42的另一端与1117-3.3芯片(P2)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC6的接收级的一端与C8051F340芯片(U2)的32号引脚电连接；

光电耦合器IC6的接收级的另一端接地；

电阻R37的一端与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

电阻R37的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R37的一端与光电耦合器IC4的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC4的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC4的接收级的一端与电阻R38的一端电连接；

电阻R38的另一端与1117-3.3芯片(P2)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC4的接收级的一端与C8051F340芯片(U2)的40号引脚电连接；

光电耦合器IC4的接收级的另一端接地；

电阻R43的一端与NS6316芯片(*2)的2号引脚电连接；

电阻R43的一端与SW-SPST开关的一端电连接；

SW-SPST开关的另一端接地；

电阻R43的一端与光电耦合器IC47的发射级的一端电连接；

光电耦合器IC7的发射级的另一端接地；

光电耦合器IC7的接收级的一端与电阻R44的一端电连接；

电阻R44的另一端与1117-3.3芯片(P2)的3号引脚电连接；

光电耦合器IC7的接收级的一端与C8051F340芯片(U2)的24号引脚电连接；

光电耦合器IC7的接收级的另一端接地。

本实施例2通过机械臂上端控制部对机械臂上端部进行控制，通过机械臂下端控制部对机械臂下端部进行控制，由于绝缘臂中空设置，机械臂上端控制部过和机械臂下端控制部通过第一无线通信电路和第二无线通信电路块进行通信，且设定为机械臂下端控制部为主，机械臂上端控制部为从，机械臂下端控制部对机械臂上端控制部形成控制。在此基础上，可以通过机械臂下端控制部的C8051F340芯片(U2)设定出整个7自由度机械臂的动作。

实施例3

实施例3在实施例2的基础上进行延伸，增加遥控模组，通过遥控模组远程对实施例2进行控制。

遥控模组包括C8051F340芯片(U3)、操作按键、触摸屏、第三无线通信电路、24V蓄电池和第三电源电路，其中，

C8051F340芯片(U3)与操作按键电连接；

C8051F340芯片(U3)与触摸屏电连接；

C8051F340芯片(U3)与第三无线通信电路电连接。

如图13和图15所示，第三电源电路对遥控模组进行供电，第三电源电路包括电容C20、电容C21、NS6316芯片(*3)、1117-3.3芯片(P3)、电感L3、电阻R8、电阻R9、电阻R12、电容C18、电解电容C15、电容C16、电解电容C10、电容C11、电阻R5和发光二极管D3，其中，

电容C20的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C20的另一端接地；

电容C21的一端与24V蓄电池的电源输出端电连接；

电容C21的另一端接地；

24V蓄电池的电源输出端与NS6316芯片(*3)的4号引脚电连接；

NS6316芯片(*3)的7号引脚接地；

NS6316芯片(*3)的8号引脚接地；

NS6316芯片(*3)的5号引脚与电感L3的一端电连接；

NS6316芯片(*3)的6号引脚与电感L3的一端电连接；

NS6316芯片(*3)的3号引脚与电感L3的另一端电连接；

NS6316芯片(*3)的3号引脚与电阻R8的一端电连接；

NS6316芯片(*3)的2号引脚与电阻R8的另一端电连接；

NS6316芯片(*3)的2号引脚与电阻R9的一端电连接；

NS6316芯片(*3)的1号引脚与电阻R9的另一端电连接；

电阻R9的另一端与电阻R12的一端电连接；

电阻R12的另一端接地；

NS6316芯片(*3)的2号引脚作为5V输出电源端，NS6316芯片(*3)的2号引脚与电容C18的一端电连接；

电容C18的另一端接地；

电容C18的一端与电解电容C15的阳极电连接；

电容C18的另一端与电解电容C15的阴极电连接；

电容C18的一端与电容C16的一端电连接；

电容C18的另一端与电容C16的另一端电连接；

电容C18的一端与1117-3.3芯片(P3)的1号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P3)的2号引脚接地；

1117-3.3芯片(P3)的3号引脚与电解电容C10的阳极电连接；

电解电容C10的阴极接地；

1117-3.3芯片(P3)的3号引脚作为3.3V输出电源端，1117-3.3芯片(P3)的3号引脚与C8051F340芯片(U3)的10号引脚电连接；

1117-3.3芯片(P3)的3号引脚与电容C11的一端电连接；

电容C11的另一端接地；

1117-3.3芯片(P3)的3号引脚与电阻R5的一端电连接；

电阻R5的另一端与发光二极管D3的阳极电连接；

发光二极管D3的阴极接地。

如图14和图15所示，第三无线通信电路包括nRF905芯片(*6)，

nRF905芯片(*6)的1号引脚与1117-3.3芯片(P3)的3号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的2号引脚与C8051F340芯片(U3)的22号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的3号引脚与C8051F340芯片(U3)的15号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的4号引脚与C8051F340芯片(U3)的21号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的8号引脚与C8051F340芯片(U3)的20号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的9号引脚与C8051F340芯片(U3)的16号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的10号引脚与C8051F340芯片(U3)的19号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的11号引脚与C8051F340芯片(U3)的17号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的12号引脚与C8051F340芯片(U3)的18号引脚电连接；

nRF905芯片(*6)的13号引脚接地；

nRF905芯片(*6)的14号引脚接地。

本实施例3通过遥控模组对实施例2进行控制，实现了远程对实施例2的控制。工作人员通过遥控模组远程输入控制指令给机械臂下端控制部，机械臂下端控制部根据控制指令操作机械臂下端部的动作，并发出控制信号给机械臂上端控制部，机械臂上端控制部根据控制指令操作机械臂上端部的动作。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；上述的扩展方式仍然属于本专利的保护范围，而不仅仅以实施例作为本专利的限制。

对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种7自由度高压带电作业机械臂，其特征在于，包括7个电机、大臂部件、小臂部件、抓拿部件和底座，其中，所述的底座与小臂部件通过N个电机进行连接；所述的小臂部件与抓拿部件通过M个电机进行连接；任意两个相邻的电机的转动的轴线相互垂直；所述的N和M均是不小于2的正整数，且N+M＝7；所述的7个电机实现了机械臂的7自由度功能；

所述的7个电机定义为第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机，其中，所述的第一电机的轴线垂直于地面；所述的第二电机的一端与第一电机的侧面连接，且第二电机与第一电机相互垂直；所述的大臂部件的一端与第二电机的侧面连接，且大臂部件与第二电机相互垂直；所述的大臂部件的另一端与第三电机的侧面连接，且大臂部件与第三电机相互垂直；所述的第三电机的一端与第四电机的一端连接；所述的第四电机的侧面与小臂部件的一端连接，且第四电机与小臂部件相互垂直；所述的小臂部件的另一端与第五电机的侧面连接，且小臂部件与第五电机相互垂直；所述的第五电机的一端与第六电机的侧面连接，且第五电机与第六电机相互垂直；所述的第六电机的一端与第七电机的侧面连接，且第六电机与第七电机相互垂直；所述的第七电机的一端与抓拿部件的底端连接，且第七电机的转动的轴线与抓拿部件的轴线共线；

所述的底座设置在地面，底座的顶面与第一电机的底面连接；

所述的底座内部真空且设置有第一控制模组，所述的第一控制模组对第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的工作状态进行控制；

所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括第二控制模组，所述的第二控制模组对第五电机、第六电机、第七电机和抓拿部件的工作状态进行控制；

所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括第一无线通信模块和第二无线通信模块，其中，所述的第一无线通信模块设置在小臂部件的一端的内侧，第一无线通信模块与小臂部件连接，第一无线通信模块与第一控制模组电连接；所述的第二无线通信模块设置在小臂部件的另一端的内侧，第二无线通信模块与小臂部件连接，第二无线通信模块与第二控制模组电连接；所述的第一无线通信模块和第二无线通信模块通过无线通信的方式进行连接，所述的第一控制模组通过第一无线通信模块和第二无线通信模块对第二控制模组进行控制；

所述的7自由度高压带电作业机械臂还包括蓄电池，所述的蓄电池对第五电机、第六电机、第七电机和抓拿部件进行供电。

2.根据权利要求1所述的7自由度高压带电作业机械臂，其特征在于，所述的小臂部件的材质是绝缘材质，且小臂部件内部中空带有空腔。

3.根据权利要求2所述的7自由度高压带电作业机械臂，其特征在于，所述的大臂部件、抓拿部件、第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机和第七电机的外侧均覆盖有绝缘遮蔽罩。