(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210843443.1 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 北京空间飞行器总体设计 部 地址 100094 北京市海淀区友谊路104 号 (72)发明人 梁常春　张晓东　高升　唐自新　 潘冬　吴志红　刘鑫　王友渔　 张文明　邱庆林　许哲　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 张晓飞 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式 控制系统 (57)摘要 一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式 控制系统， 包括： 机械臂操作台、 整臂控制器、 关 节控制器、 末端控制器和以太网交换机； 机械臂 操作台将人员的操作转化为机械臂运动控制命 令， 发送至整臂控制器； 整臂控制器接收操作台 生成的操作命令， 生成运动控制指令， 发送给关 节控制器或末端控制器； 关节控制器接收整臂控 制器给出的运行命令， 通过伺服控制策略， 控制 相对应的关节电机运转至期望的角度； 末端控制 器分别控制机械臂两侧的末端执行器， 接收整臂 控制器运动控制命令， 控制电机完成末端相关动 作控制； 每个末端执行器上均安装有相机和 力传 感器； 以太网交换机将相机采集到的视频图像进 行汇集， 并开展多路图像信息融合与处理， 传送 至舱内供监视 。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115302504 A 2022.11.08 CN 115302504 A 1.一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征在于包括： 机械臂操作 台、 整臂控制器、 关节控制器、 末端控制器和以太网交换机； 机械臂操作台提供机械臂操作的人机接口， 将人员的操作转化为机械臂运动控制命 令， 发送至整臂控制器； 整臂控制器接收操作台生成的操作命令， 调用路径规划算法， 生成运动控制指令， 发送 给关节控制器或末端控制器； 关节控制器接收整臂控制器给出的运行命令， 通过伺服控制策略， 控制相对应的关节 电机运转至期望的角度， 并保证关节运动精度； 末端控制器分布在机械臂两端， 分别控制机械臂两侧的末端执行器， 接收整臂控制器 运动控制命令， 控制电机完成末端相关动作控制； 每个末端执行器上均安装有相 机和力传 感器； 以太网交换机将相机采集到的视频图像进行汇集， 并开展多路图像信息融合与处理， 传送至舱内供监视 。 2.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 所述关节控制器包括肩回转关节控制器、 肩偏航关节控制器、 肩俯仰关节控制器、 肘 俯仰关节控制器、 腕俯仰关节控制器、 腕偏航关节控制器、 腕回转关节控制器。 3.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 当整臂控制使用相机时， 整臂控制器接收手眼相机的位姿测量数据， 通过视觉闭环自 主控制算法， 生 成整臂运动控制指令， 并通过关节控制器控制关节电机完成相关动作； 当整 臂控制使用力传感器时， 整臂控制 器接收末端控制器产生的力传感测量数据， 通过力控制 算法， 生成整臂力位混合 运动控制指令， 并通过关节控制器控制关节电机 完成相关动作。 4.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 相机接收整臂控制器转 发的控制命令， 包括视频采集和位姿解算参数设置命令， 获取 运动监视图像； 计算出目标位姿数据， 传回整臂控制器； 所述相机包括手眼相机、 肘部相机 。 5.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 机械臂所 处的安装位置作为工作平台， 为机械臂 提供机械、 配电、 信息接口； 在机械臂 操作台的工作区域布 点处设计机械臂配电的第一级控制； 工作 平台上的配电单元为机械臂 提供两路供电母线和 一路指令母线， 每一路母线均在配电单元内单独进行通断控制， 实现 配电的第一级控制； 机 械臂操作台由配电单 元单独控制。 6.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 在末端执行器设计机械臂配电的第二级控制， 工作平台配电单元输出 的供电和指令 母线输入到末端 执行器内部的末端供电模块， 由末端 供电模块对其中一路供电母线进 行分 电； 两路供电母线和 一路指令母线的正线在末端供电模块内均设计控制继电器， 由末端控 制器控制通断。 7.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 在机械臂的各关节控制器、 末端 执行器、 以太网交换机、 手眼相机、 肘部相机和整臂控 制器设计机械臂配电的第三级控制； 末端 供电模块为末端控制器、 手眼相机提供供电通路； 在关节内安装端接模块， 将一路供电母线分电后送往关节内的电机电源模块， 并传输到下 一关节； 由关节控制器通过控制电机电源模块的使能端进行电源模块的加断电控制； 在整权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115302504 A 2臂控制器内安装端接模块， 将另一路供电母线分电后分别送往整臂控制器内部的电子组 件、 整臂控制器外 部壳体上安装的以太网交换机和肘部相机， 并传输 到下一关节。 8.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 关节控制器、 相机、 以太网交换机内部均设计通断控制开关， 工作平台配电单元直接 控制末端控制器和整臂控制 器加断电， 整臂控制器控制每个关节控制器和以太网交换机、 肘部相机的加断电， 末端执 行器控制手眼相机加断电。 9.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 所述两路供电母线通过末端执行器组件上 的浮动电连接器输入， 两路供电通路相互 隔离， 满足隔离阻抗要求； 一路供电母线为所有控制器和相机供电； 另一路供电母线为所有 关节电机供电。 10.根据权利要求1所述的一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统， 其特征 在于： 每路供电母线采用多点多线传输， 正、 负接点按区域隔离， 保持最小正、 负安全间距满 足使用要求， 功率传输电连接器绝 缘耐压满足使用要求。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115302504 A 3