一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械手領(lǐng)域，特別是一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化設(shè)備已經(jīng)廣發(fā)應(yīng)用于各生產(chǎn)領(lǐng)域中，比如能夠進(jìn)行抓取和搬運(yùn)的機(jī)械手，其可以按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料和下料。然而，傳統(tǒng)的機(jī)械手在有限的空間中進(jìn)行回轉(zhuǎn)或進(jìn)行其他動(dòng)作時(shí)，因受機(jī)械手本身運(yùn)動(dòng)的精度限制或轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，難以實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)移位或更精準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)。同時(shí)現(xiàn)有簡(jiǎn)單多臂并聯(lián)機(jī)器手控制器多數(shù)為PLC，普通的PLC高脈沖輸出和差動(dòng)輸出信號(hào)接口少，難以滿足多軸運(yùn)動(dòng)控制且速度慢，需外擴(kuò)展接口模塊，成本高，且無(wú)閉環(huán)控制，精度低，存在累計(jì)誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)空間三個(gè)方向平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的四自由度高速轉(zhuǎn)動(dòng)，提供采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的、有效構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負(fù)載能力的一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括機(jī)械手和控制機(jī)械手的控制模塊，其中:所述控制模塊包括有電源模塊、輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊和微處理器，所述為微處理器為ARMCortex-M4內(nèi)核32位微處理器，所述輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊均與微處理器連接；
所述電源模塊，接入24V3A直流電源給電路供電，電路板由5V和3.3V穩(wěn)壓；
所述輸入輸出模塊包括有繼電器控制10輸出端、PWM隔離輸出端和光耦隔離輸入端，用于限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)和輸出端控制；
所述儲(chǔ)存模塊，采用32MFLASH，斷電后可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，不丟失；
通信接口模塊，包含485總線接口、CAN總線接口、232電平接口、USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)多種通信方式功能，兼容性好；
所述時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊，采用工業(yè)級(jí)時(shí)鐘模塊，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間；
所述微處理器，負(fù)責(zé)與各個(gè)模塊間的通信或控制；
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述微處理器還設(shè)有四路伺服電機(jī)接口，所述四路伺服電機(jī)接口與機(jī)械手連接，支持四路伺服電機(jī)或伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)高速運(yùn)行。所述伺服驅(qū)動(dòng)器和三路伺服電機(jī)接入微處理器的伺服電機(jī)接口。
[0005]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手，包括定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，其中:所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有六角手臂組件，所述定平臺(tái)的頂部設(shè)有連接且驅(qū)動(dòng)六角手臂組件的伺服驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)平臺(tái)底部設(shè)有連接六角手臂組件的末端執(zhí)行器，所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間還包括三個(gè)機(jī)械手臂組件，所述三個(gè)機(jī)械手臂組件均勻等分在定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的外側(cè)且并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。
[0006]所述伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)六角手臂組件，作為末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱，還可以通過(guò)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度實(shí)現(xiàn)物料的順序擺放動(dòng)作。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述機(jī)械手臂組件包括有減速器、伺服電機(jī)、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，所述減速器固定在定平臺(tái)上，一端連接伺服電機(jī)，另一端連接主動(dòng)臂，所述從動(dòng)臂分為左從動(dòng)臂和右從動(dòng)臂，所述左右從動(dòng)臂的頂端分別與主動(dòng)臂的兩側(cè)連接，底端與動(dòng)平臺(tái)連接。
[0008]所述三個(gè)機(jī)械手臂組件采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，三個(gè)伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)連接的主動(dòng)臂，改變主動(dòng)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)角度，使得下方的動(dòng)平臺(tái)在三維空間平動(dòng)，可有效減低構(gòu)件慣性和提高系統(tǒng)負(fù)載能力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間內(nèi)大范圍平動(dòng)。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用低成本高性能ARM Cortex-M4內(nèi)核微處理器對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)的控制以準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置，并通過(guò)視覺(jué)辨識(shí)的方法對(duì)目標(biāo)物體抓取、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、放置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手的功會(huì)泛。
[0010]集成各種通信接口，兼容性好，成本低；成本僅為傳統(tǒng)技術(shù)的三分之一；兼容性好，支持多種通信接口，可支持與其他設(shè)備連接通信。
[0011]四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手采用可實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)的空間四自由度并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱等功能，同時(shí)通過(guò)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以實(shí)現(xiàn)物料的順序擺放動(dòng)作，克服了類似機(jī)構(gòu)存在的缺陷。
[0012]本發(fā)明采用四個(gè)驅(qū)動(dòng)源，其中三個(gè)為并聯(lián)驅(qū)動(dòng)動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力輸入源，另外一個(gè)為末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源。三個(gè)伺服電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)與之連接的主動(dòng)臂，改變主動(dòng)臂的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)角度使得下方的動(dòng)平臺(tái)在三維空間平動(dòng)，同時(shí)正上方的伺服驅(qū)動(dòng)器中間的六角軸進(jìn)行末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到四自由度空間運(yùn)動(dòng)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]現(xiàn)結(jié)合【附圖說(shuō)明】與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
參考圖1，一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括機(jī)械手和控制機(jī)械手的控制模塊，其中:所述控制模塊包括有電源模塊、輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊和微處理器，，所述輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊均與微處理器連接；
所述電源模塊，接入24V3A直流電源給電路供電，電路板由5V和3.3V穩(wěn)壓；
所述輸入輸出模塊包括有繼電器控制10輸出端、PWM隔離輸出端和光耦隔離輸入端，用于限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)和輸出端控制；
所述儲(chǔ)存模塊，采用32MFLASH，斷電后可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，不丟失； 通信接口模塊，包含485總線接口、CAN總線接口、232電平接口、USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)多種通信方式功能，兼容性好；所述485總線接口采用RSM485DCHT，雙路電源隔離、電氣隔離、RS-485接口芯片和總線保護(hù)器，電磁輻射ΕΜΕ極低，電磁抗干擾ΕΜΙ性極高，通信穩(wěn)定，與微處理器采用UART方式連接。所述CAN總線接口采用CTM1051，帶隔離的通用CAN收發(fā)器芯片，具有DC 2500V隔離功能，對(duì)電磁干擾有高的抗干擾性，與微處理器采用CAN接口方式連接。所述網(wǎng)絡(luò)接口采用芯片W5500，全硬件TCP/IP嵌入式以太網(wǎng)控制器，支持TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP以及PPPoE協(xié)議，與微處理器采用SPI接口連接。
[0016]所述時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊，采用工業(yè)級(jí)時(shí)鐘SD2403AP，內(nèi)置晶振，可保證時(shí)鐘精度為±5ppm，與微處理器采用IIC接口連接；
所述為微處理器為ARM Cortex-M4內(nèi)核32位微處理器，并擴(kuò)展了 DSP功能和浮點(diǎn)運(yùn)算單元，運(yùn)行最高頻率達(dá)72 MHz，內(nèi)置256/128 Kbytes flash和32 Kbytes SRAM，負(fù)責(zé)與各個(gè)模塊間的通信或控制；
所述微處理器還設(shè)有四路伺服電機(jī)接口，所述四路伺服電機(jī)接口采用SN65C1167差分發(fā)收芯片，可高速驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)或伺服驅(qū)動(dòng)器，最高輸出頻率可達(dá)1MHZ。所述四路伺服電機(jī)接口與機(jī)械手連接，支持四路伺服電機(jī)或伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)高速運(yùn)行。所述伺服驅(qū)動(dòng)器和三路伺服電機(jī)接入微處理器的伺服電機(jī)接口。
[0017]參考圖2，一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手，包括定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)2，所述定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)2之間設(shè)有六角手臂組件3，所述六角手臂組件中伸縮軸承采用六角軸滑動(dòng)伸縮，頂連接定平臺(tái)1，低端連接動(dòng)平臺(tái)2，所述定平臺(tái)1的頂部設(shè)有連接且驅(qū)動(dòng)六角手臂組件3的伺服驅(qū)動(dòng)器4，所述動(dòng)平臺(tái)2底部設(shè)有連接六角手臂組件3的末端執(zhí)行器5，所述定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)2之間還包括三個(gè)機(jī)械手臂組件，所述三個(gè)機(jī)械手臂組件均勻等分在定平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)2的外側(cè)且并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。
[0018]所述機(jī)械手臂組件包括有減速器6、伺服電機(jī)7、主動(dòng)臂8和從動(dòng)臂9，所述減速器固定在定平臺(tái)1上，一端連接伺服電機(jī)7，另一端連接主動(dòng)臂8，所述從動(dòng)臂9分為左從動(dòng)臂和右從動(dòng)臂，所述左右從動(dòng)臂的頂端分別與主動(dòng)臂8的兩側(cè)連接，底端與動(dòng)平臺(tái)2連接。
[0019]綜上所述，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員閱讀本發(fā)明文件后，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思無(wú)需創(chuàng)造性腦力勞動(dòng)而作出其他各種相應(yīng)的變換方案，均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括機(jī)械手和控制機(jī)械手的控制模塊，其特征是:所述控制模塊包括有電源模塊、輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊和微處理器，所述為微處理器為ARM Cortex-M4內(nèi)核32位微處理器，所述輸入輸出模塊、儲(chǔ)存模塊、通信接口模塊、時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊均與微處理器連接； 所述電源模塊，接入24V3A直流電源給電路供電，電路板由5V和3.3V穩(wěn)壓； 所述輸入輸出模塊包括有繼電器控制1輸出端、PWM隔離輸出端和光耦隔離輸入端，用于限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)和輸出端控制； 所述儲(chǔ)存模塊，斷電后可對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，不丟失； 通信接口模塊，包含485總線接口、CAN總線接口、232電平接口、USB接口和網(wǎng)絡(luò)接口 ； 所述時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊，采用工業(yè)級(jí)時(shí)鐘模塊，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間； 所述微處理器，負(fù)責(zé)與各個(gè)模塊間的通信或控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征是:所述微處理器還設(shè)有四路伺服電機(jī)接口，所述四路伺服電機(jī)接口與機(jī)械手連接。3.一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，其特征是:所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有六角手臂組件，所述定平臺(tái)的頂部設(shè)有連接且驅(qū)動(dòng)六角手臂組件的伺服驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)平臺(tái)底部設(shè)有連接六角手臂組件的末端執(zhí)行器，所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間還包括三個(gè)機(jī)械手臂組件，所述三個(gè)機(jī)械手臂組件均勻等分在定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的外側(cè)且并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征是:所述機(jī)械手臂組件包括有減速器、伺服電機(jī)、主動(dòng)臂和從動(dòng)臂，所述減速器固定在定平臺(tái)上，一端連接伺服電機(jī)，另一端連接主動(dòng)臂，所述從動(dòng)臂分為左從動(dòng)臂和右從動(dòng)臂，所述左右從動(dòng)臂的頂端分別與主動(dòng)臂的兩側(cè)連接，底端與動(dòng)平臺(tái)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，其特征是:所述伺服驅(qū)動(dòng)器和三路伺服電機(jī)接入微處理器的伺服電機(jī)接口。
【專利摘要】一種四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)，包括定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)，其中：所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)有六角手臂組件，所述定平臺(tái)的頂部設(shè)有連接且驅(qū)動(dòng)六角手臂組件的伺服驅(qū)動(dòng)器，所述動(dòng)平臺(tái)底部設(shè)有連接六角手臂組件的末端執(zhí)行器，所述定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間還包括三個(gè)機(jī)械手臂組件，所述三個(gè)機(jī)械手臂組件均勻等分在定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)的外側(cè)且并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明四自由度高速并聯(lián)機(jī)械手采用可實(shí)現(xiàn)三平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)的空間四自由度并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)動(dòng)平臺(tái)拆分，引入末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不僅可以實(shí)現(xiàn)物料的快速搬運(yùn)、裝箱等功能，同時(shí)通過(guò)末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度可以實(shí)現(xiàn)物料的順序擺放動(dòng)作，克服了類似機(jī)構(gòu)存在的缺陷。
【IPC分類】B25J9/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105234939
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510692416
【發(fā)明人】李遵杰, 王高飛, 梁建鋒
【申請(qǐng)人】廣東惠利普智能科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月23日