機械手-基于單片機控制的三自由度機械手設計-設計-資料下載頁

【導讀】機系統、機器人等。而工業機器人是相對較新的電子設備,它正開始改變現代化。取,搬運物體或操作工具的自動操作裝置,機械手主要由手部和運動機構組成。照抓持物件形狀、尺寸、重量、材料和作業要求的不同,手部有多種結構形式,如夾持型,托持型和吸附型等。運動機構的功能是使手部完成各種轉動、移動或。復合運動來實現規定的動作,并改變被抓持物件的位置和姿勢。伸縮、旋轉等獨立運動方式,稱為機械手的自由度。本設計選用三自由度圓柱坐。向是通過滾珠絲杠來實現小臂與大臂的伸縮,升降。旋轉是通過伺服電機帶動機。運送到另一條流水線這一簡單的動作。器人,該公司歸日本電子巨頭松下公司所有,并提供資助。這個有6人的工程師團隊由GoShirogauchi領導,2020年開始從事這項。Shirogauchi說:“這個機器人手臂將主要用于災區需要挪動重物的地方,體目前正在努力減少裝置的重量,同時,重量減輕也可以讓操作者更安全。這一技術有望為截肢和癱瘓者帶來福音。

　　

【正文】 置。繼電器斷開 ,手爪電磁閥不通電 ,液壓缸出油。手爪放松 ,至限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。最后機械手停止 ,完成一個流程。 圖 42 工作流程 (2)第二方案工作流程圖如圖 43 所示。 當按下機械手啟動按鈕之后 ,首先單片機 P0口輸出控制信號 ,使 Y軸伺服電機旋轉 ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出脈沖使底座伺服電機得到控制信號旋轉 ,機械手右轉 ,至右限位開關動作。單片機 P0口輸出控制信號 ,使 X軸伺服電機旋轉 ,手臂開始伸出 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。繼電器導通吸合 ,手爪電磁閥通電 ,液壓缸進油 ,手爪抓緊 ,至限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 X 軸伺服電機旋轉 ,手臂開始收縮 ,至 編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出脈沖使底座伺服電機得到控制信號旋轉 ,機械手左轉 ,至左限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。繼電器斷開 ,手爪電磁閥不通電 ,液壓缸出油。手爪放松 ,至限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。最后機械手停止 ,完成一個流程。 圖 43 工作流程 (3)第二方案工作流程圖如圖 44 所示。 當按下機械手啟動按鈕之后 ,首先單片機 P0 口輸出脈沖使底座伺服電機得到控制信號旋轉 ,機械手右轉 ,至右限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 X 軸伺服電機旋轉 ,手臂開始伸出 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。手爪電磁閥通電 ,液壓缸進油 ,手爪抓緊 ,至限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 X 軸伺服電機旋轉 ,手臂開始收縮 ,至編碼器反饋信號告知 驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。單片機 P0 口輸出脈沖使底座伺服電機得到控制信號旋轉 ,機械手左轉 ,至左限位開關動作。單片機 P0口輸出控制信號 ,使 Y軸伺服電機旋轉 ,大臂下降 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。繼電器斷開 ,手爪電磁閥不通電 ,液壓缸出油。手爪放松 ,至限位開關動作。單片機 P0 口輸出控制信號 ,使 Y 軸伺服電機旋轉 ,大臂上升 ,至編碼器反饋信號告知驅動器到達預定位置。最后機械手停止 ,完成一個流程。 圖 44 工作流程 在這三個方案中 ,我選擇第一種方案 ,以相對后面兩種方案第一種方案動作順序比較安全 [16]。 驅動器的選擇 驅動器根據電機型號選 :直流伺服電機型號為 TRA180和 TRK5B100,則根據伺服電機我選擇伺服驅動器型號均為 DB810A。如圖 45DB810A 驅動器的簡單結構。 圖 45 DB810 驅動器 DB810A 數字直流伺服驅動器的特性 [17],[18],[19]。 (1)接口采用分差輸入方式 ,抗干擾能力強 ,可靠性高。 (2)位置 PID 控制 ,阻尼 ,增益可調。 (3)工作電壓 24V。 (4)過流 ,短路保護。 (5)跟蹤誤差最大 +/128 個計數值。 (6)數字式脈沖接口。 機械手單片機接線原理圖的設計 在機械手單片機接線原理圖設計中 ,我選用的是單片機 89C51 單片機控制 ,驅動器為 DB810A,電機為伺服電機。 機械手控制裝置主要有單片機 ,電源電路 ,復位電路和時鐘電路組成。 電源電路 單片機的電源電路設計如圖 46 所示。 圖 46 電源電路 其中 F1 為保險絲 ,C4,C5,C6,C7 為電容 ,作用為整流。 時鐘電路 單片機的時鐘電路設計如圖 47 所示。 圖 47 時鐘電路 其中電路中的電容 C1 和 C2 典型值通常選擇為 30PF 左右。對外接電容的值雖然沒有嚴格的要求 ,但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低 ,振蕩器的穩定性和起振的快速性。晶振的振蕩頻率的范圍通常是在 之間。晶振的頻率越高 ,則系統的時鐘頻率也越高 ,單片機的運行速度也就越快。 XTAL1 為接外部晶體的 1 個引腳。該引腳內部是 1 個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構成了片內振蕩器。 XTAL2 為接 外部晶體的另一端 ,在該引腳內部接至內部反相放大器的輸出端。 復位電路 單片機的復位電路設計如圖 48 所示。 圖 48 復位電路 我所采用的復位電路為按鍵電平復位電路。因為時鐘頻率選用 6MHZ時 ,C3 取 22,。電平復位是通過 RST 端經電阻與電源接通而來實現的。 接線原理電路 機械手接線原理圖設計如圖 49 所示。 圖 49 機械手接線原理圖 其中光耦在機械手接線圖中起到了分開供電減少干擾的作用。高低速光耦如圖 410 所示。 圖 410 光耦 其中脈沖需要高速光耦來分開供電減少干擾 ,因為脈沖需要不斷輸出 ,輸出頻率大 ,因此要求安裝高速光耦。 機械手單片機程序流程圖的設計 (1)機械手小臂伸縮子程序流程如圖 411 所示。機械手控制中 為機械手小臂收縮輸入端 , 為機械手小臂伸出輸入端 , 分別為機械手小臂伸縮輸出端。 圖 411 小臂伸縮子程序 (2)機械手大臂上下子程序流程如圖 412 所示。 為機械手大臂下降輸入端 , 為機械手大臂上升輸入端 , 分別為機械手大臂上下輸出端。 圖 412 大臂上下子程序 (3)控制機械手機體旋轉中 , 為機械手基座左旋輸入端 , 為機械手基座右旋輸入端 , 分別為機械手基座左右旋輸出端 ,機械手基座左右旋子程序流程如圖 413 所示。 圖 413 基座左右旋轉子程序 (4)控制機械手手爪的夾緊與放松中 , 為機械手手爪夾緊輸入端 , 為機械手手爪放松輸入端 , 為機械手手爪輸出端 ,機械手手爪子程序流程如圖 414 所示。 圖 414 手爪子程序 (5)在基于單片機機械手控制中 為機械手啟動引腳 , 為機械手停止引腳。 5 結論 在這次畢業設計中 ,我有很多收獲 ,首先把我幾年來所學的知識做了一次系統的復習 ,更深一步了解了所學的知識 ,培養了我綜合運用所學知識 ,獨立分析問題和解決問題的能力 ,也使我學會怎樣更好的利用圖書館 ,網絡查找資料和運用資料 ,還使我學會如何與同學共同討論問題。這對我以后的工作有很大的幫助 ,今后我會在工作中不斷的學習 ,努力的提高自己的水平。 經過本次設計 ,我切實體會到作為一個優秀的設計人員的艱難性。在設計過程中 ,我經常遇到各種各樣的問題 ,有的是知識方面的不足導致的 ,有的是設計經驗方面不足導致的。這些問題有時使得我束手無措 ,不過在指導老師幫助和自己的努力下 ,終于使得我順利完成了設計。 通過此次畢業設計 ,使我了解了機械手的很多相關知識。使我也了解了當前國內外在此方面的一些先進生產和制造技術 ,了解了機械手設計的一般過程 ,通過對機械手的結構設計作了系統的設計 ,掌握了一定的機械設計方面的基礎 ,也學會了使用 ug 軟件創建模型 ,并使用單片機對機械手進行簡單的控制。為以后的工作學習創造了一定基礎。 (1)本次畢業設計只 是對機械手的結構和驅動做了系統的計算設計 ,設計中沒有涉及的很深入 ,對這方面有點模糊 ,需要在以后的工作學習中了解和掌握。 (2)本次設計的是搬運機械手設計 ,相對于通用機械手 ,因此 ,動作固定 ,結構簡單 ,同時成本低廉 ,專用性比較高 ,可實現車間內的一些搬運工作。 (3)機械手伺服電機驅動的主要優點歸納如下 : 。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態的時間應短。響應指令信號的時間愈短 ,電伺服系統的靈敏性愈高 ,快速響應性能愈好 ,一般是以伺服電動機的機電時間常數的大小來說明伺服電動機 快速響應的性能。 。在驅動負載的情況下 ,要求機器人的伺服電動機的起動轉矩大 ,轉動慣量小。 ,隨著控制信號的變化 ,電動機的轉速能連續變化 ,有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。