機械臂doarm安裝使用手冊及源碼說明s6使用手冊

1、Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技http:/.com/ ,772Doctors of Intelligence & Technology(DIT)移動 DoArm 機械臂使用手冊(V1.0)2016422Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759目錄簡31 機械臂. . . .3概述. . . .2. .43 機械臂安裝. . .53 機械臂建模64 機械臂. . . . . . .74.1 人機界面

2、84.2 標定和初始化 . .104.3 單軸4.4 聯(lián)動. . .13. . . .145 源碼分析166. 支持與服務(wù). . .172Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759簡介本開購冊主要簡單地了 doit 公司 Do rm 機械臂 使用手冊。在此平臺上也可以進 二次，并完善相應(yīng)的功能。地址：！ 0027420481794.16.SR7npF&id=530538902892機械臂1工業(yè)六軸機械臂廣泛 用到工廠自動化焊接、裝配、噴涂和組裝等場 ，商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非。本章以 ABB

3、六軸機械臂“IRB4400”為原型等比例縮 的模型為基礎(chǔ)，基于 ESP uino和研發(fā)的 2 路電機 16 路舵機驅(qū)動板，構(gòu) 一款可 WiFi的機械臂，實現(xiàn)簡單的抓任務(wù)。DoArm 機械臂的特點如下：（1）ABB IRB4400 機械臂等比例縮小模型機械臂，見下圖所示；（2）基于 ESP8266 SOC 實現(xiàn) WiFi；（3）通過舵機驅(qū)動板實現(xiàn)六路舵 和抓；（3）內(nèi)置 Telnet 調(diào)試界面，OTA 升級功能；（4）內(nèi)置機械臂逆運動學(xué)算法，可實現(xiàn)機械 末端在笛坐標系或工具坐標系下的移。圖 1 機械臂原型 ABB IRB44003Shenzhen Doctors of Intelligence

4、& Technology ()四博智聯(lián)科技/7592概述DoArm 機械臂的功能如下幾 分。（1）標定和初始化機械臂安裝完成后，首先需要對舵機進行位置中位標定，保各軸舵機在程序啟動的時候到期望的初始位置。同時要確定各軸的舵機的安全移動范，保證各結(jié)構(gòu)件以及機自身安全。（2）ESPduino 通過 I2C 接口實現(xiàn)驅(qū)動板上的 1 路舵機。機械臂上的六 舵和抓手機，通過指定動板上的通道號實現(xiàn)一一對應(yīng)。（3）多軸聯(lián)動根據(jù) DH 連桿矩陣的 立，建立機械臂的連桿矩陣其學(xué) 程，進而解其逆學(xué)方程，實現(xiàn)機械臂末端的移動。（4）Telenet 人機交互利用 ESPDuino，建立

5、Telenet 服務(wù)器，實現(xiàn)簡 的人機交 界面，完成機械臂的和狀顯示。DoArm 機械臂的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所 。機械臂上安裝 ESPDuino 和驅(qū)動板，通過 WiFi 與無線由器相連，筆記本或通過終端或 APP 實現(xiàn)機械臂控制。AP+STA無線 由器局域網(wǎng)TelenetAPP圖 2 機械結(jié)構(gòu)圖本所需的物料包 ：板載 ESP 266 SOC 的ESPDuino 開發(fā)板，Micro USB 線，2 路電4機械ESPD ino+驅(qū)動六路 機手Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759機6 路舵機驅(qū)動

6、板，以及機械臂零件一套、抓手 套。3機械臂安裝機械臂的安裝可參考機械臂安裝手冊。在安裝的時候， 構(gòu)件和舵機需要同步 裝。在裝舵機之前，需要注意舵機的中位位置。默認將舵機旋轉(zhuǎn)到 90 度位置作為中位。然后再舵機和機械齒輪的中 對準安裝。具體安裝文檔請：DoArm 安裝手冊：http:/bbs.am/forum.ph ?mod=foru display&fid=78底盤的安裝手冊：oit.am/foru .php?mod= orumdisplay&57初步安裝完成的如下圖所示。機械臂套件：.co /item.htm?spm=a1z10.5c w400 74 0481794 23.4

7、KWRin&id 530485070938圖 3 初裝完成的機械臂安裝完成后需要將 ESPDuino 和驅(qū)動板安裝到 械臂腰部，同時將各舵機的電源 號線接 驅(qū)動板上相應(yīng)的位置。若舵機電源信號線不夠長，可用三根線將 延長，插 驅(qū)動5Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759板合適的舵機通道。安裝時，舵機通道可以隨意指定，以后每個舵機的可通程序設(shè)對應(yīng)的通道號。全部安裝完成后的機 臂如下圖所示。(a(b)(c)(a)左側(cè) 圖 (b)右側(cè)視圖 (c)前圖 1.4 安裝完成(d)圖 (d)板+

8、驅(qū)動板機械臂3機械臂建模機械臂使用六個舵機作為驅(qū)動元件。每一個舵機轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度很容易實現(xiàn)，但如果要求六軸聯(lián)動，實現(xiàn)機械臂末端執(zhí)行器按照預(yù)定的位移動，則必須對機械臂建立連坐標系，計算其連桿坐標系矩陣，建立學(xué)方程。若已末端位姿，反過來求 各軸的動角度值，則必須進行逆學(xué)求解。逆學(xué)求解不是個簡單的 程，超出了本書的疇，感的讀者可以參閱 2007 年高等教育的先進機 人一書。6Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759首先，定義的初始位置如下圖所示。定基礎(chǔ)坐標的原點在軸 1 的正下 圓心處。基礎(chǔ)坐標

9、系的 X 軸在正前方，Z 軸豎直向上，據(jù)右手定確定 Y 軸方向。第 16 軸分別1.3 圖所標示。根據(jù)以上建立連桿坐系。連桿坐標系各參數(shù)見下表。X5X3X4Z4Y4O5Y5d6O3Y3Z3 O4Z5d3O3X2O4O5X6Z2O2X2O6Y6Z6O6a3a21X1O1d1Z0O0Y0X0a1圖 5 機械臂連桿坐標系表 1.1機械臂 D H 參數(shù)表4機械臂從代碼倉庫下機械臂控源碼，編 后到 E PDuino 并運行（源碼地址參考本章最）。在 一個局域網(wǎng)內(nèi)進行調(diào)。7運行 ESPDuino，配置其上網(wǎng)，這樣就可以使用筆記本和 ESP uino連桿關(guān) 角扭轉(zhuǎn)角連 長度(mm)連桿偏移量(mm)19 &

10、#176;a1=45d1=7522 90°0°a2=115039 °a3=20d3=13049 °009 °0060°0d6=50Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759人機界面4.ESPDuino 機械臂內(nèi)置Telnet 功 。通過 Teln t 實現(xiàn)人機交互，查看機械臂運行 態(tài)、當姿態(tài)、當前設(shè)定速度，同時可以設(shè)置單軸或者多軸方式，移動位置等。ESPDuino 連接到無線路由器后，獲得 IP 地 。在筆記本上使用Telenet

11、工具（比如reCRT）連接到該 IP。Telnet 的端口為 23，如 所示。Sec圖 6 Telnet 界面Telnet 界面下，通過輸入相應(yīng)的指令來機械臂。各指令含義如下：“h”：打印幫助。“z”：各軸回中位（即零點）。各 回到的中 時確定的 態(tài)是建立 DH 參數(shù)矩時確定初始姿態(tài)?；刂形缓?，各軸當前位置、目標位置均為 0，當前姿態(tài)矩陣如下圖所。圖 7 各軸回中位時 末端姿態(tài)“p”：打印機械臂當 狀態(tài)。打印的如上圖所示，包括當前 status、設(shè)置速度、各軸前角度、目標角度、 端當前姿態(tài)矩陣?！癲”：或者設(shè)置當前速度，速度的設(shè)置范圍為 110，其中 1 表示最慢的速度，10表最高速度?！癱”

12、：保持當前末端姿態(tài)不變，分別沿著笛卡爾坐標系（世界坐標系）的 X 軸、Y 軸和8Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759Z 軸移動機械臂末端。移動的增量，為毫米。命令格式為：“c:x,y,z”。“t”：保持當前末端姿態(tài)不變，分別沿著末端工具坐標系的 X 軸、Y 軸和 Z 軸移動機械臂 端。移動的增 ，為毫米。命令格式為：“t:x,y z”。“s”：移動。每個軸的初始位置為中位，此處的角度為 0。每個軸的最大移動范圍為 0°90°。移動角度的正負根據(jù)機械臂連桿坐標系建立時

13、 右手定則確定。每個標系Z 軸的旋轉(zhuǎn)方向相同，否則為負。根據(jù)各軸 際情況， 過實測確定各軸實際動范圍?！皐”：移動到指定的位置。位置 通過重新 先寫入的?！癵”：抓手，參數(shù)為抓手的角度。例如 g:45 表示抓手舵機打開到 5 度與智能三色項目類似，和 O升級如圖所示。圖 7 Do rm 的 Web 配置界面9功能。DoArm 機 臂源碼提供 Web 配置Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759標定和初始化4.在完成機械臂接線后，由于機械臂各軸伺服舵 的電源信線是隨機到驅(qū)動 上的。首需要將機

14、械臂各軸與 動板上驅(qū)動通道編號進行一一對應(yīng)然后通過程序確定各軸的中位移量，最后確定各軸的移動范圍。（1）確定機械臂各軸在驅(qū)動板上 通道編號連接機械臂的舵機引 時，多條線捆綁在一起很難區(qū)分各對應(yīng)的引線。因此隨 將舵機源信號線插到驅(qū)動板的舵機通道上通過確定各軸對應(yīng)的通道編號，見下圖。圖 8 驅(qū) 板在源代碼中，將 initPa seData()函 中首先將 bias6設(shè)置 0,0,0,0,0,0，各軸移 范圍全設(shè)置為90°90°。/軸舵機中位偏移float bias6 = 0, 0, 0, 0, 0;ar/ ar.setS rvoBias(bias, 6);軸舵機 動范圍.se

15、Ser oRange(-90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90,);將 arm.setChannel()設(shè) 為實際接 的通道。例如上圖示例中，接入的 道分別有 1、3、4、9、11、13，則設(shè)置為：ar .setChannel(1, 3, 4, 9, 11, 13);編譯代碼并到 ESPduino 上，通過 Telnet 打開人機界面，使用“s:x,y”指令來確定各軸 應(yīng)。例如：“s:1,10”指令時，第軸動。則通道“1”寫入到軸 5 的位置“s:2,10”指令時，第軸動。則通道“3”寫入到軸 6 的位置“s:3,10”指令時，第

16、軸動。則通道“4”寫入到軸 4 的位置10Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759“s:4,10”指令時，第軸動。則通道“9”寫入到軸 2 的位置“s:5,10”指令時，第軸動。則通道“11”入到軸 1 的位置“s:6,10”指令時，第軸動。則通道“13”入到軸 3 的位置最后得到正確的對應(yīng)。ar.setChannel(11, 9, 13, 4, , 3);由于抓手是單獨的，將其某個 閑通道即。在通過arm. setGripperChannel()設(shè)。/ar置抓手通道號.setGrippe

17、rChannel(14);（2）確定各軸中位偏移量完成各軸與通道對應(yīng)后，需要重新編譯固件并到 SPduino 上運行 利用 elnet人界面確定各軸中位偏量。首先設(shè)置速度為最低。圖 9 設(shè)置最低速度然后使用“s:x,y”，單移動命令 動各軸， 定中位偏 。在初始 態(tài)下，中 偏移為0，此時觀察各軸是否在位，如果不在，則調(diào)整該軸使其到達中位。調(diào)整指令形如：“s:1,65”，表第一軸要移動到 65 度才能使機械臂朝向與建模時對應(yīng)的O0坐標系相同。下面 本案例械臂調(diào)整結(jié)果。/軸舵機中位偏移float bias6 = 65, 5, -8, 5, 0, 0;ar .setServoBias(bias, 6

18、);將代碼編譯后運 ，機械臂將會在上電后自動到中位 如下圖所示。11命令：d:1,1Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759圖 10 初始狀態(tài)下的機械臂（3）確定各軸移動范圍確定各軸中位后，通過人機界面的“s:x,y”指令確定各軸動范圍。于舵機限，默認 置為90°90°。下面為本案例實際確定的各軸移動范圍。在之后的或者多軸中，若指令超過該移動范圍，舵機將停止移動。軸舵機移動范圍/ar.setServoRange(-90, 30, -30, 60, -40, 35, -9

19、0, 90, -50,（4）抓手的90, -80, 80);抓手是于機械臂六軸的，因此抓手單獨。在人機界面上使用“g:x”指來控制手。如下圖所示。（a）抓手 0°時的位置12Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759（b）抓手 20°時的位置（c）抓手 45°時的位置11 抓手控制4.在 Telne 界面通過“s:x,y”指令來進行，其中 x 表示指定的軸，范圍為6；y 表示移動的絕對角度，范圍根據(jù)各軸移動范圍確定，可以指定浮點 數(shù)據(jù)。每完 后，自動打印 械臂當

20、前狀態(tài)。13Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759圖 12后 Telnet 輸出4.聯(lián)動聯(lián)動是指機械臂六個軸同時運動，實現(xiàn)聯(lián)動。分三種模式：1，根據(jù)示教位連續(xù)動 ；2，機械臂末端在笛坐標系 移動；3，機械臂末端在工具坐標系下移動。（1）根據(jù)示教位置連續(xù)動作機械臂提供了 arm.set aitPosition()和 arm.gotoWaitPosition()，分別用于設(shè)置教位置，并移動到示教位置。源代碼中提供了 9 個示教位置聯(lián)動示例代碼，可在人機界面通過“:x”來進行移動。其中 x”的

21、取值為 08。特別的“w:9”是啟動 w:0w:8 共 9示教位的連續(xù)移動?？稍趦?yōu) 上搜索“DoArm 機械臂”找到查看效果。地址為： ttp:/v.youku com/v show/id XMTQ5ODk0NzEyM =.html?from=y1.71.2（2）機械臂末端在笛坐標系 移動機械臂提供機械臂逆學(xué)算法函數(shù) calcReverseKinematics()，計算機械臂末端在定姿態(tài)位置下各軸的旋轉(zhuǎn)角 ，實現(xiàn)逆運動學(xué)求解。特別的，Tel et 界面提供了機械臂當前姿下，沿著笛坐標系 建模時對的O0坐標系）的 X、Y、Z 軸方向移動令：c:x,y,z。其x,y,z 分別是機械臂末端沿著笛卡坐

22、標系 X、Y、Z 軸移 增量，為毫米， 點型數(shù)。例如下面的例子，將末端以初始姿沿著笛卡 坐標Z 軸移動 20mm 指令為“c:0,0,20”，然返回“c:0,0,20”。將會觀察到機械臂模塊保持抓手姿態(tài)不變，豎直向上移動 20m ，之14Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759后 直向下移動 20mm，回到剛才的位置。在 Telnet 界面的輸 如下?？梢钥吹綑C械各軸初位置均為 0.000 。在接收到指“ c:0,0,20 ”后，計算得到的各軸位置分是： （0 000,2.358,11.3

23、61,0.000,9.003,0.000）。移動結(jié)，輸入令“c:0,0,20”，計算到各軸位置分別是：（0.000, .000, 0.000, 0.000, 0.000, 0.000）。圖 1笛坐標系下（3）機械臂末端在工具坐標系下 動與機械臂末端在笛坐標系下運動類似，可以其末在工具坐標系下的移動（建模對應(yīng)的O6坐標系）。命令為 t:x,y,z。其中 x,y,z別是機械末端沿著工具坐標系 X、Y、Z 軸移動增量，為毫米，浮點型數(shù)據(jù)。例如下面的例子，將 端以初始姿態(tài)沿著工具坐標 X 軸移動 20mm 指令為“t:20,0,0”，然返回“t:20,0,0”。將會觀察到機械臂模塊保持 手姿態(tài)不變，豎直向 移動 20m，之后 直向下移動 20mm，回到剛才的位置。效果與笛坐標 下一樣，是標系O6和坐標系O0關(guān)于 X、Y、Z 軸定義不一樣。在 Telnet 界面 輸出如下?？梢钥吹叫当鄹鞒跏嘉恢镁鶠?0.000，在接收到指令“t:20, ,0”后，計算得到的 軸位置分是：（0 000,2.358,11.361,0.000,9.003,0.000）。移動結(jié)，輸入指令“t:20,0