六自由度機械手資料

1、 目錄第一章緒論5第二章總體介紹72.1機械結(jié)構(gòu)的總體介紹72.2電氣結(jié)構(gòu)的總體介紹8第三章機械機構(gòu)及設計9底座的設計9屈臂的設計93.21屈臂的組成和作用93.22屈臂設計的基本要求103.23屈臂的常用結(jié)構(gòu)10腕部的設計113.31腕部的作用113.32腕部的分類11手部的設計123.41手部的特點123.42手部的分類12第四章電氣結(jié)構(gòu)及設計144.1主控制器的選擇144.2伺服控制器PSC及電機的選擇154.21伺服控制器的選擇154.22PSC伺服控制板接口的設計154.23伺服電機的選擇16第五章控制程序及調(diào)試18第六章心得體會21參考文獻22第一章緒論在工資水平較低的中國，制造業(yè)

2、仍屬于勞動力密集型，機械手的使用已經(jīng)越來越普及。那些電子和汽車業(yè)的歐美的跨國公司很早就在他們設在中國的工廠中引進了自動化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是在那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國本土制造廠也開始對機械手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣高，應為他們要面對工人的流失率高，以及交貨周期縮短帶來的挑戰(zhàn)。機械手可以確保運轉(zhuǎn)周期的一致性，提高品質(zhì)。另外，另外，由于機械手的控制精確，還可以提高零件的精度。機械手在工業(yè)中的應用十分廣泛，如：一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。二、以改善勞動條件

3、，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都設有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)。應用

4、前景工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備。工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。機械手是在機械化，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復

5、工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。第二章總體介紹機械手由6個伺服電機組成，實現(xiàn)機械手六自由度運動。機械手采用主從控制方式，以AT89S52單片機作為系統(tǒng)控制核心，基于軟件模擬串行通信程序，實現(xiàn)AT89S52串行通信，使其同時與顯示終端、PSC伺服控制器進行串行通信，同步的、連續(xù)的、精確的控制伺服的轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)精確定位、連續(xù)動作機械手采用主從控制方式，以AT89S52為主控制器，PSC伺服控制器為從控制器。實驗教學平臺控制系統(tǒng)由主控制器、伺服電機控制器PSC、FYD12864-0402B液晶顯示模塊、紅外傳

6、感器及6個伺服電機等部分組成，其系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。圖2-121、機械結(jié)構(gòu)的總體介紹機械結(jié)構(gòu)的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關系實現(xiàn)，在機器或機械中，任何零件都不是孤立存在，而是相互配合來完成預期的動作。機械手的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由底座、屈臂、腕部和手部組成。信號接受器接收到主控制器發(fā)出的信號后，機械結(jié)構(gòu)各個部分之間相互配合，分工合作來做系統(tǒng)能夠完成的6個動作，分別為分別是夾緊、旋轉(zhuǎn)、俯仰（1）、左右搖擺、俯仰（2）及基座的回轉(zhuǎn)。六自由度機械手的機械結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2所示22、電氣結(jié)構(gòu)的總體介紹電氣結(jié)構(gòu)是機械手控制器的核心，它主要包括主控制器和從控制器。其中主控制

7、器以AT89S52為主，從控制器以PSC伺服控制器為主。主控制器單元用來收集和處理各路信號，并根據(jù)各種信號發(fā)出相應控制指令，作為工作平臺的控制系統(tǒng)。第三章機械結(jié)構(gòu)及設計本次設計主要用于實驗平臺，對載荷沒太大要求，符合要求即可。機械手的機械結(jié)構(gòu)包括以下部分；底座、屈臂、腕部和手部。31、底座的設計底座用于支承和連接若干部件的基礎零件。它承受其他零部件的重量和工作載荷，又起到保證各零部件相對位置的基礎作用。底座多采用鑄件，其基本特點是尺寸相對于其他零件較大。其次底座的變形和振動將直接影響操作的平穩(wěn)性故對剛度和抗振性提出下列要求【1】剛度和抗振行熱變形穩(wěn)定性其他要求底座的三維圖如圖3-1所示圖3-1

8、32、屈臂的設計3.21、臂部的組成和作用六自由度機械手的臂部由大臂、小臂組成，一般具有兩個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降。在運動時，直接承受腕部、手部和工件的靜、動載荷；臂部是機械手的主要執(zhí)行元件，其作用是支承手部和腕部并改變手部的空間位置。3.22、臂部設計的基本要去臂部的結(jié)構(gòu)形式必須根據(jù)機器人的運動形式、抓取動作自由度、運動精度等因素來確定。同時，設計時必須考慮到手臂的受力情況，液壓（氣壓）缸及導向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此，設計臂部時一般要注意下述要求。（1）手臂應具有足夠的承載能力和剛度。（2）導向性要好。（3）重量和轉(zhuǎn)動慣量要小。（4）運動要平穩(wěn)、定位精度要

9、咼。3.23、臂部的常用結(jié)構(gòu)（1）手臂直線運動機構(gòu)機械人手臂的伸縮、橫向移動均屬于直線運動。實現(xiàn)手臂往復直線運動的機構(gòu)形式比較多，長用的有液壓缸、齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)及連桿機構(gòu)等。由于液壓缸體積小、重量輕，因而在機器人的手臂結(jié)構(gòu)中應用比較多。（2）手臂回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)實現(xiàn)機器人手臂回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)形式多種多樣，常用的有葉片式回轉(zhuǎn)缸、齒輪傳動機構(gòu)、鏈輪傳動機構(gòu)、活塞缸和連桿機構(gòu)等。大臂的三維圖如圖3-2所示圖3-2小臂的三維圖如圖3-3所示圖3-333、腕部的設計3.31、腕部的作用工業(yè)機器人的腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。機器人一般要具有6個自由度才能使手部達到目標位置和處于期

10、望的姿態(tài)，手腕的自由度主要用來實現(xiàn)所期望的姿態(tài)。3.32、腕部的分類【3】按自由度數(shù)目分類單自由度手腕二自由度手腕三自由度手腕按驅(qū)動方式分類直接驅(qū)動手腕遠距離傳動手腕腕部的三維圖如圖3-4所示圖3-434、手部的設計3.41、手部的特點【4】工業(yè)機器人的手部是裝在工業(yè)機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。工業(yè)機器人手部有以下一些特點。（1）手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機械接口。也可能有電、氣、液的接頭，當工業(yè)機器人作業(yè)對象不同時，可以方便地拆卸和更換手部。（2）手部是工業(yè)機器人的末端操作器。它可以像人手哪樣具有手指，也可以不具備手指。（3）手部的通用性比較差。工業(yè)機器人的手部通常是

11、專用的裝置，一種手爪往往只能抓握一種工件或幾種在形狀、尺寸、質(zhì)量等方面相近似的工件，只能執(zhí)行一種作業(yè)。（4）手部是一個獨立的部件，假如把手腕歸屬于臂部，那么，工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的三大件就是機身、臂部和手部。手部是決定整個工業(yè)機器人作業(yè)完成好壞、作業(yè)柔性好壞的關鍵部件之一。3.42、手部的分類由于手部要完成的作業(yè)任務繁多，手部的類型也多種多樣。根據(jù)其用途，手部可分為手爪和工具兩大類。手爪具有一定的通用性,它的主要功能是抓住工件、握持工件、釋放工件。工具用于進行某種作業(yè)。根據(jù)其夾持原理，手部又可分為機械鉗爪和吸附式兩大類。其中吸附式手部還可以分為磁力吸附式和真空吸附式兩類。吸附式手部機構(gòu)的功能超出

12、了人手的功能范圍。在實際應用中，也有少數(shù)特殊形式的手部。手部的三維圖如圖3-5所示整個機械手的三維圖如圖3-6所示圖3-6 AT893S2 第四章電氣結(jié)構(gòu)及設計本設計米用主從控制方式，以AT89S52為主控制器，PSC伺服控制器為從控制器。41、主控制器的選擇設計采用了AT89S52單片機為該板的處理器，提供了ISP在系統(tǒng)編程接口，RS-232串行接口，全部引出的單片機I/O口以及方便用戶搭建單片機外圍電路的面包板。通過編寫在C51單片機平臺上運行的程序，來控制機械臂的運動。采用自己設計5V電源，該電源能滿足單片機的工作需要。程序通過將ISP下載線連接到PC機或者筆記本電腦的并口，來下載到控制

13、板上的單片機內(nèi)。下載線一端連接到PC機或者筆記本的并行接口上，而另一端連接到控制板上的程序下載口ISP上。AT89S52單片機，是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所pppp01234567oooo_uoDOrPiP-一Fh?T?FNTNT?Tl

14、TOEA/VPKIX2RETXD：ALS?TSE1；圖4-142、伺服控制器PSC及電機的選擇4.21、伺服控制器PSC的選擇PSC采用串行口與單片機之間傳送數(shù)據(jù)，串口電平是在05V直流之間，即TTL電平。其波特率有兩種2400bps、38400bps。可以控制16個伺服電機。伺服電機可以同時的、不間斷的在0到180度之間旋轉(zhuǎn)。PWM分辨率為2微秒，0到63電機轉(zhuǎn)動速度設置。PSC伺服控制器如4-2圖所圖4-2如圖4-2所示，PSC的各引腳中，引腳722對應CH0CH15,為電機控制接口，可接16個伺服電機；引腳1為通信端，與主控器連接，用于接收命令字和控制字，引腳23與24為電源接口。4.2

15、2、PSC伺服控制板接口的設計PSC伺服控制板采用6V/3A的獨立電源適配器，該適配器符合伺服電機的額定電壓6V的要求，且輸出電流大，保證在機械臂有負載時的伺服電機電流供應。機械手伺服電機05,分別連接PSC伺服控制板的CH0CH5。在本設計的程序中，指定了PSC與C51實驗教學板，通過P1.0口進行通信。同時，為了方便PSC的供電，將PSC控制板上的P1.0口（圖8中所示）接到C51實驗教學板P1.0口上，并連接好電源線與地線。PSC伺服控制板與電機連接示意圖如圖4-3所示。電機JIZZJcm5CHI4IfllJCHITIHLJ-：0(tit(HliLH7LHt-Il闊I-LCH；-1CHJ

16、laiITIIUIOOGNDcVCL&PL0i)丄GND圖4-34.23、伺服電機的選擇機械手本體采用美國亞CrustCrawler公司的SG6-UT型機器人的本體及與之配套的伺服電機驅(qū)動器。SG6-UT型機器人如圖4-4所示。P.SCPflufrrsfPoTrupkcPort4圖4-4SG6-UT型機器人是六自由度機械手，包括HITECHS-645MG型底座電機,圖4-4中PSCPort0所示；HS-225MG型旋轉(zhuǎn)電機，圖4-4中PSCPort1所示;HS-805BB型屈臂電機，圖4-4中PSCPort2所示；以及3個HS-475HB型伺服電機，分別為肘部圖4-4中PSCPort3所示；腕

17、部（圖4-4中PSCPort4）和爪（圖4-4中PSCPort5）電機。各伺服電機規(guī)格如表1卷汕丁卜.匚啊肋匕|_此格袁功柞速度觸匸旦1|；I；dmMHS-80524.7n/cmri.l4sec/60oDC4.S-6V66k30tSSitiiiiI52gIIS-22S4.FIJc：uDC4.R-SV.口M卅wiIIS-645MG9,6”用山IK74.8-6Y40kL9;k37mmHS-475HB5.5nfcir.U.I豈啦戀FDC丄豈-lW3*i20i6mm40g由于連線、機械結(jié)構(gòu)等方面原因，機械手各自由度旋轉(zhuǎn)角度有所限制，各關節(jié)旋轉(zhuǎn)角度范圍如表2所示。袁卉船節(jié)旋轉(zhuǎn)m喪吃困制度范圍L度）111

18、0-l?ljIt-11(J1III涓如TM0-154U-ISO590-15C伺服電機一般由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計，直流電機、控制電路板等組成。由主控制器發(fā)來控制信號到PSC控制板，通過PSC控制板控制電機轉(zhuǎn)動。齒輪組減速，舵盤轉(zhuǎn)動通過位置反饋電位計反饋給PSC控制板。伺服電機控制方法如表3所示。表3機控帝4世戦入il澎即寬度周期-h25ms剛1坦機訕1汁trlOWps翻;1即0嚴28;cmd7=0 x0D;for(i=0;i8;i+)WByte(cmdi);/BseBcptelbwwrstwrstRgrpprintcodearmdata=750,800,800,540,750,125

19、0,450,800,800,540,750,1250,450,800,600,540,750,1250,450,800,600,540,750,1250,1000,800,800,540,750,1250,1000,800,600,540,750,1250,1000,800,600,540,750,1250,1000,800,800,540,750,1250,1000,800,570,540,750,1250,1000,800,580,540,750,1250,750,800,800,540,750,1250,450,800,800,540,750,1250,450,800,580,540,750,1250,450,800,580,540,750,1250,750,800,800,540,750,1250,0 xffintcodedelay=20,20,15,20,30,10,10,10,30,20,10,30,10,10,10;introbotmove(inti,int*movedata)ucharj;while(*movedata!=0 xff)for(j=0;ji;j+=6)motormove(0 x00,15,*movedata+);delay_nms