毕业设计说明书-机器人手臂的开发与使用.doc

精品文档 毕业设计说明书设计题目： 机器人手臂的开发与使用 .摘 要本设计以市场上某款6自由度机械手为对象，对其安装连接、几何结构、电路控制、上位机软件进行了详细介绍。并根据上位机指令控制机械手原理，制定了手工编写指令的标准。最终在此标准的基础上，设计开发了由自动编程软件输出程序、仿真软件检验程序、机械手执行程序的体系，从而达到机械手离线编程的目的。关键词机械手；安装连接；几何结构；电路控制；自动编程；仿真AbstractThe design bases on a section of 6-DOF manipulator in the market for the object, and conducts a more detailed introduction about Installation and connection，manipulator geometry, circuit theory, host computer software. The design develops a standard about hand-written instructions, based on principles of host computer software.Ultimately based on this standard, the design achieves their goals of off-line programming by the automatic programming software output instruction, emulation software testing, manipulator implementation. Key wordsManipulator； Installation and connections； Geometric structure； The circuit structure； Host computer software； Automatic programming； Simulation目 录摘要、关键词IAbstract、Key wordsII目录III1. 引言12. 机械手简介12.1 机械手在国民生产生活中的意义12.2 实物机械手简介23. 机械手连接指南33.1 接线连接33.2 软件调试64. 机械手几何部件74.1 爪84.2 臂94.3 底座95. 机械手电控部件105.1电控实物解析图：105.2 电路原理图115.2.1 电源模块125.2.2 JSP下载模块135.2.3 串口模块145.2.4 MCU模块155.2.5 舵机信号输出模块176. 上位机软件186.1 端口的连接和设置196.2 通道的控制206.2.1 舵机控制206.2.2 上位机控制原理206.2.3 实际操作206.3 操作选项216.4 指令库216.5 速度调节和间隔时间调节216.6 手输指令226.6.1 机械手上位机程序（指令）编写规则226.6.2 手输指令栏的运用227. 机械手手工编程的开发和使用237.1 单步即时动作237.2 编程连续动作247.2.1 确定机械手舵机与上位机数值关系247.2.2 测量机械手尺寸297.2.3 举例验证307.2.4 时间、转动量、转速关系337.2.5 机械手多轴联动优化编程347.2.6 模块化编程368. 三位一体离线编程平台378.1 自动编程软件378.1.1软件界面介绍388.1.2 软件核心计算程序408.2 仿真模块418.3 机械手执行44谢辞45参考文献461. 引言本设计是在原有机械手臂配置的基础上，为其更深一步的开发与使用而进行的作业，也是为满足机械手臂使用者，机械手臂维护者的需要而进行编制。本设计的内容将涉及包括：机械结构、电路控制、visual basic编程、三维仿真等内容，最终达到不改变硬件、软件条件下，通过制定规范标准，完成离线编程功能开发的目的。2. 机械手简介机械手出现在20世纪中期，以其运动的重复性及准确性得到极大的发展，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的主要标准。通常机械手臂有机械系统，控制系统组成。其控制方式种类较多，早期以机械部件实现，近几十年微机技术成为控制的主要形式1。2.1 机械手在国民生产生活中的意义工业生产：机械手的出现加快了机械工业进入自动化，省人化，高效化的领域。随着工业发展的进行，在国民生产劳动密集性行业中，劳动量与劳动价值比例需要进行改革。减少成本是现代企业增加竞争力的有力手段，以日本为例，在第二次世界大战后，日本劳动力对于经济的高速发展出现严重不足的困难。为此，日本在1967年从美国引入机器人及其技术，并在其后短短十几年的时间中机械人在各个领域中广泛被使用。机械人的特性使生产成本大为降低，成功的令日本物美价廉的产品以绝对优势进入美国市场，迫使美、英、法等国不得不采取措施，奋起直追2。居民生活：逼真的人形机器人为居民生活提供帮助3。随着第一款人造假肢的问世，机械肢便被赋予崭新的意义。据调查目前，国际社会公认的全球残疾人比例约为全球总人口的10%，平均每十个人就有一个人是残疾人，机械肢可以协助部分残疾人恢复自理能力4。医疗器械的机器人化也在不断的加深。手术简单化，创口小型化可以大大提高手术成功率与术后恢复能力。小型化的医用机器人正不断的被研发出来进入医院，协助进行各种不同的医疗救助5。2.2 实物机械手简介本设计以市场上某款机械手为对象进行几何机构分析，控制电路分析，并通过编程功能达到复杂动作功能。本设计采用设备：1、6自由度铝合金机械手（实物如图1所示） 2、32路控制系统图16自由度铝合金机械手此机械手是有六个伺服电机的机器手臂。人类的手臂，除了肩、肘、腕三个关节外，还有手指的关节，此机械手模拟仿真了除手指外其它关节。使用了6个舵机可以实现手的简单动作，例如抓取鸡蛋。产品配置：1、机械手臂 1台2、机械手臂控制器 1台3、串口线 1条4、电池盒 1个5、光盘 1张3. 机械手连接指南在机械手运动之前必须将机械手臂与控制器进行正确连接，并将控制器进行合适设置，最后通过上位机软件输出控制信号进行控制。3.1 接线连接1、在安装前必须准备好以下工具：图2工具 2、控制器接口介绍：图3控制器接口 备注：波特率设置图4波特率1 控制器出厂设置波特率默认值为：115200（即两个针冒都插上）。此控制器，只能设置4种波特率，插上针冒表示“1”，没插针帽表示“0”。四种波特率设置见下图5种设置图解：图5波特率2 3、连接伺服电机电源图6伺服电机电源 因为伺服电机工作电流比较大，我们使用直流稳压电源给六个伺服电机供电。把准备好的导线按照图中的接线孔和直流稳压电源进行连接。注意电源的正负极性。（备注：在电源接线过程中需要用到一字螺丝刀）4、连接伺服电机图7伺服电机连接 控制器一共有32路电机驱动，我们使用第1-6路。控制器上有三排插针用来连接伺服电机。每个插针的用途在图中已经标出。每路伺服电机接线有三路组成，分别为电源线（中间红色）、地线（黑丝或棕色）信号线（白色或棕色）。按次序将六路伺服电机连接到控制器上。5、连接控制器电源图9电池盒 图8单片机电源输入 控制器上共有三路电源输入口，中间为单片机电源输入口，需将配件中的电池盒正确的连接到此电源输入口上。6、将控制器和电脑串口进行连接图11电脑和控制器连接 图10控制器串口 使用配件中的串口线，按照正确的接口方法，将控制器串口和电脑串口连接。3.2 软件调试1、打开电脑上位软件图12上位机软件界面 在光盘“上位机软件”文件夹中双击“6 servo robot arm controller.exe”文件，就在电脑中显示上位机界面，如图12所示图13通道选择 选中1-6通道的复选框，使数值条处于有效状态2、机械手实现运动的操作流程（1）、先将直流稳压电源旋钮调到最小，打开直流稳压电源开关，由小到大，将电压调到6V，电流调到2A或更大。（2）、将准备好的6节AA电池正确的装入电池盒。（也可使用直流稳压器代替）（3）、点击上位机软件左上角的“连接”按钮。（4）、点击软件中的“复位”按钮，然后再点击左下角的“运行”按钮，机器手臂便可运动了。3、上电前最后检查：伺服电机电源接线、六路伺服电机接线、单片机电源接线。注意：无法动作现象处理（1）、查看单片机电源是否有接反的情况（2）、查看伺服电机接线方向是否正确（3）、查看控制器板上波特率跳线是否正确（4）、查看上位机软件的COM口设置。COM1是通用端口，对多数台式机来说，选“COM1”口便会和电脑成功连接。如果COM1口不成功的话，可选用COM2口。（5）、如果以上原因都被排除，机器手臂还是无法远动，可检查伺服电机电源电流，如电量不足，可适当调整稳压电源输出。4. 机械手几何部件机械手几何结构组成：爪、臂、底座图15机械手（3D）图14机械手（2D）4.1 爪手部（亦称抓取机构）是用来直接握持工件的部件，按其工作原理课分为两类：夹持类和吸附类。本设计机械手为平移型外夹式手部，其手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成6。图16爪平移型外夹式手部，夹持力计算7图17夹持力 *AB为直接夹取产品部分，故接触点由实际装夹时测量为准。（5mmd35mm）*通过查询手部舵机参数，得舵机输出力矩为1.8KG*cm*由实际测量得=75度，BC=19.8mm，c=31mm，b=0mm；故e=BCsin=19.13mm由公式；得夹持力计算公式： 手臂部件是机械手的主要握持部件。它的作用是支承手部（包括工件或工具)，并带动它们作空间运动。臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内的任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动8。本机械手臂通过A、B、C、D、E五个舵机实现空间自由运动。A舵机作用：旋转爪部，达到多方位抓取物品。B、C、D号舵机作用：实现在平面内移动爪部，达到大范围内方便、快速的定位爪部。E号舵机作用：实现机械手爪部、臂部两部分旋转，最大限度的伸展机械手，配合B、C、D舵机能达到在三维空间自由移动爪部的功能9。4.2 臂图18臂4.3 底座机械手底座是承受机械手主体及所夹物件重量、定位机械手臂的部件。通常情况下机械手底座分两类：1.不可移动型，机械手臂被固定在底座上不可移动，机动性较低。2.可移动型，机械臂被安装在可移动的底座上，机动性较高10。5. 机械手电控部件电控部件为机械手数据处理中心5.1电控实物解析图：图19电控实物解析图a. WIFI扩展接口：Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。通过加载WIFI设备可以实现无线控制，摆脱串口控制11。b. 232串口：串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多GPIB兼容的设备也带有RS-232口。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据12。c. 单片机：atmega168单片机是基于AVR增强型RISC结构的低功耗8为CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，atmega168的数据吞吐率高达1MIPS/MHz,从而可以缓解系统在功耗和处理器速度之间的矛盾13。d. 串口波特率跳线：电子通信领域，波特率即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数，即单位时间内载波参数变化的次数。它是对信号传输速率的一种度量，通常以“波特每秒”（Bps）为单位14。e. 单片机ISP下载口：ISP口提供了在线编辑的可能，非ISP单片机在下载程序或烧写程序时，需要将单片机从电路板上取下，并通过专业烧入器将程序烧入单片机。ISP功能支持直接在线编程调试，免去装取单片机15。f. 控制板电源接口：控制板电源主要供电对象分两类：一、提供单片机电源，单片机采用了稳压技术支持输入的电压范围6V12V。二、提供舵机电源，机器手臂共采用了6组舵机，其输入电压在4.8V6V之间。（低于最低电压时容易出现机械手臂颤抖现象。）g. 舵机接口：本机器手臂用到6组接口，每组接口分为：地线、电源线、信号线。5.2 电路原理图图20电路原理图16此电路主功能由以下几部分构成：1、电源模块；2、JSP下载模块；3、串口模块；4、MCU模块；5、舵机信号输出模块各部分详细功能如下：5.2.1 电源模块此机械手电源分为两类：1.单片机电源，2.舵机供电电源1、单片机等控制元件电源（6V-12V）17：图21电源模块电源模块主要有元件：78M05，电容组成78M05主要功能：主要参与稳压电路，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达1A。其功能框图如图22。图22功能框图注：（1）、输出电压为5V。输入电压，即使是纹波电压的低值点，都必须高于所输出电压1V以上。（2）、当稳压器远离电源滤波器时，要求用C3。（3）、C5可改善稳定性和瞬态响应。2、舵机供电电源（4.8V-6V）此控制系统提供32路控制功能，分两个电源供电1-16路、17-32路。标准的微型舵机有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能量，电压通常介于4V-6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为舵机马达会产生噪声），甚至小舵机在重负荷时也会拉低放大器的电压18。5.2.2 JSP下载模块AVR单片机都带有Flash存储器，所用的AVR器件也都支持在线编程（ISP）。通过ISP可以修改MCU的程序存储器，EEPROM，熔丝，加密位等。目前有ATMEL AVR ISP，支持的软件有AVR Studio。可以对绝大多数AVR器件进行在线编程。该机械手臂ISP下载线连线如图2319：图23JSP下载模块JSP下载模块接口连接20，如表1所示表1JSP接口连接表标准ISP接口Atmega168MOSIPB3(PCINT3/OC2A/MOSI)RSTPC6(RESET/PCINT14)SCKPB5(SCK/PCINT5)MISOPB4(PCINT4/MISO)注：使用烧录器或并行高压编程烧写芯片，可以将错误的熔丝设置修改成正常状态。5.2.3 串口模块此串口模块包含两个方面：1、串口接口，2、MAX232芯片图24串口模块1、串口接口（RS-232），是目前世界上最常用的串行总线标准，是由美国EIA（电子工业协会）和BELL公司一起开发的通信协议，它对信号线的功能、电气特性、连接器等都有明确的规定。其各引脚的信号定义21，如表2所示表2RS232引脚引脚号缩写符信号方向定义1PG屏蔽（保护）地2TXD从终端到调制解调器发送数据3RXD从调制解调器到终端接收数据4RTS从终端到调制解调器请求发送5CTS从调制解调器到终端清楚发送6DSR从调制解调器到终端数据准备好7SG信号地8DCD从调制解调器到终端接收线路信号检测9保留供检测用2、MAX232芯片该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平22。图25MAX232表3MAX232引脚连接MAX232芯片引脚连接23，如表3所示功能组各组功能组功能电压TTL/CMOS INPUTS输入TLL或CMOS信号05VTTL/CMOS OUTPUTS输出TLL或CMOS信号05VRS232 OUTPUTSTTL或CMOS转为RS232信号输出12VRS232 INPUTSRS232信号转为TTL或CMOS信号12V5.2.4 MCU模块Atmega168引脚说明241、VCC：数字电路的电源2、END：地3、端口B(PB70)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2：端口B为8位双向I/O口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路 拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B保持为高阻态。通过对系统时钟选择位的设定，PB6可作为反向振荡放大器与内部时钟操作电路的输入 。通过对系统时钟选择位的设定，PB7可作为反向振荡放大器的输出。系统使用内部RC振荡器时，通过设置ASSR寄存器的 AS2位，可以将PB7.6作为异步定时器/计数器2的输入口TOSC2.1使用。4、端口C (PC5.0)：端口C为7位双向I/O口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C保持为高阻态。5、PC6/RESET：RSTDISBL位被编程时，可将PC6作为一个I/O口使用。因此，PC6引脚与端口C其他引脚的电特性是有区别的。RSTDISBL位未编程时，PC6将作为复位输入引脚Reset，此时，即使系统时钟没有运行，该引脚上出现的持续时间超过最小脉冲宽度的低电平将产生复位信号。6、端口D (PD7.0)：端口D为8位双向I/O口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D呈现为三态。7、AVCC：AVCC为A/D转换器的电源。当引脚 PC3.0与 PC7.6用于ADC时，AVCC应通过一个低通滤波器与VCC 连接。不使用 ADC时该引脚应直接与VCC 连接。PC6.4的电源则是由VCC 提供的。8、AREF：AREF为ADC的模拟基准输入引脚。9、ADC7.6：(TQFP与MLF封装)TQFP与MLF封装芯片的 ADC7.6引脚为两个10位A/D转换器的输入口，它们的电压由AVCC提供。图26AVR结构框图5.2.5 舵机信号输出模块该模块输出舵机控制信号，主要功能部件为75HC595芯片。74HC595是一款漏极开路输出的CMOS移位寄存器，输出端口为可控的三态输出端，亦能串行输出控制下一级级联芯片。使用原理：舵机信号输出模块采用了4块74HC595芯片作为32路控制器信号输出端。单片机通过将数据输入SI口，并对需要使用的芯片进行时能后，74HC595输出控制信号25。图2775HC595引脚说明25，如表4所示表475HC595引脚引脚编号管脚名说明1、2、3、4、5、6、7、15QA-QH三态输出管脚8GND电源地9SQH串行数据输出管脚10SCLR移位寄存器清零端11SCK数据输入时钟线12RCK输出存储器锁存时钟线13OE输出使能14SI数据线15VCC电源端6. 上位机软件上位机软件是机械手控制的客户界面，强大的功能提供了多种控制机械手的方式，可以根据实际情况选用其中一种或几种方式相接合，从而达到难度要求较高的任务要求（详见图12）。界面介绍（分6个部分组成）：A、端口的连接和设置。B、通道的控制。C、操作选项。D、指令库。E、速度调节和间隔时间调节。F、手输指令。6.1 端口的连接和设置端口是电脑与机械手的连接通道，上位机的命令便是通过端口传递给机械手。如果端口出现异常将直接截断机械手的控制信号传输。故端口的选择将直接影响机械手控制是否成功。图28端口连接软件提供用户自由选择端口种类及连接或断开，也可对端口进行属性设置。* 在单击连接按钮后，上位机软件将自动与机械手进行连接，按键字样由“连接”转为“断开”，设置功能也将不可用。* 单击断开按钮后，上位机软件将自动与机械手断开连接，按键字样由“断开”转为“连接”，设置功能重新可用。图29端口设置端口设置内容包括：端口选择、比特率、数据位、停止位、奇偶效验、流控制。* 主要设置：端口选择、比特率。* 比特率：要与机械手主电路控制板设置相对应。6.2 通道的控制控制电路板共提供32路控制通道，可同时满足对32个执行件进行控制。（1-16路控制通道与17-32路控制通道的电源输入接口相互独立，可由用户选择接通。）舵机工作原理:控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出使电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动26。6.2.1 舵机控制舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲高电平部分一般对应0.5ms2.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的26： 0.5ms-0度； 1.0ms-45度； 1.5ms-90度； 2.0ms-135度； 2.5ms-180度；6.2.2 上位机控制原理根据舵机的控制原理，上位机采用滚动条形式，通过拖动滚动条或直接输入滚动条数值，控制输出脉冲长度，从而达到控制角度的目的。（滚动条对应数值500-2500，代表脉冲时间0.5-2.5ms）6.2.3 实际操作上位机软件默认滚动条数值1500是归零的状态。每条通道控制的上位机界面，从上到下为：数值输入框、滚动条、复选框。当选中复选框的时候，数值条为有效状态，这里，如果说机器手臂从上向下6个舵机按顺序编号为1-6，插在控制板上的插头倘若也是按这个顺序接在主板上，此控制软件界面上的1-6个编号也是一一对应的。当双电源接通后，通讯没有问题的话，拖动1-6的任一个数值滚动个条，机器手臂就会动起来。（每次点复位按钮后，拖动编号1伺服电机对应的滚动条，拖动到1340-1950，以免让编号1电机长时间处于负载状态而减少电机寿命或损坏电机。）6.3 操作选项操作选项栏，我们用得比较多的就是“复位”，“添加”，“修改”，“删除”，“退出”。复位：当点击“复位”按钮时，机器手臂会回到初始状态，初始状态时，当前生效的数值拖动条的按钮会停留在中间位置，对应的数值显示为1500。添加：当操作者点击“添加”按钮时，此控制系统会自动把各个对应编号伺服电机的状态（机器手臂的每行指令的间隔时间、伺服转动速度和角度）自动保存到指令库里面。修改：“修改”按钮是有来修改已经生成的一行指令。就是在选中一行指令时，点击“修改”按钮时，系统会自动将当前各个编号伺服电机的动作状态信息替换选中行指令的功能。删除：“删除”按钮是用来删除当前选中的一行指令。退出：“退出”按钮是退出当前操作界面。*操作功能是机械手的示教功能，通过添加功能保存舵机状态，并通过“运行”功能将单一的动作进行串联，从而达到连续动作的目的。6.4 指令库指令库是用来保存一行或多行各个对应编号伺服电机动作（机器手臂的每行指令包括间隔时间、伺服转动速度和角度）指令的一个库空间。在使用运行命令时，指令库中指令按排列循序依次执行。6.5 速度调节和间隔时间调节“速度调节”控制着每个伺服电机的转动速度。系统默认为300为佳，数值调太大会影响机器手臂的使用寿命。（300代表的意义：每秒钟单个通道数值改变的量为300，以180度舵机为例300代表每秒转动27度。）“间隔时间调节”是调节每行指令间的动作时间间隔。举例表示：time4800 #5p500s300 time3000 #5p1000s300 time2000 #5p2000s3001、运行第一句指令时表示：系统给予机械手臂1号舵机4800ms从当前位置移动到p500位置，速度为300。2、运行第二句指令时表示：系统给予机械手臂1号舵机3000ms从p500位置移动到p1000位置，速度为300。3、运行第三句指令时表示：系统给予机械手臂1号舵机2000ms从p1000位置移动到p2000位置，速度为300。*注意命令三中p1000到p2000度为300，完成这个动作耗时t=（2000-1000）/300=3.33s2000ms,即命令三在执行2秒后舵机便停止，机械手未能到达指定位置。故间隔时间和速度要相互配合才能准确完成指定任务。6.6 手输指令6.6.1 机械手上位机程序（指令）编写规则本机械手上位机程序，采用较为简单明了的程序编写规则。其包含四个要素：时间，对象通道，位置，转速。1、时间：表示执行对应行指令所耗时间，即两行指令跳转所需时间间隔。2、对象通道：由于机械手臂采用32控制电路，故编程时必须指明程序需控制的通道。（此控制电路通道对应编程通道代号，见表5）3、位置：表示舵机旋转停止后位置的数值。4、转速：表示舵机的转速，即舵机每秒可以旋转的单位精度量。举例说明：“time3000 #5P1200s300”（1）、time3000：表示执行此行指令的时间时间。（2）、#5：表示程序控制的通道为1号通道对象。（3）、p1200：表示舵机旋转停止后位置的数值为1200。（4）、s300：表示舵机每秒可以旋转300个单位精度，即每秒转动27度。6.6.2 手输指令栏的运用举例：在手输指令栏中输入“time3000 #5P1200s300”然后点“发送”按钮，便可以控制其中1号舵机电机的传动。如果想命令多个电机同时工作，例：控制1号、2号、3号、4号、5号、6号舵机分别从当前位置转动到0度、27度、45度、63度、90度、180度时需输入：#5 P500 #6 P800 #4 P1000 #3 P1200 #2 P1500 #1 2500，并点击“发送”。*“发送”命令使用后，被发送指令将被删除不在指令库中进行保留。表5编号表电路板编号对应的指令编号，见表5所示。7. 机械手手工编程的开发和使用7.1 单步即时动作实现动作步骤：1、机器手臂连接完成。2、拖动上位机软件通道控制滚动条拖动过程中机械手随数值变化而产生即时动作。3、直接在通道控制界面输入滚动条数值机械手随输入数字不同可产生即时变化。4、通过手输命令实现多电机联动即时动作。单步即时运动特点：优点：可以直接进行运动，可以省去前期对机械手几何尺寸进行测量与计算，在有实物的现场是最直接编程方式。缺点：单步无法实现多伺服电机连续运动的复杂运动，且必须经过多次调试。在无实物机械手的状态下，无法实现精确编程定位。7.2 编程连续动作实现动作步骤：1、机器手臂连接完成。2、通过操作功能记录各次单步动作，并通过连续执行所记录的单步动作达到连续动作的目的。3、通过预先编程，并将编写好的程序输入上位机“手输指令栏”便可达到复杂 动作的需要。此章将详细介绍预先编程流程及程序优化：主要工作：1、确定机械手舵机与上位机数值关系2、测量机械手尺寸3、举例验证4、时间、转动量、转速关系5、机械手多轴联动优化编程6、模块化编程7.2.1 确定机械手舵机与上位机数值关系1、上位机软件与机械手1号舵机之间控制关系：图30机械手（2D）表6舵机1号上位机滚动条数值爪开合量1340-140053mm-51mm1400-145051mm-48mm1450-150048mm-46mm1500-155046mm-42mm1550-160042mm-38mm1600-165038mm-33mm1650-170033mm-27mm1700-175027mm-22mm1750-180022mm-17mm1800-185017mm-12mm1850-190012mm-7mm1900-19507mm-5mm注：滚动条数值不能超过1340-1950范围。 舵机原点：滚动条数值为1340。 例：将边长为22mm的物体夹住。 如图31，机械手如要夹持此物体必须满足条件： 爪部张开量达到22mm，夹持力达到要求。 查表6符合22mm的爪开合量为22mm-17mm，对应上位机滚动条数值为1750-1800。图31夹持物 这里可以近似的取1750便可将此物体夹持住。2、上位机软件与机械手2号舵机关系已知2号电机控制机械手臂爪部旋转，亦称腕。（1）、该舵机可旋转角度180度，旋转方向为俯视状态下随着通道控制数值变小腕舵机顺时针转动。（2）、舵机转动精度：180度/（2500-500）=0.09度（表示上位机滚动条数值变动一个单位，对应舵机旋转角度为0.09度）。（3）、舵机原点判断:如图32。（4）、为实现高效率编制运动轨迹，对机械手臂旋转状态进行记录。提供标准化机械手运动程序参数标准表，表7。表7舵机2号上位机滚动条数值舵机旋转角度（顺时针为正）500164.3422260度（平行状态，设定为零点）2500-24.66 图32舵机2号*上位机滚动条数值P与舵机旋转角度计算公式=0.09（P1-P0）式中：P1滚动条所要求位置的数值。 P0舵机位于原点时，滚动条数值，3号舵机为2226。 由上式可推出，已知舵机旋转位置角度，求P1值。P1=-/0.09+P0 =-/0.09+22263、上位机软件与3号舵机控制关系已知3号电机控制机械手腕与爪移动。（1）、该舵机可旋转角度180度，随着通道控制数值变大旋转方向为3号电机相对于5号电机顺时针旋转。（2）、舵机转动精度：180度/（2500-500）=0.09度（表示上位机滚动条数值变动一个单位，对应舵机旋转角度为0.09度）。（3）、舵机原点判断：2号、3号舵机B、C表面相互平行。（如图33）（4） 、机械手运动程序参数，如表8。 表8舵机3号上位机滚动条数值对应舵机旋转角度（顺时针为正）500-85.5度13500度（平行状态，设定为零点）2500图33舵机3号94.5度*上位机滚动条数值P与舵机旋转角度计算公式=0.09（P1-P0）式中：P1滚动条所要求位置的数值。 P0舵机位于原点时，滚动条数值，3号舵机为1350。 由上式可推出，已知舵机旋转位置角度，求P1值。P1=/0.09+P0 =/0.09+13504、上位机软件与4号舵机关系已知4号电机控制机械手臂移动。（1）、该舵机可旋转角度180度，随着通道控制数值变小旋转方向为4号电机相对于5号电机顺时针旋转。（2）、舵机转动精度：180度/（2500-500）=0.09度（表示上位机滚动条数值变动一个单位，对应舵机旋转角度为0.09度）。（3）、舵机原点判断：连臂x，y相互平行。（如图34）（4）、机械手运动程序参数标准表，见表9。表9舵机4号上位机滚动条数值对应舵机旋转角度（顺时针为正）500+96.75度15750度（平行状态，设定为零点）2500图34舵机4号-83.25度*上位机滚动条数值P与舵机旋转角度计算公式=0.09（P1-P0）式中：P1滚动条所要求位置的数值 P0舵机位于原点时，滚动条数值，4号舵机为1575. 由上式可推出，已知舵机旋转位置角度，求P1值。P1=/0.09+P0 =/0.09+15755、上位机与5号舵机关系已知5号电机控制机械手臂移动。（1）、该舵机可旋转角度180度，随着通道控制数值变大旋转方向为连臂y相对于5号电机顺时针旋转。（2）、舵机转动精度：180度/（2500-500）=0.09度（表示上位机滚动条数值变动一个单位，对应舵机旋转角度为0.09度）。（3）、舵机原点判断：连臂y竖直状态。（如图35）（4）、机械手运动程序参数，如表10。表10舵机5号上位机滚动条数值对应舵机旋转角度（顺时针为正）500-76.5度13500度（平行状态，设定为零点）2500图35舵机5号103.5度*上位机滚动条数值P与舵机旋转角度计算公式=0.09（P1-P0）式中：P1滚动条所要求位置的数值 P0舵机位于原点时，滚动条数值，4号舵机为1350.由上式可推出，已知舵机旋转位置角度，求P1值。P1=/0.09+P0 =/0.09+13506、上位机与6号舵机关系已知6号电机控制机械手臂旋转。（1）、该舵机可旋转角度180度，旋转方向为俯视状态下随着通道控制数值变小腕舵机顺时针转动。（2）、舵机转动精度：180度/（2500-500）=0.09度 （表示上位机滚动条数值变动一个单位，对应舵机旋转角度为0.09度）。（3）、舵机原点判断：舵机5N面与舵机6M面平行（NM面不在同侧，如图36）。（4）、机械手运动程序参数,见表11。表11舵机6号上位机滚动条数值舵机旋转角度（顺时针为正）500+99度16000度（平行状态，设定为零点）2500图36舵机6号-81度*上位机滚动条数值P与舵机旋转角度计算公式=0.09（P1-P0）式中：P1滚动条所要求位置的数值。 P0舵机位于原点时，滚动条数值，4号舵机为1600。由上式可推出，已知舵机旋转位置角度，求P1值。P1=/0.09+P0 =/0.09+16007.2.2 测量机械手尺寸进过实际测量得下图（图37）图37机械手臂测量图7.2.3 举例验证（参照图36）图38实例图要求：将A位置“被夹持物”举高后，放置到另一侧的B位置（如图38）。步骤：*为方便编程此处时间与速度均采用默认值分析：1、由3.1节得爪张开后a值发生变化，故必须考虑机械手臂实际移动距离要小于248.8mm。已知：c=31mm，b=0mm，h=51.5/2mm，由 得：a=28.23mm2、机械手臂实际接触部分如图39中d部分，图39接触位置经测量d=30mm。3、故机械手实际需要移动的距离为248.8（30/2）28.23=205.57mm工作流程：（1）、先将各舵机回原点；（2）、调整6号舵机角度，使被夹持物进入机械手控制范围；（3）、调整3号舵机角度，收回爪与腕防止机械手移动中爪碰到被夹持物；（4）、调整4.5号舵机角度，使机械手达到指定位置；（5）、调整3号舵机角度，使爪能到达指定位置；（6）、调整1号舵机角度，夹住被夹持物；（7）、通过3号舵机夹起物件；（8）、调整6号舵机角度，使机械手转至指定位置；（9）、调整3号舵机放下物件；（10）、调整1号舵机放开物件；（11）、复位5号舵机后将其它电机回零。4、详细过程：（1）、将机械手臂复位，1号舵机爪张开至最大位置（各舵机回至原点，非上位机软件复位）。得程序：Time7000 #5p1340s300 #6p2226s300 #4p1350s300 #3p1575s300 #2p1350s300 #1p1600s300（2)、调整6号舵机角度：已知A位置位于相对舵机6的M同侧法线位置 由图36及表11得A物体相对于舵机6旋转角度为+90度位置，故有公式P1=/0.09+1600，得P1=600。由表5得舵机6号对应编程代号为1，得程序：time4800 #1p600s300（3)、调整3号舵机角度：由图33及表8先将3号舵机旋转达到+90度位置，由公式P1=/0.09+1350得P1=2350，由表5得舵机3号对应编程代号为4，得程序：time4800 #4p2350s300（4)、调整4.5号舵机角度：经计算得5号舵机与4号舵机之间臂部分长度在水平方向上投影需为39mm，即5号舵机角度位置为-29度。由图35及表10需将5号舵机旋转达到-29度，由公式P1=/0.09+1350，得P1=1027。由表5得舵机5号对应编程代号为2，得程序：time4800 #2p1027s300需舵机4号与舵机3号之间臂部分与底座平行，由图34及表9需将4号舵机旋转达到-61度，由公式P1=/0.09+1575得P1=2253，由表5得舵机4号对应编程代号为3，得程序：time4800 #3p2253s300（5）、调整3号舵机角度：根据计算将3号舵机回复至原点（机械手爪与到达指定位置），由图33及表8需将3号舵机旋转达到0度，由公式P1=/0.09+1350，得P1=1350，由表5得舵机3号对应编程代号为4，得程序：time4800 #4p1350s300（6）、调整1号舵机角度：根据被夹持物外形尺寸调整爪张开量，根据表6需将1号舵机数值调整为P=1400，由表5得舵机1号对应编程代号为5，得程序: time4800 #5p1400s300（7）、调整3号舵机角度：根据计算需将被夹持物抬高一定距离，3号舵机需旋转至+61度位置，即号舵机数值调整为P2027，计算过程同上第3步，得程序：time4800 #4p2027s300（8）、调整6号舵机角度：由图33得，B位置为俯视状态下A位置逆时针转过150度的位置，根据图36及表11需将6号舵机角度位置调整为60度，故有公式P1=/0.09+1600得P1=2266，由表5得舵机6号对应编程代号为1，得程序：time6000 #1p2266s300（9）、调整3号舵机角度：需舵机4号与舵机3号之间臂部分与底座平行由图34及表9需将3号舵机旋转达到0度，计算过程同上第3步，由表5得舵机3号对应编程代号为4，得程序：time4800 #4p1350s300（10）、调整1号舵机角度：将机械手爪部张开至最大，查表6得P1=1340，由表5得舵机1号对应编程代号为5，得程序：time4800 #5p1340s300（11）、回零5号舵机后再回零其它舵机，得程序：time4800 #2p1350s300time4800#5p1340s300#6p2226s300#4p1350s300#3p1575s300#1p1600s3005、程序最后整理为：第一行：Time7000 #5p1340s300 #6p2226s300 #4p1350s300 #3p1575s300 #2p1350s300 #1p1600s300第二行：time4800#1p600s300第三行：time4800#4p2350s300第