《Arduino单片机实战》课件 项目5 智能机械臂的设计与实施

智能机械臂制作01元件介绍02工作原理03接线演示04编程讲解05实验现象目录元件介绍PARTONE01Componentintroduction硬件清单元件名称型号参数规格数量参考实物图步进电机57

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分频器

TB6600DRV882511

控制芯片Mega25601

机械臂3D打印件/1套工业相机海康威视1套

分频器模块

系统整体结构

电机选择

电机驱动

驱动板选择工作原理PARTTWO02Workingprinciple

机械臂工作原理接线演示PARTTHERE03Wiringdemonstration

系统接线编程讲解PARTFOUR04Programmingexplanation编程讲解实验现象PARTFIVE05Experimentalphenomena实验现象实物图任务5-2机械臂运动分析课前回顾提问：1.工业机器人的机构简图由哪些关节组成？a）直角坐标型b）圆柱坐标型c）极坐标型d）多关节型提问：2.什么是工业机器人的运动学？

从几何关系讲，手指的位置和关节变量之间的关系。提问：3.正运动学和逆运动学分别解决了什么问题？

关节变量到位置，位置到关节变量问题。

项目2.4工业机器人的机械臂运动学分析认知目标能力目标掌握并联机构的结构特征；掌握工业机器人的机构简图绘制；掌握机器人的运动学分析计算能够区别串联机器人和并联机器人；能够正确绘制机构简图；能对机器人进行运动学分析求解学习目标这是什么机器人？课程导入按机器人的关节连接布置形式分类串联机器人：杆件和关节是通过串联方式进行连接的，是一种开链式结构。其优点在于：工作空间较大、工作空间内精度一致性较高、对装配精度要求较低。串联机器人课程导入按机器人的关节连接布置形式分类并联机器人：杆件和关节是通过并联方式进行连接的，是一种闭链式结构。其优点在于：结构刚度较高、运动精度较高、响应速度快。并联机器人课程导入

在电子、轻工、食品和医药等行业中，需要以很高的速度完成插装、封装、包装等操作（pick-and-place）。外转动副驱动的并联机械手特别适合上述操作，以著名的并联机械手——Delta机构为代表。

本次课重点以Delta机构的平面机器人为研究对象进行讲解。课堂认知项目2.4工业机器人的机械臂运动学分析1、平面二自由度机械手1、主动臂2、从动臂（长平衡臂）3、平东盘4、减速机(减速比1:33)5、平衡杆（短）温州职业技术学院电子工程系并联机器人的连杆机构1.1、机器人的结构简图1.2、机器人的运动学分析29机器人运动控制以运动学正解和运动学反解为基础。

所谓运动学正解就是：知道机器人每根轴的旋转角度，推算出机器人的空间姿态以及工作端的空间位置。以串联式机器人为例：已知每个手臂的长度、角度，则能逐个计算出每个手臂前端的空间位置，直至末端的空间位置。(见下图)θ1θ2θ3θ4(X1,Y1)(X2,Y2)(X3,Y3)(X4,Y4)XY已知：θ1、θ2、θ3、θ4;L1、L2、L3、L4求解：(X4,Y4)L1L2L3L430根据θ1、θ2;Lt、Lb计算出⊙1、⊙2的圆方程联立这两个圆方程，计算出(X,Y)

1.2、机器人的运动学分析-正解未移动时：已知θ1与Lt，求出⊙1的圆心（-Lt*cosθ1-0.5*L1，-Lt*sinθ1）已知θ2与Lt，求出⊙2的圆心（Lt*cosθ2+0.5*L1，Lt*sinθ2）移动至平动盘中心点时：求出⊙1的圆心（-Lt*cosθ1-0.5*L1+0.5*L2，-Lt*sinθ1）求出⊙2的圆心（Lt*cosθ2+0.5*L1-0.5*L2，Lt*sinθ2）1.2、机器人的运动学分析-正解(X-(-Lt*cosθ1-0.5*L1+0.5*L2))²+（Y-(-Lt*sinθ1)）²=Lb²(X-(Lt*cosθ2+0.5*L1-0.5*L2))²+（Y-(-Lt*sinθ2)）²=Lb²通过解方程，得到（X,Y）。1.2、机器人的运动学分析-正解1.2、机器人的运动学分析-逆解反解解法思路：已知:机械结构尺寸左主臂长Lt左从臂长Lb轴间距L1平动盘长度L2末端中心坐标(X,Y)求解：左电机角度θ1右电机角度θ2可以通过数学方法解出θ1、θ2。例如列举方程式求解等等，得到相应解的算式。1.3、机器人的运动空间1.4、机器人的运动学运用1、对攻机械手1

2、小球3、桌面4、对攻机械手2

5、视觉传感器6、视觉光源12343656网络结构图NJ301-1100R880-KN04H-ECT-Z*2NS8-TV01PC（Formonitorandcontrol)37FH-1050*1控制回路图：NJ301-1100伺服驱动NS8-TV01伺服电机中间继电器抱闸抱闸急停总开关38坐标应用思路以下是编程时由预设目标位置坐标到控制电机实际旋转角度的大致应用思路：实、虚轴上电MC_Power实、虚轴建立原点MC_Home实、虚轴运动同步MC_SynMoveAbsolute虚轴轴组运动（直线、圆弧插补等）启动保持反解

算式启动保持正解

算式实轴电机同步虚轴运动得到实轴角度位置注：虚轴运动位置用的是用户自己建立的X-Y坐标系坐标。机器人处于机械原点位置监控机器人实际位置，重新上电后获取机器人当前位置2、平面二自由度机械手-移动副驱动实物图2.1机构简图绘制2.2工作空间分析工作空间为一个矩形!2.3运动学分析2.3运动学分析3、机械臂运动学分析-结构简图绘制