【《某六自由度机械手的整体设计案例》2000字】

某六自由度机械手的整体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u14159某六自由度机械手的整体设计案例 1173991.1硬件选型 174661.1.1下位机 180601.1.2舵机 231881.1.3末端执行器 3206621.2机械手 5280691.3小结 81.1硬件选型1.1.1下位机下位机控制机械臂的电机（舵机）运动，下位机指单片机等IO口直接输出高低电平的设备，用于控制电机，读取低数据量传感器的数据。本课题的STM32单片机选用的型号为STM32F103C8T6，实物图如图2-1所示。图2-1STM32F103C8T6单片机实物图（1）供电接口：供电范围6.5-12V；（2）舵机电压调节；（3）控制板开关；（4）过载保护；（5）其他电源：板载5.0V、3.3V电源接口，方便接传感器等其他模块时使用（6）6路舵机接口；（7）IIC接口；（8）手柄接口：专门接PS2手柄接收器；（9）3路传感器接口；（10）串口接口；（11）2路总线接口；（12）蜂鸣器；（13）USB电脑通信；（14）串口通信。1.1.2舵机舵机（英文叫Servo）：它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。通过发送信号，指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度（比如180度。）与普通直流电机的区别主要在，直流电机是一圈圈转动的，舵机只能在一定角度内转动，不能一圈圈转（数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换，没有这个问题）。普通直流电机无法反馈转动的角度信息，而舵机可以。用途也不同，普通直流电机一般是整圈转动做动力用，舵机是控制某物体转动一定角度用（比如机器人的关节）ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[19]。下图2-2是一个普通模拟舵机的结构图，其组成部分主要有齿轮组、电机、电位器、电机控制板、壳体这几大部分。图2-2舵机结构图1.1.3末端执行器末端执行器是机械手的末端执行结构，当确定好目标后，机械手对目标进行动作，带动末端执行器与目标物体进行联系。因此，末端执行器的选择与设计极其重要。这影响着整个设计实验流程能够成功与否ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20]。根据分类，末端执行器的结构分类如图2-3所示。图2-3末端执行器结构分类经过排查最终选定的是平行开闭式手部，如图2-4所示，此手部利用转动副构成平行连杆机构，从相对手指来看，它们完成的是平行开闭运动。其抓取物品的夹持力的大小也由活塞杆上的力决定。图2-4平行开闭式手部1.2机械手执行系统。它是机械手完成握持工作实现所需要的各种运动的机械部件。这个系统包括4个部分：（1）手部。相当于人的手指，直接与工件接触，是用来完成握持工件的部件。手部的形状和工作原理根据工作对象的不同而不同，有吸盘式、手指式等多种。（2）腕部。相当于人的手腕，用来确定手部的工作位置，并进行小范围内的移动。（3）臂部。（4）机身。驱动装置。它是为执行系统各部分提供动力的装置，一般有4种类型，即机械式传动、电机拖动、气动和液压传动。目前采用较多的是后两种，因为它们体积小，工作准确度高ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>戴红</Author><Year>1998</Year><RecNum>245</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>245</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="tt9f2exapawfsveefx35pfa1rrezd2vrzfvf">245</key></foreign-keys><ref-typename="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>戴红</author></authors></contributors><titles><title>康复医学</title></titles><pages>3-10</pages><section>3-10</section><dates><year>1998</year></dates><pub-location>北京</pub-location><publisher>人民卫生出版社</publisher><isbn>7117028343</isbn><urls></urls></record></Cite></EndNote>[21]。控制系统。本文的研究对象是六自由度机械手，该机械手由六个舵机作为机械手的关节。机械臂实验模型包含六个旋转关节，但最后一个舵机控制模型末端的机械爪开合角度，因此简化，通过协调控制五个舵机的旋转角度即可控制机械臂大姿态，使其末端在其物理允许范围内达到任何想要的位置。组装好的机械手实物图如图2-5所示。图2-5机械手实物图控制机械臂的核心在于控制机械臂旋转轴处的舵机旋转角度。舵机集成了直流电机、电机控制器和减速器等，相当于一个伺服马达，通过控制舵机内直流电机的占空比即可控制舵机的旋转角度。机械手的舵机分布图如图2-6所示。图2-6机械手舵机分布图以下是字符串指令，这里所有的控制器指令都是内部指令，可以通过串口、总线口去执行这些指令，也可以通过内部设置程序调用（通信波特率是115200）。1.单个舵机控制指令：#000P1500T1000!说明：#与P之间代表舵机ID，位数必须是3位，对于PWM舵机范围000~005，对于总线设备000~254；P与T之间代表位置，位数必须是4位，范围0500~2500；T与!之间代表时间，单位ms，位数必须4位。1.多个舵机控制指令{#000P1500T1000!#001P1500T1000!#002P1500T1000!}说明：多个单舵机指令的组合体，注意两边的大括号。3.动作组保存指令<G0000#000P1500T1000!#001P1500T1000!#002P1500T1000!>说明：动作组保存指令，注意G0000，0000代表存储的组序号，位数必须为4位，另外注意左右尖括号。4.停止指令：$DST!说明：所有舵机停止到当前位置。5.单个舵机停止指令：$DST:X!说明：第X个舵机停止指令，控制范围是0到5。6.单片机复位指令:$RST!说明：单片机复位指令。7.检测动作组指令：$CGP:X-Y!说明：检测动作组x到y组，控制器会从串口1打印出来。8.执行单个动作组指令:$DGS:X!说明：执行动作x，前提是动作组已经下载到控制器。9.执行多个动作组指令:$DGT:X-Y,N!说明：执行动作x到y组执行n遍，当n=0的时候代表无限次循环，前提是动作组已经下载到控制器。10.小车控制指令:$DCR:X,Y!说明：小车运行指令，X代表左轮的速度，范围-1000到1000，负数代表反转，Y代表右轮的速度控制。11.小车控制指令:$DCR:X,Y!说明：小车运行指令，X代表左轮的速度，范围-1000到1000，负数代表反转，Y代表右轮的速度控制。11.前进指令：$CAR_FARWARD!说明：小车前进，实质上就是$DCR:1000,1000!。13.后退指令：$CAR_BACKWARD!说明：