六自由度机械手资料#内容清晰

1、内容第一章引言.5第二章概述.72.1机械结构概述.72.2电气结构概述.8第三章机械机构和设计.93.1底座设计.93.2伸缩臂的设计.93.21屈臂的组成和功能.93.22弯曲臂设计的基本要求.103.23屈臂的常见结构.103.3手腕设计.113.31手腕的功能.113.32手腕分类.113.4手动设计.123.41手的特征.123.42手的分类.12第四章电气结构与设计.144.1主控制器的选择.144.2伺服控制器PSC和电机的选择.154.21伺服控制器的选择.154.22 PSC伺服控制板接口设计.154.23伺服电机的选择.16第五章控制程序及调试.18第六章经验.21参考.2

2、2第一章导言在工资低的中国，制造业仍然是劳动密集型的，使用机械手变得越来越普遍。电子和汽车行业的欧美跨国公司很早就在中国的工厂引进了自动化生产。然而，现在的变化是，分布在工业密集的华南和华东沿海地区的中国本地制造厂开始对机器人表现出越来越大的兴趣，因为它们不得不面对工人高流动率和交货周期缩短带来的挑战。机械手可以保证操作周期的一致性，提高质量。另外，由于机械手的精确控制，零件的精度也可以提高。机械手在工业中广泛使用，例如：首先，为了提高生产过程的自动化程度机械手的应用有利于实现物料输送、工件装卸、刀具更换和机器装配的自动化，提高劳动生产率，降低生产成本。第二，改善工作条件，避免人身事故在高温、

3、高压、低温、低压、粉尘、噪音、臭味、放射性或其他有毒污染以及狭窄的工作空间内，用手直接操作是危险的或不可能的。然而，机械手的应用可以部分或全部代替人来安全地完成操作，从而改善工作条件。在一些简单的、重复的、特别是繁重的操作中，用机械手代替人力来工作可以避免因疲劳或疏忽而造成的人身事故。第三，它可以减少人力和促进节奏生产应用机械手代替人工作是直接减少人力的一个方面，应用机械手可以连续工作，是减少人力的另一个方面。因此，目前，几乎所有的机器人都在自动化机床的综合加工自动化线上，从而减少人力，更准确地控制生产节奏，方便有节奏的工作和生产。应用前景工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备

4、。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。其特点是通过编程可以完成各种预期任务，在结构和性能上兼具人和机器的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手操作的准确性和在各种环境下完成操作的能力在国民经济的各个领域都有广阔的发展前景。机械手是在机械化和自动化过程中发展起来的一种新型设备。在现代生产过程中，机械手广泛应用于自动化生产线。机器人的开发和生产已经成为高科技领域迅速兴起的一项新技术，它促进了机械手的发展，使机械手更好地与机械化和自动化相结合。虽然机械手目前不如人手灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不疲劳、不怕危险、比人手更有力量抓重物的特点。因此，机械手受到了许多部门的重视，并得到了广泛的应

5、用。第二章概述机械手由六个伺服电机组成，可以实现机械手的六自由度运动。机械手采用主从控制方式，以AT89S52单片机为系统控制核心，基于软件模拟串行通信程序实现AT89S52的串行通信，从而可以同时与显示终端和PSC伺服控制器通信，同步、连续、精确地控制伺服的旋转，实现精确定位和连续动作。机械手采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器。实验教学平台控制系统由主控制器、伺服电机控制器PSC、FYD12864-0402B液晶模块、红外传感器和六个伺服电机等组成。系统框图如图2-1所示。图2-12.1机械结构概述机械结构的功能主要是通过机械零件的几何形状和各零件之间的

6、相对位置关系来实现的。在一台机器或机器中，没有任何零件是孤立存在的，而是相互配合以完成预期的动作。机械手的机械结构系统由底座、屈臂、手腕和手组成。信号接收器接收到主控制器发出的信号后，机械结构的各个部分相互配合，完成系统能够完成的六个动作，即夹紧、旋转、俯仰(1)、左右摆动、俯仰(2)和基座旋转。六自由度机械手的机械结构图如图2-2所示图2-22.2。电气结构概述电气结构是机械手控制器的核心，主要包括主控制器和从控制器。主控制器为AT89S52，从控制器为PSC伺服控制器。主控制器单元作为工作平台的控制系统，用于采集和处理各种信号，并根据各种信号发出相应的控制指令。第三章机械结构和设计本设计主

7、要用于实验平台，只要满足要求，负载不会太高。机械手的机械结构包括以下几个部分：底座、屈臂、手腕和手。3.1。底座设计底座用于支撑和连接几个部件的基本部件。它承担着其他零件的重量和工作负荷，在保证各零件的相对位置方面起着基础性的作用。铸件主要用于底座，其基本特点是尺寸比其他零件大。其次，底座的变形和振动将直接影响运行的稳定性，因此对刚度和抗振性提出如下要求1；(1)刚度和抗振性(2)热变形(3)稳定性六自由度机械手的手臂由大臂和小臂组成，一般有两个自由度，即展开、旋转、俯仰或升降。移动时，直接承受手腕、手和工件的静态和动态载荷；手臂是机械手的主要执行机构，其功能是支撑手和手腕并改变手的空间位置。

8、3.22。手臂设计的基础应该去手臂的结构形式必须根据机器人的运动形式、抓取自由度、运动精度等因素来确定。同时，设计必须考虑臂的应力、液压(气动)缸和导向装置的布置以及内部管道和腕部之间的连接形式。因此，在设计臂时应注意以下要求。(1)臂应具有足够的承载能力和刚度。(2)良好的指导。(3)重量和惯性矩应较小。(4)运动要稳定，定位精度要高。3.23。常见的武器结构(1)臂直线运动机构机器人手臂的伸缩和侧向运动是线性运动。实现机械臂往复直线运动的机构很多，其中液压缸、齿条齿轮机构、丝杠螺母机构和连杆机构应用广泛。液压缸因其体积小、重量轻而被广泛应用于机器人手臂结构中。(2)臂旋转机构实现机械臂旋转

9、运动的机构有多种，如叶片式旋转气缸、齿轮传动机构、链轮传动机构、活塞气缸和连杆机构。大臂的三维示意图如图3-2所示图3-2前臂的三维图如图3-3所示图3-33.3、手腕设计3.31、手腕的作用工业机器人的手腕是连接手和手臂的部件，并且在支撑手方面起作用。机器人通常需要6个自由度才能使手到达目标位置并处于期望的姿态，而手腕的自由度主要用于实现期望的姿态。3.32。手腕的分类3(1)按自由度数量分类单自由度手腕具有两个自由度的手腕三自由度手腕(2)按驾驶模式分类直接驱动手腕远距离手腕传输手腕的三维图如图3-4所示图3-43.4。手工设计3.41。手的特征4工业机器人的手是安装在工业机器人手腕上的一

10、个部件，用于直接抓取工件或执行工作。工业机器人手具有以下特点。(1)手和手腕之间的关节是可拆卸的。手和手腕有机械接口。也可以有电气、气动和液压连接器，以便当工作对象不同时，工业机器人的手可以容易地拆卸和更换。(2)手是工业机器人的末端机械手。它可以像一只有手指或没有手指的人手。(3)手的通用性差。工业机器人的手通常是一种特殊的装置，一种抓取器只能抓取一种工件或几个形状、尺寸和质量相似的工件，并且只能执行一种操作。(4)手是一个独立的部件。如果手腕属于手臂，那么工业机器人机械系统的三个主要部分是机身、手臂和手。手是决定整个工业机器人的完整性和灵活性的关键部件之一。3.42。手的分类因为有许多任务

11、需要用手来完成，所以有许多种手。根据用途，手可以分为两类：爪子和工具。手爪具有一定的通用性，其主要功能是抓取、夹持和释放工件。工具用于执行某些操作。根据其夹紧原理，手可分为机械爪和吸附型。其中，吸附手也可分为磁吸附型和真空吸附型。吸附手机构的功能超出了人手的功能范围。在实际应用中，也有一些特殊形式的手。手的三维图如图3-5所示图3-5整个机械手的三维示意图如图3-6所示图3-6第四章电气结构与设计本设计采用主从控制方式，以AT89S52为主控制器，PSC伺服控制器为从控制器。4.1。主控制器的选择该板采用AT89S52单片机作为处理器，提供ISP系统内编程接口、RS-232串行接口、单片机的所

12、有输出入端口和面包板，方便用户搭建单片机外围电路。通过编写运行在C51单片机平台上的程序，控制机械臂的运动。采用自行设计的5V电源，能满足单片机的工作需要。通过将互联网服务提供商下载线连接到个人电脑或笔记本电脑的并行端口，将程序下载到控制面板上的微控制器。下载线的一端连接到PC机或笔记本电脑的并行接口，另一端连接到控制面板上的程序下载端口ISP。AT89S52单片机是一款低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K的系统内可编程闪存。由Atmel公司的高密度非易失性存储器技术制造，它与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上闪存允许在系统中对程序存储器进行编程，也适用于传统的程序员。AT8

13、9S52在单芯片上，配有智能8位CPU和系统内可编程闪存，为许多嵌入式控制应用提供高度灵活和有效的解决方案。AT89S52引脚结构图如图4-1所示图4-14.2伺服控制器PSC和电机的选择4.21。伺服控制器PSC的选择单片机通过串口传输数据，串口电平在0 5伏之间，即TTL电平。有两种波特率：2400bps和38400bps。可以控制16个伺服电机。伺服电机可以同时不间断地在0到180度之间旋转5。脉宽调制分辨率为2微秒，电机转速设置为0至63。PSC伺服控制器如图4-2所示图4-2如图4-2所示，PSC的引脚中，引脚7-22对应CH0CH15，为电机控制接口，可连接16台伺服电机；引脚1是

14、通信终端，与主控制器相连，用于接收命令字和控制字，引脚23和24是电源接口。4.22。PSC伺服控制板接口设计PSC伺服控制板采用6V/3A独立电源适配器，满足伺服电机额定电压6V的要求，输出电流大，保证了机械臂加载时伺服电机的电流供给6。机械手伺服电机0 5分别连接到PSC伺服控制板的CH0CH5。在设计的程序中，PSC和C51实验教学板通过P1.0端口进行通信。同时，为了方便PSC的供电，将PSC控制板的1.0端口(如图8所示)连接到C51实验教学板的1.0端口，并连接电源线和地线。PSC伺服控制板与电机连接示意图如图4-3所示。图4-34.23、伺服电机的选择机械手本体采用美国地壳爬行公司的SG6-UT机器人本体及其配套的伺服电机驱动器7。SG6-UT机器人如图4-4所示。图4-4SG6-UT机器人是一个六自由度机械手，包括HITEC HS-645 MG2基电机，如图4-4中的PSC端口0所示。如图4-4中的PSC端口1所示；如图4-4中的PSC端口2所示，型号为HS-805 BB臂弯曲电机；和三个HS-475 HB伺服电机，如弯管图4-4中的PSC端