畢業(yè)設計說明書--模塊式六自由度機器人控制系統(tǒng)設計-在線瀏覽
2024-09-17 12:05本頁面
【正文】 方便用戶進行功能的擴展。機器人控制方面，采用集成的PC技術、邏輯控制、圖像技術及具有專業(yè)運動控制技術的VME運動控制器，高速高精度，性能可靠穩(wěn)定。工業(yè)機器人一般是指在工廠車間的環(huán)境中，配合自動化生產需要，代替人來完成零件或材料的加工、裝配、搬運等操作的一種工業(yè)機器人。能搬運零件、材料或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！币粋€典型的機器人系統(tǒng)由通訊接口、本體、計算機控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、關節(jié)伺服驅動系統(tǒng)等部分組成。通過查閱了大量的文獻資料，并且系統(tǒng)學習了機器人的技術知識，同時對國內外的機器人，主要是對六自由度機器人的現狀有了比較詳細了解。第二章 運動學分析多自由度機器人其實是具有多個關節(jié)空間機構，為了描述在空間中末端執(zhí)行器的姿態(tài)和位置，可以建立一個坐標系在每個關節(jié)上，利用坐標系之間的關系去描述末端執(zhí)行器的位姿。D一H法(四參數法)是由Denavit和Hartenberg1955年提出的一種建立相對的位姿的矩陣方法。建立操作臂運動方程?？臻g任一點P的位置在直角坐標系｛A｝中可用（3ⅹ1）的位置矢量Ap來表示如圖21為:圖21 點的位置描述 點P的三個位置坐標分量分別是Px、Py、Pz在直角坐標系中，x,y,z軸的單位向量可用 、 、 表示，則用齊次坐標描述x、y、z軸的方向：規(guī)定：以列陣 且a2+b2+c2=1表示某矢量的方向。如圖22中矢量 的方向可表示為：圖22 坐標軸方向的描述其中a=cosα，b=cosβ，c=cosγ。機器人的每一個連桿都可以看做一個剛體。如圖23剛體o’x’y’z’是固連于剛體上的一個坐標系，稱為動坐標系。手部位置矢量為從固定參考坐標系OXYZ原點指向手部坐標系{B}原點矢量P，手部的位姿矩陣為：任何一種物體在空間中的位置和姿態(tài)都可以用齊次矩陣表示。：Rot（z，90176。：Rot（y，90176。圖25 目標物的位置和姿態(tài)描述 剛體的旋轉、平移運動均可由齊次變換矩陣來表示，剛體變換后的位姿由其原始描述矩陣乘以齊次變換矩陣而得到。圖26 點的平移變換如圖27，A點繞z軸旋轉 角后移至A’，即圖27 點的旋轉變換推導：設A點在xoy平面上投影的長度為r，與x軸夾角為α。若A點繞 旋轉θ角，則可以證明，其旋轉齊次變換矩陣為Rot（k,θ） 圖28 點的一般旋轉變換 齊次變換矩陣Ai表示可連桿i坐標系相對于連桿坐標系i1位姿變換矩陣。連桿2相對固定坐標系的位姿可用A2 和A1 的乘積表示T2=A1A2 依此類推, 對于六連桿機器人，于是有下列矩陣：T6=A1A2A3A4A5A6，上述等式稱為機器人的運動學方程。 或前三列表示手部的姿態(tài)； 或第四列表示手部中心點的位置。位置的初始值為： 設兩個移動裝置的傳動比為；所有傳動機構的傳動比為。 機構的運動學方程 前三個關節(jié)確定了末端的主要位置。則初始狀態(tài)位置方程為：位姿方程為：第四關節(jié)的旋轉齊次變換矩陣為：第四關節(jié)的移動變換矩陣為：第五關節(jié)的旋轉齊次變換矩陣中設為旋轉的環(huán)繞單位矢量，、分別為、軸的三個分量。所以：第六關節(jié)的移動矩陣：第三章 模塊式六自由度機器人控制系統(tǒng)硬件設計 總體控制方案設計如前所述，該機器人可用于制造車間的物流系統(tǒng)中工件的裝夾、搬運和日常生活中的看護、持物等。則本設計方案如圖31所示：圖31 總體方案 步進電機選取及控制設計 步進電機是一種進行精確的步進運動的機電執(zhí)行元件，它可廣泛應用于工業(yè)機械中的數字控制，為使系統(tǒng)的通用性、可維護性、可靠性以及性價比最優(yōu)，根據控制系統(tǒng)功能的要求及步進電機的應用環(huán)境，確定了設計系統(tǒng)的硬件與軟件的功能劃分，從而實現了基于8051 單片機的四相步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)。另一類則是用硬件構成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器。從結構上來看，步進電機分為三相六拍、三相單三拍和三相雙三拍3種，其基本原理如下： （1）換相順序的控制 通電換相這一過程被稱為脈沖分配。三相六拍的通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A，三相雙三拍通電順序為 AB→BC→CA→AB。若步進電機勵磁方式為三相六拍，也就是 A→AB→B→BC→C→CA→A。其他方式的情況類似。兩個脈沖間隔越短，步進電機就轉動得越快。 （4）步進電機的起?？刂?由于步進電機的電氣特性，運轉時就會有步進感。則在步進電機停轉時，為防止因慣性而使電機軸來產生順滑，則需要采用合適的鎖定波形，來產生鎖定磁力矩和鎖定步進電機的轉軸，促使步進電機轉軸不能自由的轉動。所有的步進電機在啟動時，必須具有加速過程，在停止時波形時有減速過程。選定的曲線符合步進電機的升降過程的運行規(guī)律，并且能充分利用步進電機快速響應性好，有效轉矩，縮短了升降速的時間，并且可防止過沖和失步現象。步進電機能夠響應而不失步的最高步進頻率被稱為“啟動頻率”，于此類似的“停止頻率”則是指系統(tǒng)控制信號的突然關斷，步進電機不能沖過目標位置最高步進頻率。加速過程有突然的施加脈沖啟動頻率。 步進電機在換向時，一定要在電機降到突跳頻率范圍之內或降速停止再換向，以免產生較大沖擊而損壞電機。對于脈沖設計主要的要求其有一定的脈沖序列、脈沖寬度的均勻度與高低電平方式。本系統(tǒng)設計選用57BYGH803B系列下的57BYGH803B四相5線步進電機。第二部分由兩個轉動副構成，負責控制機械手的姿態(tài)。圖32 步進電機電機參數如下：步距角：Step Angle 環(huán)境溫度：Ambient Temperature 10~+55℃絕緣等級：Insulation ClassB圖33 步進電機接線圖圖34 步進電機尺寸圖 ULN2003驅動器 ULN2003是美國Texas Instruments公司與Sprague公司開發(fā)高壓的大電流達林頓晶體管陣列的電路。單個達林頓對集電極電流是500mA。此電路主要應用于字錘驅動器，燈驅動器，繼電器驅動器，線路驅動器，邏輯緩沖器和顯示驅動器（LED氣體放電）。其各項的參數如下所示：圖35 ULN2003驅動器圖36 ULN2003驅動器邏輯框圖表31 引出端功能符號引出端序號符號功能引出端序號符號同意功能11B輸入9COM公共端22B輸入107C輸出33B輸入116C輸出44B輸入125C輸出55B輸入134C輸出66B輸入143C輸出77B輸入152C輸出8E發(fā)射極161C輸出表32 ULN2003驅
職業(yè)教育相關推薦
鄂ICP備17016276號-1