• 2020第二十一届江苏国际智能装备制造业博览会

    2020 21th Jiangsu International Intelligent Equipment Manufacturing Industry Exposition
    时 间:2020年03月27-29日 地 点:南京国际博览中心
    主办单位:江苏省机械工程学会
    协 办:江苏省机械工程学会机械设计与传动分会
    江苏省机械工程学会无损检测与失效分析分会
    承办单位:南京凤凰展览有限公司

    学术科普

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    搬运机械手机构总体方案设计

    时间:2020/2/11 10:28:40    浏览次数:25    字体:   

    针对于工业小型物品的搬运领域,设计了一种具有5自由度的小型机械手。由于机械手的负载和行程较小,同时对机械手的运动具有较高的精度的要求,故对于第一第二第三关节采用具有较大力矩的舵机进行控制。舵机型号为996r大扭矩舵机。参对于腕部第四第五关节,由于力臂较小,故不需要采用较大力矩的舵机,同时为了减少前端机械手本体的重量,采用9g舵机型号为sg90。



        对于通用机械手结构为了减少主臂的重量,故采用平行四边形结构将副臂的动力链接到基座上,其具体机构如图2.1.1.通过该平行四边形机构,可以实现舵机位置的转变。


                                                                         

    在机械手关节的配置上采用第一关节为主旋转关节,第二关节为主臂旋转关节,第三关节为副臂旋转关节,第四关节为夹具竖直面内旋转关节,第五关节为夹具垂直于竖直面内的旋转关节。以此确定各关节的连接关系。


    1.2机械手主要动力的介绍
       盛辉所产的Mg996r型号舵机具有较大的扭矩,同时由于其为数字舵机精度更高。Mg996r舵机通过脉冲检测转动角度,首先输入一个20ms的低电平,输入一个两毫秒的高电平,通过控制高电平时间控制舵机转动角度。舵机内部自带一个脉冲比较器,通过该标准脉冲宽度与输入脉冲宽度的比较产生偏差,该偏差由转动角度进行补偿,当存在偏差时,空心杯电机转动带动电位器转动消除偏差,达到预定角度后便可以精确输出位置信息。故该控制系统为闭环控制系统。


    1.3机械手结构的介绍




    机械手的结构为五自由度结构,缺少了通常意义下的腕部翻滚关节。但是对于通常的搬运领域该自由度可以满足使用。类比与传统的4自由度码垛机械手来看,如图1.2在码垛机械手中通过两个平行四边形结构实现保证后端夹具与水平地面平行。码垛机机械手只具有主转动自由度,主臂转动自由度,副臂转动自由度,夹具水平面转动自由度。
    1.6控制系统分析
       采用stm32f103zet6单片机进行控制,通过初始化定时器3的四个pwm输出通道产生pwm方形脉冲波实现堆垛机的控制。同时对第二第三关节采用运动学逆解,以保证两舵机的联动,减少控制压力。
      装置采用nrf2401进行无线控制,可以实现远距离遥控,同时通过两个主控芯片进行三角函数的解析与计算,然后传输数据可以加快计算时间,增强舵机的响应时间。
     2.1.2几何计算法方法

    几何法同样建立直角坐标系,同向量法一致。如图所示: