[发明专利]一种四自由度高速并联机械手控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及机械手领域，特别是一种四自由度高速并联机械手控制系统。

背景技术

随着工业的发展，自动化设备已经广发应用于各生产领域中，比如能够进行抓取和搬运的机械手，其可以按照设定的运动轨迹运动，实现自动上料和下料。然而，传统的机械手在有限的空间中进行回转或进行其他动作时，因受机械手本身运动的精度限制或转动结构的限制，难以实现空间内移位或更精准的旋转摆动。同时现有简单多臂并联机器手控制器多数为PLC，普通的PLC高脉冲输出和差动输出信号接口少，难以满足多轴运动控制且速度慢，需外扩展接口模块，成本高，且无闭环控制，精度低，存在累计误差。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是实现空间三个方向平动和一个转动自由度的四自由度高速转动，提供采用并联驱动的、有效构件惯性和提高系统负载能力的一种四自由度高速并联机械手控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种四自由度高速并联机械手控制系统，包括机械手和控制机械手的控制模块，其中：所述控制模块包括有电源模块、输入输出模块、储存模块、通信接口模块、时钟计时模块和微处理器，所述为微处理器为ARMCortex-M4内核32位微处理器，所述输入输出模块、储存模块、通信接口模块、时钟计时模块均与微处理器连接；

所述电源模块，接入24V3A直流电源给电路供电，电路板由5V和3.3V稳压；

所述输入输出模块包括有继电器控制IO输出端、PWM隔离输出端和光耦隔离输入端，用于限位开关检测和输出端控制；

所述储存模块，采用32MFLASH，断电后可对重要数据进行保存，不丢失；

通信接口模块，包含485总线接口、CAN总线接口、232电平接口、USB接口和网络接口，实现多种通信方式功能，兼容性好；

所述时钟计时模块，采用工业级时钟模块，为系统提供准确的时间；

所述微处理器，负责与各个模块间的通信或控制；

作为本发明的进一步改进：所述微处理器还设有四路伺服电机接口，所述四路伺服电机接口与机械手连接，支持四路伺服电机或伺服驱动器同时高速运行。所述伺服驱动器和三路伺服电机接入微处理器的伺服电机接口。

作为本发明的进一步改进：一种四自由度高速并联机械手，包括定平台和动平台，其中：所述定平台和动平台之间设有六角手臂组件，所述定平台的顶部设有连接且驱动六角手臂组件的伺服驱动器，所述动平台底部设有连接六角手臂组件的末端执行器，所述定平台和动平台之间还包括三个机械手臂组件，所述三个机械手臂组件均匀等分在定平台和动平台的外侧且并联驱动。

所述伺服驱动器驱动六角手臂组件，作为末端执行器旋转运动的动力来源，引入末端执行器的转动自由度，不仅可以实现物料的快速搬运、装箱，还可以通过末端执行器的转动自由度实现物料的顺序摆放动作。

作为本发明的进一步改进：所述机械手臂组件包括有减速器、伺服电机、主动臂和从动臂，所述减速器固定在定平台上，一端连接伺服电机，另一端连接主动臂，所述从动臂分为左从动臂和右从动臂，所述左右从动臂的顶端分别与主动臂的两侧连接，底端与动平台连接。

所述三个机械手臂组件采用并联驱动，三个伺服电机单独驱动相应连接的主动臂，改变主动的旋转摆动角度，使得下方的动平台在三维空间平动，可有效减低构件惯性和提高系统负载能力，实现动平台在工作空间内大范围平动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用低成本高性能ARMCortex-M4内核微处理器对多轴运动的控制以准确到达目标位置，并通过视觉辨识的方法对目标物体抓取、旋转、移动、放置，实现了机械手的功能。

集成各种通信接口，兼容性好，成本低；成本仅为传统技术的三分之一；兼容性好，支持多种通信接口，可支持与其他设备连接通信。

四自由度高速并联机械手采用可实现三平动一转动的空间四自由度并联驱动，通过动平台拆分，引入末端执行器的转动自由度，不仅可以实现物料的快速搬运、装箱等功能，同时通过末端执行器的转动自由度可以实现物料的顺序摆放动作，克服了类似机构存在的缺陷。

本发明采用四个驱动源，其中三个为并联驱动动平台的动力输入源，另外一个为末端执行器的旋转运动的动力来源。三个伺服电机单独驱动与之连接的主动臂，改变主动臂的旋转摆动角度使得下方的动平台在三维空间平动，同时正上方的伺服驱动器中间的六角轴进行末端执行器的旋转运动，达到四自由度空间运动。

附图说明

图1为本发明的控制系统原理示意图。