两自由度通用机械臂关节模块驱动系统及方法与流程

本发明涉及机械臂技术领域，具体地，涉及一种两自由度通用机械臂关节模块驱动系统及方法。

背景技术：

近年来，机器人技术取得了长足的进步，而机械臂是目前机器人技术领域中的得到最广泛实际应用的自动化机械装置。在机械制造、电子、冶金、医学治疗等生产领域中，机械臂的使用可以加快系统的自动化、智能化和现代化的建设程度，从而大幅度提升生产效率。

同时，现有的机械臂机器人通常具有多个转动关节，每个关节的转动控制基本都是由步进电机或者是伺服电机实现。针对其结构特点，目前机械臂关节模块化趋势加重，通过一系列相同的机械臂关节模块组成整个机械臂系统，这种方式解决了原来机械臂关节的体积较大、结构臃肿等缺点。降低了机械臂关节出现关节损坏的概率，出现损坏后机械臂的拆卸与维修也是变得十分简单，因为每一部分的驱动和通信相互独立。

针对如今机械臂的发展趋势，相应的机械臂关节模块驱动方法的需求量也增加。当整个硬件系统模块化后，对驱动控制单元的可靠性、稳定性、准确性、实时性的要求也越来越高。基于上述的背景条件，本发明提出一种两自由度通用机械臂关节模块驱动方法。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种两自由度通用机械臂关节模块驱动系统及方法。

根据本发明提供的两自由度通用机械臂关节模块驱动系统，包括限位开关、零位开关、电机驱动板、电机、编码器、通信导电线、MCU控制器、组网电路以及电源模块；

其中，所述电机一方面通过所述编码器连接所述MCU控制器，另一方面通过所述电机驱动板连接所述MCU控制器；

第二插座依次通过导电滑环、组网电路连接所述MCU控制器；第一插座通过组网电路连接所述MCU控制器；所述电源模块用于向所述MCU控制器、编码器、电机提供电源；

所述MCU控制器用于通过所述电机驱动板驱动所述电机运动，通过所述编码器采集所述电机的当前位置信息；所述限位开关用于限制机械臂的运动位置，所述零位开关用于标定机械臂运动的起始位置；

优选地，所述编码器用于将所述电机的运动信息转换为电信号，并将所述电信号发送至所述MCU控制器，从而提供所述电机的当前位置信息；

所述电路驱动板上设置有电机驱动电路；所述电机通过所述电机驱动电路连接所述MCU控制器。

优选地，所述第二插座与所述导电滑环之间，所述导电滑环与所述组网电路之间，所述第一插座与所述组网电路之间，所述第一插座与所述电源模块之间以及所述导电滑环与所述电源模块之间通过通信导电线连接。

优选地，所述限位开关、所述零位开关、所述电机驱动板、所述电机以及所述编码器的数量为多个；

所述限位开关、所述零位开关、所述电机驱动板、所述电机以及所述编码器一一对应。

优选地，所述第一插座连接一电机驱动板；所述第二插座通过导电滑环连接一电机驱动板。

优选地，所述第一插座、所述第二插座采用航空插座；所述组网电路采用485组网电路.

本发明提供的两自由度通用机械臂关节模块驱动系统的驱动方法，包括如下步骤：

步骤S1：限位开关和零位开关将机械臂摆动的限制范围和/或回转的零位标定发送至MCU控制器；

步骤S2：MCU控制器根据机械臂摆动的限制范围和/或回转的零位标定，通过编码器接收到的电机当前位置信息和所述组网电路传递的控制信息计算分析并输出当前对电机的控制信息，并通过电机驱动板上的驱动电路调制电机的转向和转速。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明控制稳定，操作简单，通用性程度高，可以满足两自由度机械臂关节模块的运动需求，并减少使用成本和维护成本，安全可靠；

2、本发明MCU控制器根据机械臂摆动的限制范围和/或回转的零位标定，通过编码器接收到的电机当前位置信息和所述组网电路传递的控制信息计算分析并输出当前对电机的控制信息，能够精确的控制机械臂的摆动或回转，

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中两自由度通用机械臂关节模块驱动系统的原理图；

图2为本实施例中两自由的通用机械臂关节模块的结构示意图。

图中：

1为第一航空插头，2为T型摆臂，3为导线组，4为蜗杆，5为第一驱动电机，6为第二驱动电机，7为第二航空插头，8为导电滑环，9为回转台，10为关节模块机架，11为电机驱动电路，12为蜗轮，13为弧形支撑部分。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的两自由度通用机械臂关节模块驱动系统，包括限位开关、零位开关、电机驱动板、电机、编码器、通信导电线、MCU控制器、组网电路以及电源模块；

其中，所述电机一方面通过所述编码器连接所述MCU控制器，另一方面通过所述电机驱动板连接所述MCU控制器；

第二插座依次通过导电滑环、组网电路连接所述MCU控制器；第一插座通过组网电路连接所述MCU控制器；所述电源模块用于向所述MCU控制器、编码器、电机提供电源；

所述MCU控制器用于通过所述电机驱动板驱动所述电机运动，通过所述编码器采集所述电机的当前位置信息；所述限位开关用于限制机械臂的运动位置，所述零位开关用于标定机械臂运动的起始位置；

所述编码器用于将所述电机的运动信息转换为电信号，并将所述电信号发送至所述MCU控制器，从而提供所述电机的当前位置信息；所述电路驱动板提供所述电机的驱动电路。

所述电路驱动板上设置有电机驱动电路；所述电机通过所述电机驱动电路连接所述MCU控制器。

所述第二插座与所述导电滑环之间，所述导电滑环与所述组网电路之间，所述第一插座与所述组网电路之间，所述第一插座与所述电源模块之间以及所述导电滑环与所述电源模块之间通过通信导电线连接。

所述限位开关、所述零位开关、所述电机驱动板、所述电机以及所述编码器的数量为多个；

所述限位开关、所述零位开关、所述电机驱动板、所述电机以及所述编码器一一对应。

所述第一插座连接一电机驱动板；所述第二插座通过导电滑环连接一电机驱动板。

所述第一插座、所述第二插座采用航空插座；所述组网电路采用485组网电路.

本发明提供的＝所述的两自由度通用机械臂关节模块驱动系统的驱动方法，＝包括如下步骤：

步骤S1：限位开关和零位开关将机械臂摆动的限制范围和/或回转的零位标定发送至MCU控制器；

步骤S2：MCU控制器根据机械臂摆动的限制范围和/或回转的零位标定、通过编码器接收到的电机当前位置信息和所述组网电路传递的控制信息，计算分析并输出当前对电机的控制信息，并通过电机驱动板上的驱动电路调制电机的转向和转速。

同时，整个机械臂的动作需要各个关节模块的整体协作，所以各模块之间的信息沟通也可以通过485组网电路实现。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。