一种双工作模式三轴机械手的制作方法

本实用新型涉及一种三轴机械手，属于工业机器人技术领域。

背景技术：

随着信息化社会的不断进步，计算机、网络等技术快速发展，世界正越来越走向智能化，随之而来的是机器人行业的飞速发展，机械手在加工行业中的应用越来越多，机械手作为模拟人手臂的机械结构，可以根据要求完成指定动作，代替人类劳动，完成复杂、危险的作业，它能取代人类的重复机械工作，降低生产成本，提高生产效率。三轴机械手作用在综合加工自动生产线上，可以不间断地开展工作，以降低人力资源和更准确地控制生产节奏，提高生产效率。智能三轴机械手的广泛应用，使其对运行控制的要求得到不断提高，如对物体的准确定位，稳定的安装，焊接等。三轴机械手在实际生产过程要对目标物体精准定位，通过传感器将物体的位置参数等传递给控制中心，然后控制器对电机发出指令，机械臂做出相应的动作，实现机械自动化的过程。但机械手在取代人工生产时，既要保证生产速度，同时也要保证生产过程中的精度和机械灵活性。但是，目前的三轴机械手通常仅在一种工作模式下工作，通过普通单片机无法处理机械手大量的输入数据，难以精密控制伺服电机的加工操作。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种双工作模式三轴机械手，可以根据需要在两种工作模式下选择其中的一种，提高了机械手的灵活度，降低了操作误差。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种双工作模式三轴机械手，包括可选择的独立工作模式和pc+运动控制卡工作模式；

独立工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给dsp，dsp将数据传递给stm32芯片；stm32芯片根据当前运动数据和接收的指令，通过dsp控制伺服电机在x、y、z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动；

pc+运动控制卡工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给插在pc插槽内的运动控制卡，运动控制卡根据当前运动数据和pc接收的指令，控制伺服电机在x、y、z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动。

进一步地，三轴机械手在末端安装三轴加速度计、姿态传感器、速度传感器和磁力计。

进一步地，dsp内部的数据存储器和程序存储器保存预设的控制参数和控制程序。

进一步地，当三轴机械手处于脱机工作状态时，dsp调用数据存储器和程序存储器里预设的控制参数和控制程序，控制伺服电机驱动三轴机械手进行运动。

进一步地，dsp采用pcl6045b。

进一步地，stm32型号为stm32f429。

进一步地，stm32芯片将接收到的指令通过16位i/o总线接口发送给dsp。

进一步地，dsp通过产生脉冲信号控制伺服电机。

进一步地，stm32芯片通过嵌入式操作系统freertos实现网络通信和usb通信。

进一步地，stm32芯片通过网口接入工业局域网。

本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型的双工作模式三轴机械手，可以根据需要在两种工作模式下选择其中的一种，提高了机械手的灵活度，降低了操作误差。

附图说明

图1是本实用新型的三轴机械手控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

为适应不同的工作需求，本实用新型的三轴机械手可以实现两种工作模式：独立工作模式和“pc+运动控制卡”工作模式，如图1所示。

独立工作模式：

以stm32+dsp为核心的控制器控制电机的运动，实现三轴机械手的动作。传感器通过将采集的数据传递给dsp，由dsp根据传感器采集的当前位置分别控制伺服电机在x、y、z方向的运动至预设位置，x、y、z方向的伺服电机之间相互独立，互不影响。stm32通过嵌入式操作系统freertos实现网络通信、usb通信以及人机交互等功能的调度管理。通过人机接口可以实现参数设置；通过网口接入工业局域网实现联网，便于实现多机器人统一协调控制。

本实施例中，dsp采用pcl6045b，其数据处理能力强，运行速度快，最多可控制四轴运动。

stm32具体型号为stm32f429，以armcortex-m4为内核，频率可达180mhz，拥有强大的数字处理器。除此之外，stm32f429还内置3个a/d转换器，24个通道，提高机械手的工作效率。

当stm32f429通过接口接收数据并传递给pcl6045b后，pcl6045b接收数据通过控制程序控制伺服电机移动，并实时监控三轴机械手的运动信号。与此同时，pcl6045b内部的数据存储器和程序存储器保存预设的控制参数和控制程序。当三轴机械手处于脱机工作状态时，pcl6045b调用存储器里预设的控制参数和控制程序，控制伺服电机驱动三轴机械手进行运动，保证脱机状态下三轴机械手的工作精度。

stm32f429将接收到的指令通过16位i/o总线接口向pcl6045b发送，pcl6045b通过产生脉冲信号进而控制伺服电机。将编码器等传感器采集到的信号和其它控制信号传递给pcl6045b，所有接口均采用光耦隔离。pcl6045b控制三轴机械手进行工作，可实现匀速、线形、s形加减速、连续、定长等输出动作。

三轴机械手在末端安装三轴加速度计、姿态传感器、速度传感器和磁力计等，采集三轴机械手的转速、转矩、角速度、加速度、惯量等参数，对机械手的工作情况进行实时监测。

pc+运动控制卡工作模式：

通过pci接口将运动控制卡插入pc插槽，由pc实现人机交互功能，向运动控制卡发送控制指令，运动控制卡根据采集的信息和接受指令分别实现对伺服电机x、y、z轴的运动控制。

运动控制卡核心采用stm32+dsp模式，stm32和dsp与独立工作模式相同，stm32为核心控制器，具有外接网口、人机交互接口和usb接口，dsp通过控制电机来控制三轴机械手的运动。

pci接口采用双口ram作为pc和stm32都可以访问的存储区，一端连接ch365（通过ch365芯片连接pci接口）可以显示其内存空间，另一端连接stm32+dsp芯片，便于随时被访问。在stm32与ch365相互通信时，双口ram可以作为缓冲芯片，提高控制系统的工作效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种双工作模式三轴机械手，其特征是，包括可选择的独立工作模式和pc+运动控制卡工作模式；

独立工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给dsp，dsp将数据传递给stm32芯片；stm32芯片根据当前运动数据和接收的指令，通过dsp控制伺服电机在x、y、z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动；

pc+运动控制卡工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给插在pc插槽内的运动控制卡，运动控制卡根据当前运动数据和pc接收的指令，控制伺服电机在x、y、z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动。

2.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，三轴机械手在末端安装三轴加速度计、姿态传感器、速度传感器和磁力计。

3.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，dsp内部的数据存储器和程序存储器保存预设的控制参数和控制程序。

4.根据权利要求3所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，当三轴机械手处于脱机工作状态时，dsp调用数据存储器和程序存储器里预设的控制参数和控制程序，控制伺服电机驱动三轴机械手进行运动。

5.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，dsp采用pcl6045b。

6.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，stm32型号为stm32f429。

7.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，stm32芯片将接收到的指令通过16位i/o总线接口发送给dsp。

8.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，dsp通过产生脉冲信号控制伺服电机。

9.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，stm32芯片通过嵌入式操作系统freertos实现网络通信和usb通信。

10.根据权利要求1所述的一种双工作模式三轴机械手，其特征是，stm32芯片通过网口接入工业局域网。

技术总结
本实用新型公开了一种双工作模式三轴机械手，包括可选择的独立工作模式和PC+运动控制卡工作模式；独立工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给DSP，DSP将数据传递给STM32芯片；STM32芯片根据当前运动数据和接收的指令，通过DSP控制伺服电机在X、Y、Z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动；PC+运动控制卡工作模式时，传感器通过将采集的三轴机械手的当前运动数据传递给插在PC插槽内的运动控制卡，运动控制卡根据当前运动数据和PC接收的指令，控制伺服电机在X、Y、Z方向移动，由伺服电机驱动三轴机械手运动。该三轴机械手，可以根据需要在两种工作模式下选择其中的一种，提高了机械手的灵活度，降低了操作误差。

技术研发人员：李彦林;陈亚军;张洁;胡明达
受保护的技术使用者：泰州学院
技术研发日：2019.11.06
技术公布日：2020.07.14