一种六自由度机械臂示教器的制作方法

本实用新型涉及控制领域，特别是涉及一种六自由度机械臂示教器。

背景技术：

工业机器人在现在的社会里，机器人的运用范围越来越广泛，特别是在生产线上使用居多。工业机器人由机器人主体、控制器和示教器三个基本部分组成。主体即机座和执行机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度；控制器包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；示教器是按照输入的程序对控制器和执行机构发出指令信号的装置。

现有的机械臂示教器大多使用嵌入式系统作为示教器的核心，用于操作界面、信息记录以及与控制器通讯。示教器与控制器通过高速串口或网络协议通信，由控制器进行运动信号的运算并产生驱动信号驱动电机。本装置使用MCU作为主控芯片，兼顾示教器和控制器的功能，硬件结构简单。传统示教器在控制方面具有控制精度不够准确，硬件结构复杂等问题。因此，需要设计出一种控制更加简单、控制精度更高，更容易示教的示教器。

技术实现要素：

本实用新型提供一种六自由度机械臂示教器装置，解决现有机械臂示教和运动麻烦的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决上述问题：

一种六自由度机械臂示教器，包括液晶触摸屏、STM32最小系统、FLASH存储电路、电源电路；

所述液晶触摸屏与STM32最小系统连接；所述机STM32最小系统的输出端与机械臂舵机驱动电路连接；所述FLASH电路与STM32最小系统连接；所述电源电路的输出端分别与STM32最小系统和机械臂舵机驱动电路连接供电；

所述机械臂驱动系统由若干个舵机构成。

上述方案中，优选的是机械臂驱动系统中舵机的个数为6个，舵机包括壳体，壳体内设置有电机、减速齿轮组、舵机输出轴和电位计；电机的输入端与STM32最小系统连接；电机的输出端与减速齿轮组连接；减速齿轮组的输出端与舵机输出轴连接；舵机输出轴的输出端与机械臂主体的关节连接；电位计的采集端与舵机输出轴连接。

上述方案中，优选的是机械臂主体包括手抓、手抓张合关节、手腕、手腕扭转关节、手腕弯曲关节、小臂、小臂扭转关节、大臂、大臂扭转关节、腰部、腰部旋转关节和底盘；底盘通过腰部旋转关节与腰部连接；腰部通过大臂扭转关节与大臂连接；大臂通过小臂扭转关节与小臂连接；小臂通过手腕弯曲关节和手腕扭转关节与手腕连接；手腕通过手抓张合关节与手抓连接。

上述方案中，优选的是电源电路包括线性电源电路和开关电源电路，所述线性电源电路的输出端与STM32最小系统连接供电；所述开关电源电路的输出端与机械臂驱动系统连接供电。

上述方案中，优选的是STM32最小系统包括晶振电路、复位电路、JTAG下载电路和处理器；所述晶振电路、复位电路和JTAG下载电路均与处理器连接。

上述方案中，优选的是处理器为STM32系列的单片机芯片。

上述方案中，优选的是显示屏为电容触摸屏，所述电容触摸屏为具有输入中文功能的4.3寸电容触摸屏。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型采用4.3寸电容触摸屏，使用汉字按钮作为交流的媒介，对示教功能、运动功能和掉电保存功能，采用独特的不间断定时器中断法替代传统延时控制，MCU效率大大提高；从而可以更加简化机械臂示教器，方便控制。

附图说明

图1为本实用新型结构框图。

图2为本实用新型舵机电控框图。

图3为本实用新型电源电路原理图。

图4为本实用新型处理器原理图。

图5为本实用新型复位电路原理图。

图6为本实用新型JTAG下载电路原理图。

图7为本实用新型显示屏接口电路原理图。

图8为本实用新型FLASH电路原理图。

图9为本实用新型机械臂主体结构示意图。

图中编号：1手抓、2手抓张合关节、3手腕、4手腕扭转关节、5手腕弯曲关节、6小臂、7小臂扭转关节、8大臂、9大臂扭转关节、10腰部、11腰部旋转关节、12底盘。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明。

一种六自由度机械臂示教器，如图1所示，包括显示屏、STM32最小系统、机械臂驱动系统、FLASH电路、机械臂主体、线性电源电路和开关电源电路。线性电源电路的输出端与STM32最小系统连接供电；所述开关电源电路的输出端与机械臂驱动系统连接供电。

如图2所示，为舵机电控框图，控制过程为，通过处理器输出脉宽调制信号，脉宽调制信号经过调解得到直流偏压信号，在经过比较输出给继电器，继电器进一步控制电机正反转，同时继电器采集电机的信号。，根据采集的信号进行回路控制。

机械臂驱动系统的输入端与STM32最小系统连接；机械臂驱动系统由6个舵机构成。舵机包括壳体，壳体内设置有电机、减速齿轮组、舵机输出轴和电位计；电机的输入端与STM32最小系统连接；电机的输出端与减速齿轮组连接；减速齿轮组的输出端与舵机输出轴连接；舵机输出轴的输出端与机械臂主体的关节连接；电位计的采集端与舵机输出轴连接。STM32最小系统控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。电机为有刷电机和无刷电机，减速齿轮组为塑料材料或金属材料制成，输出轴为滑动轴或滚动轴，壳体为塑料或铝合金制成。

如图9所示，机械臂主体包括手抓1、手抓张合关节2、手腕3、手腕扭转关节4、手腕弯曲关节5、小臂6、小臂扭转关节7、大臂8、大臂扭转关节9、腰部10、腰部旋转关节11和底盘12。底盘12通过腰部旋转关节11与腰部10连接。腰部10通过大臂扭转关节9与大臂8连接。大臂8通过小臂扭转关节7与小臂6连接。小臂6通过手腕弯曲关节5和手腕扭转关节4与手腕3连接。手腕3通过手抓张合关节2与手抓1连接。手抓张合关节1、手腕扭转关节4、手腕弯曲关节5、小臂扭转关节7、大臂扭转关节9和腰部旋转关节11出均设置有舵机，由舵机的输出轴控制每个关节运动。

如图3所示，电源电路次处采用开关稳压芯片LM2596稳压到3.3V为单片机系统供电，图中D1是瞬态抑制二极管，是普遍使用的一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力，当外部电压过高时起到保护功能。

如图4所示，处理器使用STM32F103单片机芯片，处理器外围设置有晶振电路，晶振包括提供系统时钟的无源8MHz晶振和提供实时时钟模块的32.768KHz的无源晶振。

如图5所示，复位电路原理图单片机启动时需要复位，使系统各器件处于正确的初始状态。STM32F1复位信号从RESET引脚输入到施密特触发器中，当系统正常工作时，若RESET引脚上有维持2个机器周期以上的高电平，那么单片机将实现复位。手动复位，按下按键时，RESET端为低电平，实现复位。人按下按键的时间在10ms以上，远大于2个机器周期，完全能够满足复位的时间要求。

如图6所示，为JTAG下载电路原理图，这是20针标准JTAG调试口(JTAG)，该JTAG口直接可以和ULINK、JLINK或者STLINK等调试器(仿真器)连接，同时由于STM32支持SWD调试，这个JTAG口也可以用SWD模式来连接。用标准的JTAG调试，需要占用5个I/O口，有些时候，可能造成I/O口不够用，而用SWD则只需要2个I/O口，大大节约了I/O数量，但他们达到的效果是一样的。

如图7所示，显示屏接口电路原理图，TFTLCD模块采用16位的并方式与外部连接，该模块的80并口有如下一些信号线：CS：TFTLCD片选信号。WR：向TFTLCD写入数据。RD：从TFTLCD读取数据。D[15：0]：16位双向数据线。RST：硬复位TFTLCD。RS：命令/数据标志(0，读写命令；1，读写数据)。电容式触摸屏有四根线，分别是：T_PEN(CT_INT)T_CS(CT_RST)、T_CLK(CT_SCL)和T_MOSI(CT_SDA)。其CT_INT,CT_RST,CT_SCL和CT_SDA分别是内部驱动芯片的：中断输出信号、复位信号，IIC的SCL和SDA信号。

如图8所示，为FLASH电路原理图，W25Q128是大容量SPI FLASH产品，W25Q128的容量为128Mb，该系列还有W25Q80/16/32/64等。这里所选择的W25Q128容量为128Mb，也就是16M字节。W25Q128将16M的容量分为256个块(Block)，每个块大小为64K Byte，每个块又分为16个扇区(Sector)，每个扇区4K个Byte。W25Q128的最小擦除单位为一个扇区，每次必须擦除4K Byte。W25Q128的擦写周期多达10W次，具有20年的数据保存期限，支持电压为2.7～3.6V，W25Q128支持标准的SPI，还支持双输出/四输出的SPI，最大SPI时钟可以到80Mhz。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。