一种三轴机械手臂控制系统的制作方法

本发明涉及机械自动化控制技术领域，具体地，涉及一种三轴机械手臂控制系统。

背景技术：

机器人广泛应用于工业生产过程中，用以从事重型、或高重复性、或特殊环境之生产加工。电子装置之组装生产已在一定程度上使用工业机器人，但随着电子装置等产品或设备向轻薄化发展，例如平板电脑，智能手机等，电子装置中的零组件及零组件之间的间隙也越来越小，这给电子装置加工、组装、检测等增加不少困难。业界常用机器人多为多轴机器人，每个轴通过多个齿轮及减速器啮合实现传动，传动时容易产生振动，且由于齿轮及减速器重量较大，各轴在传动过程中，运动惯性较大，这些因素都限制了这种机器人应用于零组件本身细微或间隙小等场合。另外，由于零组件结构较复杂，且零组件本身细微及可操作之装配空间狭小，例如，在电子装置边框的内壁上点胶或在倾斜孔中安装螺钉等，供机器人伸入的装配安装空间狭小，且伸入的动作难度较高，一般采用的机器人的体积较大，无法伸入狭小空间中作业并做较高难度的动作，因此对工件的局限性较大，应用范围小。

并且现代机器人的构造核心为减速机加底层算法，并通过触摸屏对工业机器人完成控制，有着高速和高精准度的特点，但无论是减速机和控制系统都是国内的技术难题，同时国外的工业机器人售价高昂。

因此，我们用新型的控制系统代替机器人做一些精度低的工作，可以减少生产中的成本，即现阶段迫切需要一种三轴机械手臂控制系统。

技术实现要素：

本发明的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种三轴机械手臂控制系统，该方案通过集成控制电路来控制三轴机械手臂的工作，使三轴机械手臂在三维空间内按照指定命令进行运动，以完成一些人工不能完成的高速和高精度的工作，而不需要再去制作或者购买昂贵的完整机器人，并且，集成芯片技术在现阶段已经非常先进成熟，且集成芯片的造价极其便宜，降低了大量的机械控制的生产成本；并且还可以人工调整控制模式，能满足不同应用场景的要求。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种三轴机械手臂控制系统，其特征在于，包括运动轴，所述运动轴包括第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)和执行机构(4)，所述第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)、执行机构(4)依次连接，所述第一运动轴(1)设置在基座上,所述第二运动轴(2)可沿所述第一运动轴(1)的方向运动，所述第三运动轴(3)可沿所述第二运动轴(2)的方向运动，所述执行机构(4)可沿所述第三运动轴(3)的方向运动，所述执行机构(4)的运动方向相对所述第三运动轴(3)的运动所在的平面正交；

还包括芯片c8051f020、芯片max489/max491、芯片st202/max232、芯片74ls245、芯片ut62256和芯片74hc573；所述芯片c8051f020作为控制核心，用于系统的调试；所述芯片max489/max491与芯片c8051f020连接,用于与rs485与rs422通信；所述芯片st202/max232与芯片c8051f020连接,作为电源转换串口与电源连接；所述芯片ut62256与芯片c8051f020连接,用于扩展静态ram；所述芯片74hc573与芯片c8051f020连接,用于缓存所述芯片c8051f020的调试控制信号；

所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245同步地传输至分别与所述第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)和执行机构(4)对应的驱动电路，所述驱动电路通过对应的伺服电机来同步地分别驱动所述第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)和执行机构(4)运动；所述芯片c8051f020的调试控制信号包括所述执行机构(4)的移动终点的坐标位置数据(x,y,z)和所述执行机构(4)的运动时间数据t；

其中，伺服电机分为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，驱动电路分为第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第一驱动电路时，所述控制电路向所述第一驱动电路发送控制信号，所述第一驱动电路则驱动所述第一伺服电机工作，所述第一伺服电机则带动所述第一运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第二驱动电路时，所述控制电路向所述第二驱动电路发送控制信号，所述第二驱动电路则驱动所述第二伺服电机工作，所述第二伺服电机则带动所述第二运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第三驱动电路时，所述控制电路向所述第三驱动电路发送控制信号，所述第三驱动电路则驱动所述第三伺服电机工作，所述第三伺服电机则带动所述第三运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第四驱动电路时，所述控制电路向所述第四驱动电路发送控制信号，所述第四驱动电路则驱动所述第四伺服电机工作，所述第四伺服电机则带动所述执行机构运动；如此，便可以使所述运动轴在三维空间内按照芯片c8051f020的调试控制命令工作。

进一步的，所述第一运动轴(1)、第二运动轴(2)和第三运动轴(3)分别对应三维空间内的x轴、y轴和z轴，所述执行机构(4)在所述x轴、y轴和z轴方向上可运动的距离相等，所述执行机构(4)在其所处的三维空间内同时在x轴、y轴和z轴方向上运动，也同时在x轴、y轴和z轴方向上停止，当所述执行机构(4)在x轴方向上的运动速度为v，所述执行机构(4)移动终点的坐标位置为(x,y,z)时，所述芯片c8051f020的调试控制信号中的运动时间数据t就等于x/v，所述执行机构(4)在y轴方向上的运动速度为(y/x)*v,所述执行机构(4)在z轴方向上的运动速度为(z/x)*v。

进一步的，在芯片c8051f020中，p20～p27经tlp281光晶体管后外加直流24v电源后输出到out1.0～out1.7，p30～p37经tlp281光晶体管后外加直流24v电源后输出到out2.0～out2.7，in1.0～in1.7经直流24v电源后通过tlp114a光晶体管后输入到p10～p17，in2.0～in2.7经直流24v电源后通过tlp114a光晶体管后输入到p40～p47，in3.0～in3.7经直流24v电源后通过tlp114a光晶体管后输入到p50～p57，ain0.0～ain0.7接芯片mhdr1x10，p64～p71接口连接芯片header20x2。

进一步的，在芯片max489/max491中，ro为信号采集输入口，di驱动输出端，ro和di分别与所述芯片c8051f020的p05和p04连接，且所述芯片c8051f020的485ina和485inb分别连接a和b作为差分信号的输入，所述芯片c8051f020的485outz和485outy分别连接z和y作为差分信号的输出。

进一步的，在芯片st202/max232中，引脚13、引脚14和引脚11分别与所述芯片c8051f020的rxd接口、txd接口和poo接口连接。

进一步的，在芯片74ls245中，dgnd引脚接地，e引脚也接地，a接口分别与驱动电路对应连接，b接口与芯片74ls245的输入端连接。

进一步的，在芯片ut62256中，通过所述芯片c8051f020的p46连接置片选引脚ce，所述芯片c8051f020的p67连接输出使能引脚oe，实现储存器扩展；所述芯片c8051f020的p47连接写入使能信号引脚we，控制芯片ut62256的读写操作。

进一步的，在芯片74hc573中，输入端引脚d0～d7分别连接所述芯片c8051f020的p70～p77，输出端q0～q7分别连接所述芯片c8051f020的a0～a7。

综上，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种三轴机械手臂控制系统适用于工业、农业、产品制造业等。

2、本发明相比于传统的三轴机器人更为简易，较少了复杂的齿轮和减速器等结构，使机械手臂更为小型化，并能灵活实现对细小工件的加工和组装。

3、本发明通过集成控制电路来控制三轴机械手臂的工作，使三轴机械手臂在三维空间内按照指定命令进行运动，以完成一些人工不能完成的高速和高精度的工作，而不需要再去制作或者购买昂贵的完整机器人，并且，集成芯片技术在现阶段已经非常先进成熟，且集成芯片的造价极其便宜，降低了大量的机械控制的生产成本；并且还可以人工调整控制模式，能满足不同应用场景的要求。

附图说明

图1是本发明的芯片c8051f020结构示意图。

图2是本发明的芯片max489/max491结构示意图。

图3是本发明的芯片st202/max232结构示意图。

图4是本发明的芯片74ls245结构示意图。

图5是本发明的芯片ut62256结构示意图。

图6是本发明的芯片74hc573结构示意图。

图7是本发明运动轴结构示意图。

其中，1、第一运动轴，2、第二运动轴，3、第三运动轴，4、执行机构。

具体实施方式

为了解决现有技术中现代机器人的构造核心为减速机加底层算法，并通过触摸屏对工业机器人完成控制，有着高速和高精准度的特点，但无论是减速机和控制系统都是国内的技术难题，同时国外的工业机器人售价高昂的情况，本发明通过集成控制电路来控制三轴机械手臂的工作，使三轴机械手臂在三维空间内按照指定命令进行运动，以完成一些人工不能完成的高速和高精度的工作，而不需要再去制作或者购买昂贵的完整机器人，并且，集成芯片技术在现阶段已经非常先进成熟，且集成芯片的造价极其便宜，降低了大量的机械控制的生产成本；并且还可以人工调整控制模式，能满足不同应用场景的要求。下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此，图中的只是本发明应用的一个示例，对本发明的原理没有本质性的约束。

实施例：

如图1和图7所示，一种三轴机械手臂控制系统，包括运动轴，所述运动轴包括第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)和执行机构(4)，所述第一运动轴(1)、第二运动轴(2)、第三运动轴(3)、执行机构(4)依次连接，所述第一运动轴(1)设置在基座上，且所述第一运动轴(1)可沿基座旋转，所述第二运动轴(2)可沿所述第一运动轴(1)的方向运动，所述第三运动轴(3)可沿所述第二运动轴(2)的方向运动，所述执行机构(4)可沿所述第三运动轴(3)的方向运动，所述执行机构(4)的运动方向相对所述第三运动轴(3)的运动所在的平面正交；

还包括伺服电机、驱动电路、芯片c8051f020、芯片max489/max491、芯片st202/max232、芯片74ls245、芯片ut62256和芯片74hc573；所述芯片c8051f020作为控制核心，用于系统的调试；所述芯片max489/max491与芯片c8051f020连接,用于与rs485与rs422通信；所述芯片st202/max232与芯片c8051f020连接,作为电源转换串口与电源连接；所述芯片ut62256与芯片c8051f020连接,用于扩展静态ram；所述芯片74hc573与芯片c8051f020连接,用于缓存所述芯片c8051f020的调试控制信号，所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至所述驱动电路，所述驱动电路通过所述伺服电机来驱动所述运动轴运动；

其中，伺服电机分为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机，驱动电路分为第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路和第四驱动电路；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第一驱动电路时，所述控制电路向所述第一驱动电路发送控制信号，所述第一驱动电路则驱动所述第一伺服电机工作，所述第一伺服电机则带动所述第一运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第二驱动电路时，所述控制电路向所述第二驱动电路发送控制信号，所述第二驱动电路则驱动所述第二伺服电机工作，所述第二伺服电机则带动所述第二运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第三驱动电路时，所述控制电路向所述第三驱动电路发送控制信号，所述第三驱动电路则驱动所述第三伺服电机工作，所述第三伺服电机则带动所述第三运动轴运动；当所述芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245传输至第四驱动电路时，所述控制电路向所述第四驱动电路发送控制信号，所述第四驱动电路则驱动所述第四伺服电机工作，所述第四伺服电机则带动所述执行机构运动；如此，便可以使所述运动轴在三维空间内按照芯片c8051f020的调试控制命令工作,例如,若第一运动轴可沿基座转动的范围为180度,第二运动轴可沿第一运动轴运动的长度为50cm，第三运动轴可沿第二运动轴运动的长度为50cm，执行机构可沿第三运动轴运动的长度为50cm，当芯片c8051f020的调试控制信号通过所述芯片74ls245同步地输出至驱动电路时，驱动电路通过对应的驱动电机同步地分别驱动对应的第一运动轴、第二运动轴、第三运动轴和执行机构动作，且执行机构在其所处的三维空间内同时在x轴、y轴和z轴方向上运动，也同时在x轴、y轴和z轴方向上停止，若执行机构的移动终点的坐标位置x＝y＝z时，则执行机构在x轴、y轴和z轴方向上的运动速度相同，否则，以执行机构在x轴方向上的运动速度为v，执行机构的移动终点的坐标位置为(x,y,z)，那么执行机构在x轴、y轴和z轴方向上的运动速度分别为v,(y/x)*v和(z/x)*v，这样来保证执行机构(4)在其所处的三维空间内同时在x轴、y轴和z轴方向上运动，也同时在x轴、y轴和z轴方向上停止，以上述方式来完成芯片c8051f020的调试控制信号的调试。

如图2所示，本实施例中，在芯片max489/max491中，ro为信号采集输入口，di驱动输出端，ro和di分别与所述芯片c8051f020的p05和p04连接，且所述芯片c8051f020的485ina和485inb分别连接a和b作为差分信号的输入，所述芯片c8051f020的485outz和485outy分别连接z和y作为差分信号的输出，该端口由外部提供信号，该元件工作在直流5v电源下，具有短路电流限制，通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态，元件输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平。

如图3所示，本实施例中，在芯片st202/max232中，引脚13、引脚14和引脚11分别与所述芯片c8051f020的rxd接口、txd接口和poo接口连接，输入从而转换成rs485或rs232数据，在对外输出时，将rs485或rs232数据转换后输出。

如图4所示，本实施例中，在芯片74ls245中，dgnd引脚接地，e引脚也接地，a接口分别与驱动电路对应连接，b接口与芯片74ls245的输入端连接；用于设备的驱动，可进行数据的双向传输。

如图5所示，本实施例中，在芯片ut62256中，通过所述芯片c8051f020的p46连接置片选引脚ce，所述芯片c8051f020的p67连接输出使能引脚oe，实现储存器扩展；所述芯片c8051f020的p47连接写入使能信号引脚we，控制芯片ut62256的读写操作；其读写操作方式为ce和we输入皆为低电平时，数据通过8个i/o引脚，即i/o0-i/o7写入由地址线a0-a14指定的位置。芯片ut62256被选输出使能、we置高电平，i/o引脚将一直保持高阻抗状态。

如图6所示，本实施例中，还包括芯片74hc573，在芯片74hc573中，输入端引脚d0～d7分别连接所述芯片c8051f020的p70～p77，输出端q0～q7分别连接所述芯片c8051f020的a0～a7作为芯片c8051f020的信号缓存，其中，输入端引脚d0～d7分别连接所述芯片c8051f020的p70～p77，输出端q0～q7分别连接所述芯片c8051f020的a0～a7；p45为高电平时，o随数据d而变。当le为低电平时，o被锁存在已建立的数据电平。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。