文档文库
手机版
投诉建议
热门搜索： 心得体会 演讲稿 思想汇报
首页 > 危险品处理机器人机械手控制系统设计

危险品处理机器人机械手控制系统设计

发布时间：   来源：文档文库   
小 中 大
字号：
手机查看
机器人技术
文章编号:1008-0570(201007-2-0198-02
《微计算机信息》(嵌入式与SOC2010年第26卷第7-2期
危险品处理机器人机械手控制系统设计
Designoftheammunitiondangerousgoodshandlingrobot’ManipulatorControlSystem
(合肥工业大学
万文斌钱园园
WANWen-binQIANYuan-yuan
摘要:本文首先简要介绍了危险品处理机器人的作用,机械手的结构形式,着重从控制系统、硬件设计和软件设计3个方面
介绍了危险品处理机器人机械手控制系统的设计与实现。最后给出了实验测得的机械手的各项技术指标。关键词:机械手;控制;硬件;软件中图分类号:TP242.3文献标识码:A
技术创新
Abstract:ThepaperintroducesthefunctionofEODrobotandthemanipulator’sstructure.Then,introducesthedesignandrealiza-tionoftheammunition,dangerousgoodshandlingrobot’manipulatorcontrolsystemthroughcontrolsystem,hardwaredesignandsoft-waredesignindetail.Atlastitgivesthetechnologyperformancesofthemanipulator’experimentresult.Keywords:manipulator;control;hardware;software
1系统概述
危险品处理机器人是用于危险弹药(一般在野外夹持、拔出、搬运和放置作业,并可携带和放置的装置。该项目的完成将解决长期困扰我军的事故炮弹、战争遗留弹等危险弹药安全处理问题
机械手是危险品处理机器人操作过程中直接与弹药接触的重要部件,主要用于执行对危险弹药的夹持、拆除、搬运和放置作业,机械手工作的稳定性直接决定着弹药处理的成功率,因此机械手的设计至关重要。
腰身,大小臂液压回路有压力传感器保护。油压有稳定装置。
2.控制系统
机械手操作可在视觉传感器及控制系统的指示、控制下进行粗定位,操作人员能够凭电视图像进行准确定位、夹持等动作控制。摄像机安装在机器人车前端以及机械手腕上,以提供环境及操作对象的立体图像和近距离图像。
机械手控制系统由总控制器、液压控制器、伺服控制器组成,各控制器的控制芯片为2407DSP。总控制器通过RS232总线接收遥控端指令,通过can总线分配任务给液压和伺服控制器控制机械手各执行机构动作。机械手运动分单轴动和联动:单轴动是接收上位机发送的的步进指令;联动是接收上位机发送的空间位置,通过运动学计算,转换成机械手在其机座坐标系的坐标,将机械手运动、调整到指定位置和姿态,同时要解决机械手运动与抓取物周围环境的干涉。
机械手控制系统方框图见图1。
2机械手
1.结构形式
为保证作业的灵活性,机械手设计为由腰身、大臂、小臂、手爪组成,共具有3个关节(腰身-大臂、大臂-小臂、小臂-手爪7个自由度(腰身1dof,大臂1dof,小臂1dof,手腕4dof。其中:
腰身———1自由度,做旋转运动。固定安装在机器人车底盘上,以车体正前方为基准,可分别向左右旋转约135°(具体可旋转角度应参考车体驾驶控制室位置确定,以避免机械手向后方旋转时碰到驾驶控制室或其它物体,两端各有限位装置以避免自体碰撞。由液压控制运动,在底部装有电位计反馈准确位置以保证控制精度。
大臂、小臂———各1自由度,分别相对于前一级关节做上下运动。以车体水平面为基准,大臂可向上运动45°、向下运动30°,小臂可向上运动25°、向下运动60°。由液压控制运动,用电位计回馈,保证关节位置准确。
手爪———4自由度,分别做上下摆动、旋转、伸缩、夹持运动。以小臂延长线为基准,手爪可上下摆动±90°,又可以小臂为基准轴旋转±180°,伸1米,均采用伺服电机提供动力,通过减速箱减速保证功率需求,由伺服电机控制器控制。有编码盘反馈,保证位置准确。
万文斌:副教授硕士生导师
-198-360元/年邮局订阅号：82-946
图1机械手控制系统方框图
机械手的手动控制方式如下:遥控端控制面板上有伺服电机控制和液压控制按钮,和两个摇杆,摇杆有上下左右4个方向,当按下伺服电机控制按钮后第一个摇杆的上下方向控制旋转自由度的伺服电机,上左转,下右转,同时A\D采样可采到摇杆的推动幅度来控制输出电压,从而控制伺服电机转速,同理第一
《现场总线技术应用200例》

您的论文得到两院院士关注
个摇杆的左右方向和第二摇杆的两对方向控制另外三个伺服电机,当按下液压按钮时液压油泵和阀开关打开,同时两个摇杆有三对方向分别控制液压的旋转、大臂、小臂的工作,在每个自由度上都装有限位开关,限制各动作幅度。
机器人技术
由于一个伺服电机控制器需要控制4台伺服电机,所以码盘信号使用74153芯片选择输入,同时码盘的每路信号都有正负两根线通过运放放大后再到74153选择后输入DSP,码盘选择电路见图4:
3.硬件设计
机械手的三块控制器的控制芯片都为2407DSP,虽然三块控制器实现的功能不同,但在硬件电路设计时按照DSP管脚的功能,设计外围电路如下:
(1PWM管脚:DSP的每个事件管理器都有与比较单元相
关的PWM电路,能够产生六路带可编程死区和输出极性的
PWM输出,但是都是成对输出的,对于本控制器需要的独立的
输出,每个事件管理器只有3路,一个DSP有两个事件管理器,可以独立的输出6路PWM波。液压控制器需要6路PWM波驱动电业比例阀,而伺服电机控制器需要4路0-5V的加速器信号调节电机转速,在设计电路时将这两种电路设计在一起,并制成印刷电路板,焊板时按每块板的功能焊接即可,液压控制器需要输出PWM波形,芯片用LM393做比较器,此时电阻R19和电容C71不焊即可,但要有R21上拉电阻,R17和R18将2脚电压分在1.7V左右比较合适。伺服控制器需要输出0-5V电压芯片用LM2904做运放用,焊电阻R19和电容C17不用MOS管、
图4码盘选择电路
其中W/R#/IOPC0为使能信号,XINT1/IOPA2和XINT2/AD-
CSOC/IOPDO构成选择信号,74153通过选择信号的选择码选
择一对信号从7脚和9脚输出给DSP。
其他硬件电路设计包括电源、串口、CAN总线和DSP外围接线等都是典型的设计。
4.软件设计
机械手控制的三块控制器之间的DSP通过CAN总线进行通信。总体设计思想是使用一块DSP作为总控制器通过RS232总线接收遥控端的指令,并通过CAN总线将相应的指令发送给液压、伺服控制器中的DSP,从而实现其控制。
液压控制系统用于控制回转平台的旋转以及大臂、小臂的升降。该系统通过一块DSP的CAN模块接收总控制器发出的指令,并根据接收到的指令产生相应的6路PWM信号以控制电液比例阀的6路输出。其中每两路控制一个动作的两个方向,有3路I\O口控制继电器的开关来控制泵,溢流阀,以及电源的开关,同时将位置传感器的回馈信号经过A/D采样返回给DSP,
R21和外接电源,也不用焊R17,直接将DSP输出0-3.3V电压
放大到0-5V输出。PWM/电压输出电路图见图2:
技术创新
图2PWM/电压输出电路
进行的死循环控制。
伺服电机控制系统用于控制伸缩臂的伸缩,手爪的旋转、俯仰以及夹持操作。该控制器通过CAN总线接收总控制器指令并根据指令控制两路独立的PWM输出,通过硬件电路转化成
(2I\O口:DSP的数字I/O口模块具有控制专用I/O和复用
引脚的功能,可以输出和输入高低电平信号,根据其功能将其设计成开关量输出,输入,并用其控制继电器,作为遥控的开关。开关量输入只要用电阻分压即可,开关量输出使用光耦隔离,本设计用的光耦是PC817,比较适合DSP使用。当DSP输出高电平时继电器吸合,CNETA1和CNETA2两脚导通。继电器电路图见图3:
0-5V输出,作为加速信号,通过I\O口控制电机的电源以及换
向。通过码盘和转角传感器的回馈信号经过A/D采样返回给
DSP,从而实现了相应的死循环。
3结束语
整个机器人车现在已完成,经过一个月的安装调试,机械手完全符合设计要求,达到如下技术指标:
最大作业幅度约2.5m;最大作业深度:地下1m;
最大作业幅度下夹持提升力≤80kg;最大夹持弹药直径160mm;
目前国内还没有这种专业的处理危险品的机器人批量生
图3继电器电路图
产,本产品的成功完成为将来的批量生产奠定了坚实的基础,市场潜力巨大。
本论文创新点:硬件设计将所有控制器电路都设计在同一块电路板上,使用时按控制器作用焊接元件,显著提高工作效率。也有利于将来的批量生产。
(3QEP电路:DSP的每个时间管理器都有一个正交编码器
脉冲(QEP电路。当QEP电路被使能时可以对CAP1/QEP1和
CAP2/QEP2(对于EVA模块引脚上的正交编码输入脉冲进行
解码和计数。正交编码脉冲电路可用于连接光电编码器以获得旋转机械的位置和速率。伺服电机控制器需要使用QEP电路,
(下转第197页
邮局订阅号：82-946360元/年-199-
《PLC技术应用200例》

您的论文得到两院院士关注
两端的电压的变化,实现正转反转。通过合理有效的反转制动有助于提高赛车在赛道上的行驶效率。
机器人技术
参赛小车能够快速准确的寻线行驶,达到了设计目的,实现了预期功能。
本文作者创新点:采用斜率加单行处理的方法:直线部分通过图像中固定一行信息来确定黑线位置,实现直线微调,其他部分都由黑线斜率变化来控制。
1.5速度反馈模块
速度反馈模块由与驱动轮同轴的码盘和对射型光电传感器组成,一端的光电管定时发出光,另一端光敏管接受通过码盘的光电脉冲,由单片机计数间接求得赛车的速度值。
2软件系统设计
程序流程图如图2所示。程序采用了模块化的方法,包括:初始化模块,中断模块,图像综合处理模块,舵机和电机执行模块。中断子程序只负责提取图像中的信息,黑线提取、赛道分析、速度控制等复杂处理则放在主程序中处理。
3控制策略
3.1黑线提取
数字摄像头采集到的数据黑白分明,黑线处的灰度值一般在10左右,但由于摄像头采集的数据都存在噪声,因此只有连续两个像素点的灰度值都是10左右的才被定为实际的黑点信息,然后再通过对一行中所有黑点横坐标取平均值,得到的就是该行的黑线中心点横坐标。
参考文献
[1]葛亚明,刘涛,王宗义.视频同步分离芯片LM1881及其应用[J].应用科技,2004,31(9:20—22.
[2]王威.HCS12微控制器原理及应用[M].北京航空航天大学出版社,2007,11-2.
[3]支高英,郭文成等.智能车辆导航中道路图像的处理[J].微计算机信息.2009,5-3:297-299.
—挑战“飞思卡尔”杯[M].[4]卓晴,黄开胜,邵贝贝.学做智能车——
北京航空航天大学出版社,2007,03:18.
[5]万永伦,丁杰雄.一种机器人寻线控制系统[J].电子科技大学学报,2003,32(1:47—50.
作者简介:毛堃(1988-,男,汉族,浙江江山人,工学学士,北京林业大学工学院;樊月珍(通信作者,(1973-,女,山西介休人,工学博士,讲师,北京林业大学工学院。
Biography:MAOKun(1988-,male,Han,ZhejiangProvince,bachelordegree,CollegeofEngineering,BeijingForestryUniver.(100083北京北京林业大学工学院毛堃樊月珍钱桦
刘桂林
(InstituteofTechnology,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,ChinaMAOKunFANYue-zhenQIANHuaLIUGui-lin
通讯地址:(100083北京林业大学工学院8#信箱樊月珍
(收稿日期:2009.09.10(修稿日期:2009.12.10
技术创新
图2程序流程图
3.2赛道分析及转向控制
赛道分直线、S型弯、普通弯和十字交叉线。通过十字交叉线时,依照上述的黑线提取法对十字横向黑线所在行的黑线中点坐标进行计算;转向控制的核心思想是采用黑线最远中心点和黑线最近中心点连线的斜率来判断赛道的大致变化趋势,从而实现提前转向,实验表明这种处理方式执行效率很高,寻线效果也比较理想;通过直线部分时,采用光电组的单行处理的方法,即通过图像中固定一行的信息来确定黑线位置,从而对小车在直线小偏差时进行微调;对于S型弯道,则直接走近似直线的最优路线从而实现快速通过。S型弯和直线部分的斜率都趋近于90度,区分的方法是采用取特殊点来判断,如果两个特殊点横坐标近似相等,则是直线,如果相差很大,则是S型弯道,如图3赛道示意图所示。虚线代表特殊点所在行,红线代表最远黑线中心
点和最近黑线中心点连线。
图3赛道示意图
4结束语
按照本队的系统方案,在完整组装好智能车后,通过调试,该
(上接第199页参考文献
[1]宋吉来,俞建成等.轮桨腿一体化两栖机器人控制系统设计[J].微计算机信息.2009,2-2:p208-210
开发[2]张毅刚,赵光权,孙宁等.TMS320LF240X系列DSP原理、
与应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2006
[3]熊新民,曹毅等.智能机器人运动关节集成驱动控制器研究[J].微计算机信息.2009,2-2:p223-224
[4]高峰,冯培恩,高宇,周波,张强.挖掘机器人液压传动的伺服控制策略.液压与气动,2002
[5]廖万辉,李琳等.基于机器视觉的工业机器人定位系统[J].微计算机信息.2009,3-2:p242-244
作者简介:万文斌(1952-,男(汉族,湖北武汉人,合肥工业大学副教授,硕士生导师,研究方向:电力电子与电力传动;钱园园(1984-,男(汉族,安徽无为人,合肥工业大学电力电子专业在读硕士研究生,研究方向:电力电子与电力传动。
Biography:WANWen-bin(1952-,male(Hannationality,Hubeiwuhanperson,associateprofessorofHeFeiuniversityoftechnol-ogy,tutorforgraduate,researchinterests:PowerElectronicsandDrives.
(230009合肥合肥工业大学电气学院万文斌钱园园
(HeFeiuniversityoftechnology,ElectricalCollegehefei230009,ChinaWANWen-binQIANYuan-yuan
通讯地址:(230088安徽省合肥市高新技术开发区银杏路西段106号安徽英科智控股份有限公司钱园园
(收稿日期:2009.08.10(修稿日期:2009.11.10
《PLC技术应用200例》
邮局订阅号：82-946360元/年-197-

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/104e770bbb68a98271fefab6.html

《危险品处理机器人机械手控制系统设计.doc》
将本文的Word文档下载到电脑，方便收藏和打印
推荐度：
点击下载文档

文档为doc格式
相
关
案
例

相关推荐

推荐内容

2013新疆维吾尔自治区教师资格证考试《综合素质》考试题库 如期分期、小赢卡贷、卡卡贷在还信用卡方面的区别 变性夫妻 三年磨一“箭”:“朱雀二号”蓄势待发 奥氮平、氯氮平、米氮平的区别 法制副校长授课内容一 火人科技EOA产品渠道代理商销售政策 湖北省高速公路清障施救收费项目、收费标准 湖北省高速公路清障施救收费项目、收费标准 班主任工作漫谈2000字
网站内容来自网络，如有侵权请联系我们，立即删除！ Copyright © 范文写作网京ICP备16605803号