機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊晴

機(jī)器人研究已進(jìn)入智能化階段，本文從研究應(yīng)用的角度出發(fā)，通過以PC+運(yùn)動(dòng)控制卡為核心，搭建機(jī)器人的控制系統(tǒng)平臺(tái)，在VC++平臺(tái)下編寫控制程序，設(shè)計(jì)出機(jī)器人。

1 機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)

1.1 機(jī)器人本體

機(jī)器人的本體樣機(jī)如圖1所示，該機(jī)器人主要由固定基座、腰座、腰部、大臂、小臂和手腕組成。腰部機(jī)構(gòu)與基座固定連接，腰部支撐大臂，大臂連接小臂，最終構(gòu)成了機(jī)器人。

機(jī)器人的每個(gè)關(guān)機(jī)都是由RV減速機(jī)、伺服電機(jī)等部件組成，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，RV減速機(jī)以一定的傳動(dòng)比帶動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。各個(gè)關(guān)節(jié)的減速比分別為1：58、1：121、1：121、1：45、1：75和1：75。大臂和小臂在豎直面內(nèi)做俯仰的位置運(yùn)動(dòng)，手腕部分三個(gè)關(guān)節(jié)分別作橫滾、俯仰和偏轉(zhuǎn)等位姿運(yùn)動(dòng)。

1.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成

機(jī)器人控制系統(tǒng)采用PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡開放式控制系統(tǒng)平臺(tái)，上位機(jī)由PC機(jī)（Windows XP操作系統(tǒng)平臺(tái)）組成、下位機(jī)由阿爾泰PCI1040運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)成，采用三洋交流伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)，以及信號(hào)轉(zhuǎn)接板和其他一些控制電路。視覺系統(tǒng)通過德國MTec公司的Halcon軟件進(jìn)行開發(fā)，硬件部分采用德國的Balser型號(hào)為acA250014gm的工業(yè)相機(jī)和日本的camputer鏡頭，通過千兆網(wǎng)卡與PC機(jī)進(jìn)行通訊。其控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 控制系統(tǒng)的控制線路設(shè)計(jì)

機(jī)器人系統(tǒng)的電路部分，主要由主電路、控制信號(hào)接口電路（通過轉(zhuǎn)接板連接）、通訊電路、機(jī)器人本體與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)接口電路、限位開關(guān)電路以及其它輔助部分組成，通過對(duì)以上電路模塊的設(shè)計(jì)，搭建了該機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖3所示。

為了能使機(jī)器人具有模塊化功能，對(duì)六個(gè)伺服電路進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，獨(dú)立控制六個(gè)伺服系統(tǒng)的供電，達(dá)到既能單獨(dú)控制某個(gè)關(guān)節(jié)又能幾個(gè)關(guān)節(jié)一起聯(lián)動(dòng)，其中一個(gè)伺服電路如圖4所示。

機(jī)器人6個(gè)伺服系統(tǒng)的控制方式都選用位置控制方式，控制器通過轉(zhuǎn)接板給交流伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送使能、位置、速度等指令，并采集伺服驅(qū)動(dòng)器的監(jiān)視報(bào)警等信號(hào)。分揀機(jī)器人第一關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)器CN1接口與控制器轉(zhuǎn)接板J1接口的控制信號(hào)接線如圖5所示。

為方便機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)的伺服驅(qū)動(dòng)器與控制器之間信號(hào)的發(fā)送與接收，利用Altium Designer Summer 09軟件設(shè)計(jì)了控制信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板，如圖6所示。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小亭，曹義東，宋科. 基于六自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人的一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2012，07：192-196.

[2] 北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司. PCI1040運(yùn)動(dòng)控制卡硬件使用說明書.

[3] 孫鑫，余安萍. VC++深入詳解[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.