基于Robotino机械手设计与应用

3.0 闻远设计 2023-03-11 215 4 15.78KB 4 页免费

侵权投诉

基于 Robotino 机械手设计与应用

　【第四篇】论文题目：基于 Robotino 机械手设计与应用

摘要：移动机器人是机器人学中一个重要的分支, 随着我国经济的发展和自动化水平的不断提

高, 移动机器人的应用越来越广泛, 几乎渗透到所有的领域。与此同时, 传感技术、计算机科

学、人工智能及其他相关学科的迅速发展, 使移动机器人更加智能化, 随着其智能化程度的提高

和成熟, 移动机器人正朝着具有操作能力的方向发展。给移动机器人装配机械手是该领域的一

个研究热点和发展方向。基于 Robotino 的机械手就是搭载在的可以全方位移动的德国 Festo 移

动机器人上, 通过编写移动机器人的程序和手柄无线控制来实现对一定质量物块的抓取, 定位、

转移, 放置功能的机械手臂, 通过平台的移动来扩大机械手的工作空间, 使机械手能以更适合的

姿态执行任务。它具有稳定性、快速性、准确性等优点, 同时具有很强的可操作性, 可用于工业

上对货物的自动搬运、对生产部件的组装等方面, 具有很好的发展前景。

关键词：移动机器人; 机械手臂; STM32; 驱动电机;

　　 1　绪论

1.1 Robotino 移动机器人概述

移动机器人是机器人研究领域中的一个重要分支, 是一种具有环境感知、动态决策、行为规划

与执行等功能的综合系统, 它集合了机械工程、电子工程、传感器技术、自动控制技术以及人

工智能等多种学科的研究成果, Robotino 移动机器人的驱动单元是由三个步进电机和三个可以

全方位移动的万向轮构成的, 使得 Robotino 移动机器人可以向任何方向、任何角度进行移动。

三个步进电机集中在一个坚固的, 激光焊接的不锈钢底盘上, 地盘上装有防碰撞的橡胶保护装置,

Robotino 移动机器人的尺寸是直径 370 毫米, 高度是 210 毫米, 整体为 11 公斤重, 工业级的直流

电动机, 衔接的齿轮以及编码器可以使得移动机器人运行速度高达 10 公里/小时, 两个 12V 的电

池可以供 Robotino 运行时间长达 2个小时。

Robotino 移动机器人的控制部分是基于高性能嵌入式 PC, 它是基于 PC 104 和AMD Geode 处理

器, 一个实时的 Linux 内核。同时它的操作系统, 程序和数据都可以存储在一个可换的紧凑型闪

存卡。Robotino 移动机器人的嵌入式 PC 提供几个不同的接口, 如以太网, 无线 LAN, USB,

RS232, 和VGA 端口, 通过这些接口可以计算机对移动机器人程序的编写, 下载以及控制。同时

Robotino 移动机器人还包括有电气驱动单元、光电传感器单元、电感传感器单元、视觉系统单

元等基础单元, 通过这些基础单元与控制系统地结合, 通过 Robotino View 编程软件实现对机器

人的无线控制, 可以实现 Robotino 移动机器人进行循线、壁障、图像识别、定位等功能。

Robotino 移动机器人共有两个光电传感器 (位于移动机器人底面中部) 、九个红外传感器 (位于

移动机器人侧面) 和两个电感传感器 (位于移动机器底面中部) , 其中光电传感器用于黑色线段的

循线功能, 电感传感器用于金属线的循线功能, 位于机身外侧的红外传感器用于保持距离和保护

作用。Robotino 移动机器人顶部装有陀螺仪, 可以实现机器人的定位功能。

1.2 基于 Robotino 移动机器人机械手的应用

基于 Robotino 的机械手工作流程主要如下:移动机器人开始运行程序后, 移动机器人主控系统根

据编写的程序, 通过步进电机控制万向轮的运动, 实现位置的移动, 移动机器人可以根据要求通

过自身的光电传感器和电感传感器实现对位置的矫正, 当移动机器人到达指定位置后机器人停

止运动, 操作手通过操作遥控器控制步进电动机、直流电动机和舵机的运动实现对物件的抓取

功能, 在机械手移动到接近物件的位置时, 可以将遥控器的精准移动按钮按下, 实现机械手慢速

移动, 提高机械手活动的精准度。当物件抓取成功之后, 操作手通过遥控器给定机器人触发信号,

移动机器人继续执行设定程序, 直到抓完所有的物件, 程序终止。

　　 2　系统硬件结构

2.1 滚珠丝杠

基于 Robotino 的机械手共有X、Y、Z三个轴, 同时将步进电机与滚珠丝杠相连接, 使传动的精

度、效率大大提高。使用三个 1204 滚珠丝杠, 导程为 4mm 转一圈, 精度为 0.001MM, 水平负载

56KG, 垂直负载10KG, 所配步进电动机型号为42BYGH48 长48mm。

2.2 舵机

舵机, 又称伺服电机, 它接收一定的控制信号, 输出一定的角度, 是一种位置伺服的驱动器, 主要

适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统。本系统通过在机械手抓上加入舵机, 可以对

机械手抓旋转的角度进行调整, 可以夹持不同方位的木块。

2.3 直流电动机

直流电动机就是将直流电能转化成为机械能的电动机, 由于直流电动机具有良好的调速性能, 因

此它在电力拖动中得到比较广泛的应用。本系统通过直流电机来控制机械手的加紧和放松。

2.4 i�进电动机

步进电动机又称为脉冲电动机或阶跃电动机, 国外一般称为Step motor 或Stepping motor、Pulse

motor、Stepper servo、Stepper 等等。

本系统所选用的步进电动机型号为BS42HB33-01 1.8°, 高33mm。步进电动机与滚珠丝杠的进

行连接, 通过 STM32 单片机控制步进电动机的运动, 再带动滚珠丝杠运动, 使机械手臂可以在 X

轴、Y轴、Z轴全方位移动。在步进电机前方装有限位开关, 可以避免滚珠丝杠到达极限位置对

步进电动机造成的损害, 提高了系统的安全性和可靠性。

2.5 机械抓手

基于 Robotino 机械抓手工作原理:驱动电机经过联轴器带动机械结构运动, 带动抓手张合, 实现

夹持物体。本设计的机械手共有三个不同的部位可以进行抓放动作, 分别适用于对不同宽度、

长度的物体的抓放。在机械抓手的抓取部位分别贴有橡胶皮, 可以增强摩擦力, 防止物体在抓取

过程中由于抓取不牢而产生的意外, 避免了不稳定的因素, 有利于提高机械抓手的稳定性。

　　 3　系统电路设计

本系统的电路设计有电源电路、直流电机驱动电路、舵机驱动电路、步进电机驱动电路, 无线

模块电路等, 最核心的是步进电动机驱动电路的设计, 步进电动机不能直接接到交直流电源上工

作, 而必须使用步进电动机驱动器。

M_PWMA+和M_PWMA-信号中间连有非门, 使得 M_PWMA+和M_PWMA-信号为相反的信号,

当M_PWMA+为高电平时 U2 (IR2184) 中LO 输出低电平, HO 输出高电平, MOS 管D7 导通,

D12 关闭, 此时 M_PWMA-为低电平信号, U1 中LO 为高电平, HO 为低电平, MOS 管D6 关闭,

D11 导通形成H桥步进电机开始启动, 同理, 当M_PWMA+为低电平时, U2 (IR2184) 中LO 输出

高电平, HO 输出低电平, MOS 管D7 关闭, D12 导通, 此时 M_PWMA-为高电平信号, U1 中LO 为

低电平, HO 为高电平, MOS 管D6 导通, D11 关闭, 形成H桥。同时该电路通过运算放大器将反

馈的电流值作比较, 起到对驱动电路的保护作用。

　　 4　移动机器人程序设计

Robotino View 是编写 Robotino 移动机器人程序的软件, 通过 Robotino View 编程, 可以实现移动

机器人的动作指令, 同时可以通过信号线接入数字信号输入端或者模拟信号输入端将外部机械

手与移动机器人相结合实现相应的抓取、转移、放置等一系列动作。

Robotino View 采用的是图形化编程, 主程序为是顺序控制, 它通过主程序调用子程序实现程序

的执行, 子程序采用的对是各种不同功能的模块库进行调用, 同时自定义模块还可以实现 C++和

Lua 程序的开发。

文档加载中……请稍候！
如果长时间未打开，您也可以点击刷新试试。

下载文档到电脑，查找使用更方便

免费 4人已下载

立即下载

摘要：

基于Robotino机械手设计与应用　【第四篇】论文题目：基于Robotino机械手设计与应用摘要：移动机器人是机器人学中一个重要的分支,随着我国经济的发展和自动化水平的不断提高,移动机器人的应用越来越广泛,几乎渗透到所有的领域。与此同时,传感技术、计算机科学、人工智能及其他相关学科的迅速发展,使移动机器人更加智能化,随着其智能化程度的提高和成熟,移动机器人正朝着具有操作能力的方向发展。给移动机器人装配机械手是该领域的一个研究热点和发展方向。基于Robotino的机械手就是搭载在的可以全方位移动的德国Festo移动机器人上,通过编写移动机器人的程序和手柄无线控制来实现对一定质量物块的抓取,定位...

展开>> 收起<<

基于Robotino机械手设计与应用.docx

共4页,预览2页

还剩页未读，继续阅读

基于Robotino机械手设计与应用

相关推荐

开通VIP享超值会员特权

作者详情

相关内容

推荐作者

热门标签

举报选择: