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一種學(xué)習型多自由度機械臂以及其控制方法與流程

文檔序號:12332511閱讀:1238來源:國知局
一種學(xué)習型多自由度機械臂以及其控制方法與流程

本發(fā)明屬于自動化技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種學(xué)習型多自由度機械臂的研究。



背景技術(shù):

工業(yè)機器人(機械臂)作為目前已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的重要裝備,推動工業(yè)自動化以及先進制造技術(shù)的發(fā)展。目前,工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、機械制造、航空航天等各大領(lǐng)域,在需要大量重復(fù)勞動以及高精度操作的領(lǐng)域已逐步替代了傳統(tǒng)工人的角色。除了在工業(yè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用外,機械臂也逐漸進入到民用領(lǐng)域。已有眾多型號的桌面機械臂平臺進入到我們的視野。桌面機械臂平臺可以完成簡單的物品搬運、零件裝配、實驗操作等工作,當精度足夠滿足要求時,可以完成3D打印以及激光雕刻等操作。未來桌面型機械臂必然將會成為人們?nèi)粘I畹闹匾帧?/p>



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的通過簡單快捷的方式幫助桌面機械臂掌握整套復(fù)雜動作,并能實現(xiàn)動作的重復(fù)操作。采用該機械臂平臺避免了編程控制方式對于操作者專業(yè)知識和技能的較高要求。也不需要操作者始終操縱遙控器來控制機械臂完成每一個動作。當完成對機械臂的教化之后,機械臂平臺便能反復(fù)重復(fù)該動作。

為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種學(xué)習型多自由度機械臂,包括上臂、下臂、機械手、控制器和遙控手柄,所述上臂、下臂和機械手的關(guān)節(jié)采用七個模擬舵機作為驅(qū)動器件,所述控制器包括微處理單元、EEPROM存儲單元、遙控信號接收單元和電源單元,所述EEPROM存儲單元與微處理單元連接,所述遙控信號接收單元與微處理單元連接,所述七個模擬舵機與微處理單元連接,所述電源單元給EEPROM存儲單元、微處理單元、遙控信號接收單元和七個模擬舵機供電。

進一步地,所述微處理單元采用MSP430F5529型號的單片機。

進一步地,所述EEPROM存儲單元采用型號為AT24C256的EEPROM存儲器。

一種機械臂的教化方法,用于控制權(quán)利要求2所述的學(xué)習型多自由度機械臂完成規(guī)定的動作,包括如下步驟:

(1)所述機械臂初始化,所述控制器負責接收來自遙控手柄的控制命令,并根據(jù)控制命令產(chǎn)生七路PWM波信號用于控制七個舵機的旋轉(zhuǎn)角度,以控制機械臂完成規(guī)定動作;所述控制器采用固定周期方式對七個舵機的旋轉(zhuǎn)角度進行采樣,先將數(shù)據(jù)記錄在單片機的隨機存取存儲器中;

(2)當機械臂的動作達到規(guī)定動作的要求時,所述遙控手柄發(fā)出控制指令控制單片機將存放在隨機存取存儲器中的數(shù)據(jù)寫入到EEPROM存儲單元中長期保存,執(zhí)行步驟(3);當機械臂的動作沒有達到規(guī)定動作的要求時,所述遙控手柄發(fā)出初始化控制指令,所述單片機控制機械臂初始化,執(zhí)行步驟(1);

(3)當需要回放該動作時,所述遙控手柄發(fā)出回放控制指令,所述單片機再將數(shù)據(jù)從EEPROM存儲單元讀入隨機存取存儲器中并按照數(shù)據(jù)中的旋轉(zhuǎn)角度信息控制機械臂以一定的速率復(fù)現(xiàn)整套動作,如果不需要回放該動作,則單片機控制機械臂初始化。

進一步地,步驟(3) 所述控制器根據(jù)回放速度要求設(shè)定回放速度,確保動作完成的速度和精度要求。

一種機械臂的控制方法,所述遙控手柄發(fā)出工作模式控制指令,所述控制器接收指令并執(zhí)行相應(yīng)的工作模式,所述機械臂的工作模式包括遙控工作模式、簡單動作學(xué)習模式和復(fù)雜動作學(xué)習模式;在遙控工作模式下,通過遙控手柄無線遙控單片機控制機械臂以完成規(guī)定的動作;在簡單動作學(xué)習模式下,通過機械臂的教化方法,以控制機械臂完成規(guī)定動作且可進行復(fù)現(xiàn);在復(fù)雜動作學(xué)習模式下,將復(fù)雜動作分解為若干段簡單動作,再依據(jù)機械臂的教化方法來完成每段簡單動作,最后將各段簡單動作的旋轉(zhuǎn)角度信息按序存儲在EEPROM存儲單元中,所述控制器按序讀取每段旋轉(zhuǎn)角度信息以進行復(fù)雜動作的復(fù)現(xiàn)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是簡化了操作難度無需進行復(fù)雜的編程操作;可以反復(fù)通過遙控方式低速教化機械臂完成操作任務(wù);能采用全速方式回放整套完整動作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中的學(xué)習型多自由度機械臂的結(jié)構(gòu)圖;

圖2是本發(fā)明中的控制器的原理結(jié)構(gòu)示意圖;

圖3是本發(fā)明中的控制器的實施例電路連接圖;

圖4是本發(fā)明中的EEPROM存儲單元的實施例電路連接圖;

圖5是本發(fā)明中機械臂的教化方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做進一步說明,以使更能理解本發(fā)明的創(chuàng)造點所在。

實施例1 如圖1所示,一種學(xué)習型多自由度機械臂,包括上臂、下臂、機械手、控制器和遙控手柄,所述上臂、下臂和機械手的關(guān)節(jié)采用七個模擬舵機作為驅(qū)動器件(此特征為現(xiàn)有技術(shù),本領(lǐng)域人員很容易得到上臂、下臂和機械手配合關(guān)系),如圖2所示,所述控制器包括微處理單元、EEPROM存儲單元、遙控信號接收單元和電源單元,所述EEPROM存儲單元與微處理單元連接,所述遙控信號接收單元與微處理單元連接,所述七個模擬舵機與微處理單元連接,所述電源單元給EEPROM存儲單元、微處理單元、遙控信號接收單元和七個模擬舵機供電。優(yōu)選地,如圖3所示,所述微處理單元采用MSP430F5529型號的單片機;所述EEPROM存儲單元采用型號為AT24C256的EEPROM存儲器,該單片機的4個IO口(P6.0、P6.1、P6.2、P6.3)與遙控信號接收單元的相應(yīng)管腳進行連接,該組端口完成遙控數(shù)據(jù)的接收任務(wù);該單片機的七個IO口(P1.2、P1.5、P1.3、P1.4、P2.0、P2.4、P2.5)均為單片機定時器輸出端,與機械臂的七個舵機數(shù)據(jù)端口相連接,提供相應(yīng)的PWM波信號用于控制舵機完成旋轉(zhuǎn)動作;該單片機的2個IO口(P3.0、P3.1)均為單片機I2C通信端口,分別與EEPROM存儲單元(型號為AT24C256的EEPROM存儲器)的數(shù)據(jù)端口(SDA)和時鐘端口(SCL)相連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作。如圖4所示,型號為AT24C256的EEPROM存儲器的地址端口(A1,A0)和寫保護端口(WP)均接地,因此存儲器的I2C地址為“00”,取消了寫保護操作,分別將VCC、SCL、SDA和GND引出到接線端口P0,與單片機進行連接,為EEPROM存儲器供電并實現(xiàn)I2C通信。

如圖5所示,一種機械臂的教化方法,用于控制實施例1中的學(xué)習型多自由度機械臂完成規(guī)定的動作,包括如下步驟:

(1)所述機械臂初始化,所述控制器負責接收來自遙控手柄的控制命令,并根據(jù)控制命令產(chǎn)生七路PWM波信號用于控制七個舵機的旋轉(zhuǎn)角度,以控制機械臂完成規(guī)定動作;所述控制器采用固定周期(100ms)方式對七個舵機的旋轉(zhuǎn)角度進行采樣,先將數(shù)據(jù)記錄在單片機的隨機存取存儲器的相應(yīng)的二維數(shù)組中;

(2)當機械臂的動作達到規(guī)定動作的要求時,所述遙控手柄發(fā)出控制指令控制單片機將存放在隨機存取存儲器的相應(yīng)的二維數(shù)組中的數(shù)據(jù)寫入到EEPROM存儲單元中長期保存,執(zhí)行步驟(3);當機械臂的動作沒有達到規(guī)定動作的要求時,所述遙控手柄發(fā)出初始化控制指令,所述單片機控制機械臂初始化,執(zhí)行步驟(1);

(3)當需要回放該動作時,所述遙控手柄發(fā)出回放控制指令,所述單片機再將數(shù)據(jù)從EEPROM存儲單元讀入隨機存取存儲器的相應(yīng)的二維數(shù)組中并按照二維數(shù)組中的旋轉(zhuǎn)角度信息控制機械臂以一定的速率復(fù)現(xiàn)整套動作,如全速(50ms),如果不需要回放該動作,則單片機控制機械臂初始化。

優(yōu)選地,步驟(1) 所述遙控操作過程中,采用低速方式,以使機械臂每個動作都有充裕的時間去完成,保證了動作的精度要求。

優(yōu)選地,步驟(3) 所述控制器根據(jù)回放速度要求設(shè)定回放速度,確保動作完成的速度和精度要求。

實施例2 一種機械臂的控制方法,基于上述機械臂的教化方法,所述遙控手柄發(fā)出工作模式控制指令,所述控制器接收指令并執(zhí)行相應(yīng)的工作模式,所述機械臂的工作模式包括遙控工作模式、簡單動作學(xué)習模式和復(fù)雜動作學(xué)習模式;在遙控工作模式下,通過遙控手柄無線遙控單片機控制機械臂以完成規(guī)定的動作;在簡單動作學(xué)習模式下,通過機械臂的教化方法,以控制機械臂完成規(guī)定動作且可進行復(fù)現(xiàn);在復(fù)雜動作學(xué)習模式下,將復(fù)雜動作分解為若干段簡單動作,再依據(jù)機械臂的教化方法來完成每段簡單動作,最后將各段簡單動作的旋轉(zhuǎn)角度信息按序存儲在EEPROM存儲單元中,所述控制器按序讀取每段旋轉(zhuǎn)角度信息以進行復(fù)雜動作的復(fù)現(xiàn)。

本發(fā)明中所述具體實施案例僅為本發(fā)明的較佳實施案例而已,并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾,都應(yīng)作為本發(fā)明的技術(shù)范疇。

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