一種不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]1、現(xiàn)在市場上的多關(guān)節(jié)機(jī)器人，都采用伺服電機(jī)+減速機(jī)的傳動(dòng)方法，以達(dá)到降低輸出速度提高輸出扭矩的功能。
[0003]2、由于多關(guān)節(jié)機(jī)器人對傳動(dòng)精度要求很高，所以減速機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)誤差必須控制在“Mi”級(jí)范圍內(nèi)。國產(chǎn)的減速機(jī)達(dá)不到這個(gè)水平，滿足不了和多關(guān)節(jié)機(jī)器人配套的要求。
[0004]3、目前國產(chǎn)多關(guān)節(jié)機(jī)器人的傳動(dòng)部件，絕大多數(shù)都采用進(jìn)口的高性能伺服電機(jī)和高精度諧波或RV減速機(jī)，價(jià)格昂貴。兩個(gè)關(guān)鍵部件就占了整個(gè)多關(guān)節(jié)機(jī)器人生產(chǎn)成本的50%。
[0005]4、高性能伺服電機(jī)和高精度減速機(jī)已經(jīng)成了制約國內(nèi)多關(guān)節(jié)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、精度更高的不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，包括電機(jī)、機(jī)械臂，所述的電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸由前軸和后軸組成，該電機(jī)的前軸與機(jī)械臂相連接，電機(jī)的后軸上裝有編碼器，編碼器的信號(hào)輸出線與電子閉環(huán)控制器的信號(hào)輸入接口相連接，電機(jī)的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器的輸入電纜線與電源線相連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的電子閉環(huán)控制器內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)，PIC16F877單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PWM幅度和方向信號(hào)模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機(jī)相連，電機(jī)通過其后軸上所相連的編碼器將反饋信號(hào)傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時(shí)該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接。
[0009]作為優(yōu)選，所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機(jī)的1/0相連。
[0010]作為優(yōu)選，所述的PIC16F877單片機(jī)通過無線通信方式與PC機(jī)相連。
[0011]本發(fā)明的有益效果為:機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)超越了現(xiàn)有市場上所有用伺服電機(jī)+減速機(jī)結(jié)構(gòu)傳動(dòng)的技術(shù)水平，使多關(guān)節(jié)機(jī)器人的傳動(dòng)系統(tǒng)精度達(dá)到一個(gè)新的高度，特別適用于高精度傳動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行工況需要，可廣泛應(yīng)用于汽車、電焊、搬運(yùn)、堆架、機(jī)床、機(jī)械加工、紡織、印染、印刷、包裝、冶金、醫(yī)療、傳動(dòng)等行業(yè)，具有很大的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用市場。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的電機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明的電子閉環(huán)控制器系統(tǒng)和運(yùn)行原理示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明的電子閉環(huán)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及機(jī)械臂示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖中的標(biāo)號(hào)分別為:1、電機(jī);2、編碼器;3、電子閉環(huán)控制器;4、機(jī)械臂；11、前軸；12、后軸。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的介紹:如附圖1至4所示，本發(fā)明包括電機(jī)1、機(jī)械臂4，所述的電機(jī)1的轉(zhuǎn)子軸由前軸11和后軸12組成，該電機(jī)的前軸11與機(jī)械臂4相連接，電機(jī)的后軸12上裝有編碼器2，編碼器2的信號(hào)輸出線與電子閉環(huán)控制器3的信號(hào)輸入接口相連接，電機(jī)1的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器3的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器3的輸入電纜線與電源線相連接。
[0018]所述的電機(jī)1為低速大轉(zhuǎn)矩伺服電機(jī)，該電機(jī)1的特點(diǎn)在于:既具有高性能伺服電機(jī)的響應(yīng)快、恒轉(zhuǎn)矩、控制精度高、過載能力強(qiáng)、運(yùn)行速度穩(wěn)的特點(diǎn)，又具有諧波和RV減速機(jī)那種轉(zhuǎn)速低、扭矩大、傳動(dòng)精密的特點(diǎn)，可以滿足機(jī)器人多關(guān)節(jié)手臂運(yùn)動(dòng)的特定工況需要，簡化和替代傳統(tǒng)機(jī)器人多關(guān)節(jié)用的高性能伺服電機(jī)+精密減速機(jī)的傳動(dòng)方式。
[0019]電子閉環(huán)控制器3內(nèi)裝有多關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的傳動(dòng)程序，電子閉環(huán)控制器3可存儲(chǔ)控制程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)，可驅(qū)動(dòng)和控制電機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)變化;能接受電機(jī)1的后軸12上編碼器2輸出的轉(zhuǎn)子反饋信號(hào)；能自動(dòng)檢測、計(jì)算、比較電機(jī)1上編碼器反饋信號(hào)的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在電子閉環(huán)控制器中的運(yùn)行參數(shù)和要求的差別；能自動(dòng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，來修正輸出軸的轉(zhuǎn)速和定位精度。
[0020]電子閉環(huán)控制器3通過電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的編碼器2反饋信號(hào)對電機(jī)1輸出轉(zhuǎn)速和定位角度進(jìn)行閉環(huán)控制，使電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速和定位角度達(dá)到程序所設(shè)定的精確無誤的要求。
[0021]電子閉環(huán)控制器3可按各種使用情況運(yùn)行要求，自由設(shè)定和改變各種程序參數(shù)，對電機(jī)1運(yùn)行情況進(jìn)行閉環(huán)精確控制，進(jìn)而達(dá)到對連接在電機(jī)1的前軸11上的機(jī)械臂4的運(yùn)行情況進(jìn)行閉環(huán)精確控制。
[0022]所述的電子閉環(huán)控制器3內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)，PIC16F877單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PWM幅度和方向信號(hào)模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機(jī)1相連，電機(jī)1通過其后軸12上所相連的編碼器2將反饋信號(hào)傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時(shí)該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接;所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機(jī)的I/O相連。
[0023]PIC16F877單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線向LM629芯片發(fā)送位置或速度命令，設(shè)定PID控制器調(diào)節(jié)參數(shù)，并從LM629芯片中讀取速度、加速度等數(shù)值。LM629芯片輸出的脈寬調(diào)制幅度信號(hào)和方向信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)L298N功率芯片，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)拖動(dòng)機(jī)器人手臂運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)軸上的編碼器提供閉環(huán)控制所需的反饋信號(hào)(A.B.1N)，梯形圖發(fā)生器計(jì)算出位置或速度模式下所需控制的運(yùn)行軌跡。
[0024]PIC16F877單片機(jī)為LM629芯片提供加速度、速度和目標(biāo)位置量，在每個(gè)采樣周期用這些值來計(jì)算出新的命令和位置給定值，將其作為指令值。
[0025]由編碼器2檢測電機(jī)軸的實(shí)際位置，其輸出信號(hào)經(jīng)過LM629芯片四倍頻后進(jìn)行解碼，形成位置反饋值。
[0026]指令值與反饋值的差值作為數(shù)字PID控制器校正環(huán)節(jié)的輸入，通過數(shù)PID控制器計(jì)算，LM629芯片輸出脈寬調(diào)制信號(hào)PWMM和方向信號(hào)PWMS，用于控制L298N功率芯片，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)1運(yùn)動(dòng)到指定位置，再由電機(jī)1拖動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)手臂達(dá)到指定位置。
[0027]LM629芯片在進(jìn)行位置控制的同時(shí)，還對速度進(jìn)行控制，LM629芯片在接收到主機(jī)送來的位置信號(hào)后，按梯形圖生成加速、勻速、減速的速度曲線，曲線與坐標(biāo)橫幅所包圍的面積就是指定位置。
[0028]PID控制器算法中的比例、積分和微分系數(shù)有時(shí)需要進(jìn)行修改，因此，將它們存儲(chǔ)在PIC16F877單片機(jī)的E2PR0M中，PIC16F877單片機(jī)和PC機(jī)通過無線發(fā)射和接收模塊進(jìn)行串行通信。
[0029]本發(fā)明的運(yùn)行原理為:
[0030]①電子閉環(huán)控制器3向電機(jī)1發(fā)出程序指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)1按程序要求轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0031]②電機(jī)1的前軸11拖動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)手臂作上、下、左、右、前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作；
[0032]③電機(jī)1的后軸12上的編碼器2將電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)反饋給電子閉環(huán)控制器3;
[0033]④電子閉環(huán)控制器3從每個(gè)反饋信號(hào)中計(jì)算出電機(jī)1的實(shí)際運(yùn)行速度和位置角度；
[0034]⑤將計(jì)算出的數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)在電子閉環(huán)控制器3的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行比較、自動(dòng)修正，改變電機(jī)1的轉(zhuǎn)速、位置和角度的精度，達(dá)到程序所設(shè)定的精確無誤的要求；
[0035]⑥發(fā)出新的指令值給電機(jī)1，命令電機(jī)1拖動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)手臂，按精確定速定位轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0036]可以理解的是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對本發(fā)明的技術(shù)方案及發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括電機(jī)(1)、機(jī)械臂(4)，其特征在于:所述的電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子軸由前軸(11)和后軸(12)組成，該電機(jī)的前軸(11)與機(jī)械臂(4)相連接，電機(jī)的后軸(12)上裝有編碼器(2)，編碼器(2)的信號(hào)輸出線與電子閉環(huán)控制器(3)的信號(hào)輸入接口相連接，電機(jī)(1)的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器(3)的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器(3)的輸入電纜線與電源線相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的電子閉環(huán)控制器(3)內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)，PIC16F877單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PWM幅度和方向信號(hào)模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機(jī)(1)相連，電機(jī)(1)通過其后軸(12)上所相連的編碼器(2)將反饋信號(hào)傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時(shí)該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機(jī)的I/O相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的PIC16F877單片機(jī)通過無線通信方式與PC機(jī)相連。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不用減速機(jī)的機(jī)器人多關(guān)節(jié)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括電機(jī)、機(jī)械臂，所述的電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸由前軸和后軸組成，該電機(jī)的前軸與機(jī)械臂相連接，電機(jī)的后軸上裝有編碼器，編碼器的信號(hào)輸出線與電子閉環(huán)控制器的信號(hào)輸入接口相連接，電機(jī)的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器的輸入電纜線與電源線相連接；所述的電子閉環(huán)控制器內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)；本發(fā)明具有傳動(dòng)靈活、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性好、壽命長、價(jià)格便宜、維護(hù)工作量少、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J9/16
【公開號(hào)】CN105437233
【申請?zhí)枴緾N201610027091
【發(fā)明人】徐偉業(yè), 柴曉峰, 章華群
【申請人】杭州史賓納機(jī)械設(shè)備有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2016年1月15日