多关节示教工业机器人的设计

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多关节示教工业机器人的设计

作者：王江华 赵燕

来源：《电脑知识与技术》2017年第16期

摘要：为了将人们的双手从重复劳累且危险的工作中解放出来，故设计并制作一款多关节示教工业机器人，使之替代人类来完成重复性高且复杂并具有一定危险性的工作。设计主要是对多关节示教工业机器人的运动路径进行控制，让其可以根据程序设定优化的路径或者示教路径进行自主运动，使用机械夹手完成指定的任务，同时还能借助于电脑上位机来实时操作以便完成有效的动作。课题研究对于示教机器人领域的研究和发展具有一定的意义。 关键词：多关节；示教；示教路径；自主运动

目前，在高端制造业中，工业机器人俨然已经成为工业生产中不可忽视的重要组成部分，它的智能性、高效性、精确性成为能够替代人类的巨大优势。设计多关节示教工业机器人，主要是对它的运动路径进行控制，让其可以根据程序设定优化的路径或者示教路径进行自主运动，使用机械夹手完成指定的任务，同时还能借助于电脑上位机来实时操作，以便完成有效的动作。在工业机器人中，大多数的工业机器人采用示教编程方式，先用人工操作的方式来起到示范的目的和作用，让工业机器人记住相关有效动作，进而使之能够在人工不干预的情况下进行预期的动作。这种方法可以大大节省开发周期和成本，便于在不同的操作环境下进行，适应性强，因此，本研究对于示教机器人领域的研究和发展具有一定的意义。 1总体方案设计

多关节示教工业机器人硬件采用STM32F103作为主控核心，利用松下MINAS系列的交流伺服电机来控制各关节的运动；软件利用RTX小型嵌入式系统。RTX嵌入式系统是可裁剪的，用户可以根据自己的情况对系统进行配置，对于这种多任务的控制系统，使用嵌入式操作系统可以使软件设计更加高效、方便。示教盒采用手轮脉冲发生器，手轮脉冲发生器一直使用在工控场合，它可以产生精确数量的脉冲，满足精准定位的要求，且脉冲频率可由用户来控制。通过通道选择旋钮、倍率选择旋钮可以快速切换控制关节和脉冲倍频，从而控制各个电机的转速。

2系统硬件设计 2.1电源模块设计

本系统使用交流220V供电，然后分成4路分别为不同的硬件供电。220V交流电直接为伺服电机及其驱动器供电；交流220V经过开关电源后输出直流24V，为伺服驱动器控制电路供电，同时为伺服电机刹车、气动电磁阀供电；直流24V经过DC-DC降压模块输出直流5V，