CN105058379A - 一种直角坐标机械手控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直角坐标机械手控制系统，包括一Arduino主机，所述Arduino主机分别与一无线路由器、一舵机、一左机械手控制模块及一Arduino从机连接，所述Arduino从机与一右机械手控制模块连接，所述无线路由器分别与一客户端及一安装有主摄像头的云台连接，所述云台与所述舵机连接；所述左机械手控制模块与右机械手控制模块分别用于控制左机械手与右机械手，所述主摄像头用于采集左机械手与右机械手的信息并将信息经所述无线路由器传输给所述客户端，所述客户端根据收到的信息对所述左机械手及右机械手进行远程操控。本发明可在客户端对机械手进行远程监控及操作。

Description

一种直角坐标机械手控制系统

技术领域

本发明涉及一种直角坐标机械手控制系统。

背景技术

机械手的探索研究开始于二十世纪中期，机械手控制系统与机械手一直相互协同进化发展。随着机械手控制系统与计算机技术、通信技术等的协调发展，PLC、工控机、嵌入式控制技术成为了目前工业自动化控制领域中的主流控制方式。

在现有技术中，机械手的结构可分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节型这四种。然而，现有技术对机械手的控制还有一些不足之处，如控制系统相关设备体积较大，结构复杂，线路较多，未实现移动终端的控制、当机械手与工作人员距离较远时，无法检查机械手的工作状态等。缺少一种结构简单的、控制设备体积较小的、具有远程监控的、能够实现无线局域网控制的直角坐标机械手控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直角坐标机械手控制系统，可在客户端对机械手进行远程监控及操作。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种直角坐标机械手控制系统，其特征在于：包括一Arduino主机，所述Arduino主机分别与一无线路由器、一舵机、一左机械手控制模块及一Arduino从机连接，所述Arduino从机与一右机械手控制模块连接，所述无线路由器分别与一客户端及一安装有主摄像头的云台连接，所述云台与所述舵机连接；所述左机械手控制模块与右机械手控制模块分别用于控制左机械手与右机械手，所述主摄像头用于采集左机械手与右机械手的信息并将信息经所述无线路由器传输给所述客户端，所述客户端根据收到的信息对所述左机械手及右机械手进行远程操控。

进一步的，所述左机械手控制模块包括一X1轴驱动器及与其相连的X1轴步进电机、一Y1轴驱动器及与其相连的Y1轴步进电机、一Z1轴驱动器及与其相连的Z1轴步进电机、一左直流电机及与其相连的左机械手；所述X1轴步进电机、Y1轴步进电机、Z1轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现左机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述左直流电机用于实现左机械手的夹持动作。

进一步的，所述右机械手控制模块包括一X2轴驱动器及与其相连的X2轴步进电机、一Y2轴驱动器及与其相连的Y2轴步进电机、一Z2轴驱动器及与其相连的Z2轴步进电机、一右直流电机及与其相连的右机械手；所述X2轴步进电机、Y2轴步进电机、Z2轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现右机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述右直流电机用于实现右机械手的夹持动作。

进一步的，还包括第一副摄像头及第二副摄像头；所述第一副摄像头及第二副摄像头分别用于采集所述左机械手与右机械手局部信息。

进一步的，所述左机械手与右机械手皆为一夹持机构，所述夹持机构包括两横向间隔设置的导滑柱，两导滑柱之间经两挡板连接；所述挡板分别横向套设于两导滑柱的上、下两端的端部，所述两挡板固定于一固定板上；所述导滑柱上分别滑动套设有两滑套，所述滑套上分别套接有一横向的绝缘板，所述绝缘板一端套接于一导滑柱的滑套上，另一端套接与另一导滑柱对应的滑套上；所述绝缘板上分别水平固定连接有一夹板，所述夹板之间还设置有一用于调节两夹板之间距离的凸轮，所述凸轮经一直流电机驱动；所述导滑柱上且位于所述挡板和滑套之间还分别套设有一弹簧。

进一步的，还包括传感器模块，所述传感器模块包括超声波传感器及温度传感器；所述超声波传感器用于对所述左机械手及右机械手进行定位，所述温度传感器用于检测所述左机械手及右机械手的温度。

进一步的，所述无线路由器为基于OpenWrt的无线路由器。

进一步的，所述客户端为Android平板客户端。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明采用Arduino控制板作为核心控制模块，整个控制系统结构简单、控制装置体积小、能耗低；

2、本发明采用了“上位机+服务器+下位机”的三级分布式系统结构，操作集中，功能分散、可靠性高；

3、本发明实现了客户端对机械手的远程监控与操作，减少了控制系统的布线复杂度。

附图说明

图1是本发明系统结构框图。

图2是本发明三自由度直角坐标机械臂结构图。

图3是本发明左机械手及右机械手结构图。

图4是本发明无线通信模块接线图。

图5是本发明客户端操作界面效果图。

图中：2-三自由度直角坐标机械臂；21-X1轴；211-X1轴步进电机；22-Y1轴；221-Y1轴步进电机；23-Z1轴；231-Z1轴步进电机；31-固定板；32-弹簧；33-绝缘板；34-导滑柱；35-凸轮；36-滑套；37-挡板；38-夹板；381-通孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种直角坐标机械手控制系统，包括一Arduino主机，所述Arduino主机分别与一无线路由器、一舵机、一左机械手控制模块及一Arduino从机连接，所述Arduino从机与一右机械手控制模块连接，所述无线路由器分别与一客户端及一安装有主摄像头的云台连接，所述云台与所述舵机连接；所述左机械手控制模块与右机械手控制模块分别用于控制左机械手与右机械手，所述主摄像头用于采集左机械手与右机械手的信息并将信息经所述无线路由器传输给所述客户端，所述客户端根据收到的信息对所述左机械手及右机械手进行远程操控。

请继续参照图1，所述左机械手控制模块包括一X1轴驱动器及与其相连的X1轴步进电机、一Y1轴驱动器及与其相连的Y1轴步进电机、一Z1轴驱动器及与其相连的Z1轴步进电机、一左直流电机及与其相连的左机械手；所述X1轴步进电机、Y1轴步进电机、Z1轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现左机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述左直流电机用于实现左机械手的夹持动作；所述右机械手控制模块包括一X2轴驱动器及与其相连的X2轴步进电机、一Y2轴驱动器及与其相连的Y2轴步进电机、一Z2轴驱动器及与其相连的Z2轴步进电机、一右直流电机及与其相连的右机械手；所述X2轴步进电机、Y2轴步进电机、Z2轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现右机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述右直流电机用于实现右机械手的夹持动作。

于本实施例中，还包括第一副摄像头及第二副摄像头；所述主摄像头用于采集所述左机械手与右机械手的全局信息，所述第一副摄像头及第二副摄像头分别用于采集所述左机械手与右机械手局部信息。

请参照图3，所述左机械手与右机械手皆为一夹持机构，所述夹持机构包括两横向间隔设置的导滑柱34，两导滑柱34之间经两挡板37连接；所述挡板37分别横向套设于两导滑柱34的上、下两端的端部，所述两挡板37固定于一固定板31上；所述导滑柱34上分别滑动套设有两滑套36，所述滑套36上分别套接有一横向的绝缘板33，所述绝缘板33一端套接于一导滑柱34的滑套36上，另一端套接与另一导滑柱34对应的滑套36上；所述绝缘板33上分别水平固定连接有一夹板38，所述夹板38之间还设置有一用于调节两夹板38之间距离的凸轮35，所述凸轮35经一直流电机（左机械手对应左直流电机，右机械手对应右直流电机）驱动；所述导滑柱34上且位于所述挡板37和滑套36之间还分别套设有一弹簧32。所述夹持机构3的夹板38主要采用弹簧32和截面呈椭圆状的凸轮35控制其张合，结构简单可靠，设置有绝缘板33进行绝缘保护，有效防止系统被高电压损害。

于本实施例中，所述凸轮35的横截面呈椭圆状，所述凸轮35的椭圆截面的长轴的长度为短轴的两倍。当凸轮35短轴处于竖直方向时，夹板38闭合程度最大，由于弹簧32弹力的作用，上下夹板38被推向一起，夹板38处于闭合状态。通过步进电机控制凸轮35的转动来控制夹板38的张合，当凸轮35长轴处于竖直方向时，夹板38张开程度最大。当夹板38夹紧物体时，调节凸轮35使其短轴处于竖直状态，则此时夹板38便将物体夹紧；调节凸轮35使其长轴处于竖直状态时，物体被松开，所述夹板38上分别开设有若干通孔381，可避开物体上的螺栓等凸部，使物体被夹持得更平稳。

所述三自由度直角坐标机械臂如图2所示，以左机械手对应的三自由度直角坐标机械臂2为例，所述X1轴步进电机211、Y1轴步进电机221、Z1轴步进电机231分别设置于所述三自由度直角坐标机械臂2的X1轴21、Y1轴22、Z1轴23的尾端，所述左机械手位于所述Y1轴22的另一端，所述Z1轴23可在X1轴21上自由滑移，Y1轴22可在Z1轴23上自由滑移，以此带动安装于所述Y1轴22一端的左机械手在空间上的移动，另外所述副摄像头分别设置于对应三自由度直角坐标机械臂的Y轴上，实现对所述机械手的实时图像采集。

更优的，所述直角坐标机械手控制系统还包括传感器模块，所述传感器模块包括超声波传感器及温度传感器；所述超声波传感器用于对所述左机械手及右机械手进行定位，所述温度传感器用于检测所述左机械手及右机械手的温度，所述超声波传感器及温度传感器亦设置于所述三自由度直角坐标机械臂的Y轴。

于本实施例中，所述无线路由器为基于OpenWrt的无线路由器。

于本实施例中，所述客户端为Android平板客户端。

如图4所示为路由器与主摄像头，副摄像头及Arduino主机之间的连线示意图。

图5为本发明客户端中左机械手的操作界面效果图，经此界面实现对左机械手的远程监控与操作，右机械手的操作界面于此类似。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种直角坐标机械手控制系统，其特征在于：包括一Arduino主机，所述Arduino主机分别与一无线路由器、一舵机、一左机械手控制模块及一Arduino从机连接，所述Arduino从机与一右机械手控制模块连接，所述无线路由器分别与一客户端及一安装有主摄像头的云台连接，所述云台与所述舵机连接；所述左机械手控制模块与右机械手控制模块分别用于控制左机械手与右机械手，所述主摄像头用于采集左机械手与右机械手的信息并将信息经所述无线路由器传输给所述客户端，所述客户端根据收到的信息对所述左机械手及右机械手进行远程操控。

2.根据权力要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：所述左机械手控制模块包括一X1轴驱动器及与其相连的X1轴步进电机、一Y1轴驱动器及与其相连的Y1轴步进电机、一Z1轴驱动器及与其相连的Z1轴步进电机、一左直流电机及与其相连的左机械手；所述X1轴步进电机、Y1轴步进电机、Z1轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现左机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述左直流电机用于实现左机械手的夹持动作。

3.根据权力要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：所述右机械手控制模块包括一X2轴驱动器及与其相连的X2轴步进电机、一Y2轴驱动器及与其相连的Y2轴步进电机、一Z2轴驱动器及与其相连的Z2轴步进电机、一右直流电机及与其相连的右机械手；所述X2轴步进电机、Y2轴步进电机、Z2轴步进电机分别设置于一三自由度直角坐标机械臂的X轴、Y轴、Z轴，用于实现右机械手在X轴、Y轴、Z轴的运动，所述右直流电机用于实现右机械手的夹持动作。

4.根据权力要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：还包括第一副摄像头及第二副摄像头；所述第一副摄像头及第二副摄像头分别用于采集所述左机械手与右机械手局部信息。

5.根据权利要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：所述左机械手与右机械手皆为一夹持机构，所述夹持机构包括两横向间隔设置的导滑柱，两导滑柱之间经两挡板连接；所述挡板分别横向套设于两导滑柱的上、下两端的端部，所述两挡板固定于一固定板上；所述导滑柱上分别滑动套设有两滑套，所述滑套上分别套接有一横向的绝缘板，所述绝缘板一端套接于一导滑柱的滑套上，另一端套接与另一导滑柱对应的滑套上；所述绝缘板上分别水平固定连接有一夹板，所述夹板之间还设置有一用于调节两夹板之间距离的凸轮，所述凸轮经一直流电机驱动；所述导滑柱上且位于所述挡板和滑套之间还分别套设有一弹簧。

6.根据权利要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：还包括传感器模块，所述传感器模块包括超声波传感器及温度传感器；所述超声波传感器用于对所述左机械手及右机械手进行定位，所述温度传感器用于检测所述左机械手及右机械手的温度。

7.根据权利要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：所述无线路由器为基于OpenWrt的无线路由器。

8.根据权利要求1所述的直角坐标机械手控制系统，其特征在于：所述客户端为Android平板客户端。