CN105945952B - 一种机械手爪的控制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械手爪的控制装置，包括嵌入式控制模块、数据通信模块、外部控制信号触发模块、电机控制模块和供电电源模块，嵌入式控制模块的输出端分别连接数据通信模块的输入端和电机控制模块的输入端，嵌入式控制模块的输入端分别连接数据通信模块的输出端、外部控制信号触发模块的输出端、供电电源模块的输出端。本发明可以选择外部按键直接控制或经由上位机指令控制两种不同的控制方式，实时、快速、按需控制每个手指的伸缩，以及整个手掌的旋转，拥有较强的实时性和快速性，可以满足各种不同的实际需求，手爪动作过程由程序控制，编程简单，易于实现，可应用于机器人系统。
Description
技术领域
本发明涉及机械爪控制技术领域，具体是一种机械手爪的控制装置及其控制方法。
背景技术
随着计算机和自动化技术的发展，机械手爪广泛应用于自动化装置、工业机器人、类人机器人等方面。一种典型的机械手爪系统包括机械部分和控制部分。机械部分是基础部分，控制装置通过对机械手爪的每个电机进行控制，来完成特定的动作，机械手爪控制装置性能的优劣是影响手爪动作效果最重要的因素。然而目前市场上的机械手爪控制装置与方法较为复杂，且价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的机械手爪的控制装置及其控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种机械手爪的控制装置，包括嵌入式控制模块、数据通信模块、外部控制信号触发模块、电机控制模块和供电电源模块，所述嵌入式控制模块的输出端分别连接数据通信模块的输入端和电机控制模块的输入端，嵌入式控制模块的输入端分别连接数据通信模块的输出端、外部控制信号触发模块的输出端、供电电源模块的输出端，所述供电电源模块的输出端还分别连接数据通信模块的输入端、外部控制信号触发模块的输入端、电机控制模块的输入端，所述数据通信模块的输入端还连接有上位机，所述供电电源模块的输入端还连接有外部电源，所述电机控制模块的输出端还连接有电机。
作为本发明进一步的方案：所述嵌入式控制模块包括控制芯片、晶振模块、BDM下载模块、复位模块；所述嵌入式控制模块与所述数据通信模块进行双向通信，接收外部控制信号触发模块传来的信号，根据输入信号运行程序使得电机控制模块输出驱动电机的电压信号。
作为本发明进一步的方案：所述数据通信模块包括RS串行通信模块和CAN总线通信模块，数据通信模块用于实现所述嵌入式控制模块和上位机之间的数据通信，按上位机的指令调用程序使机械手爪的电机控制模块输出电压信号或将机械手爪控制装置的工作状态反馈至上位机。
作为本发明进一步的方案：所述外部控制信号触发模块包括外部按键信号输入端口、输入信号处理模块，外部控制信号触发模块用于将外部按键信号处理后发送至所述嵌入式控制模块，同时所述外部控制信号触发模块对所述嵌入式控制模块进行隔离保护。
作为本发明进一步的方案：所述电机控制模块包括依次连接的电机驱动模块、电流采集模块、电压放大模块、电机驱动电压输出端口，电机控制模块用于将所述嵌入式控制模块输出的信号转换成驱动电机的电压信号，通过电机驱动电压输出端口与电机相连，控制电机转动。
作为本发明进一步的方案：所述供电电源模块包括电源输入端口、电源转换模块，供电电源模块用于向所述嵌入式控制模块、所述数据通信模块、所述外部控制信号触发模块、所述电机控制模块提供工作电压。
作为本发明再进一步的方案：所述电源输入端口的输入电压为直流24V，所述电机驱动电压输出端口的输出电压不高于24V。
所述机械手爪控制装置的控制方法，具体步骤如下：
1）在嵌入式控制模块的控制芯片中进行编程，通过参数设置手爪动作的速度和位置；
2）在外部按键输入控制或上位机控制两种方式中选择一种控制方式；
3）外部按键输入控制信号经由外部控制信号触发模块至嵌入式控制模块或上位机的信号经由数据通信模块传至嵌入式控制模块；
4）嵌入式控制模块根据输入的控制信号运行相应的程序控制电机控制模块输出驱动电机的电压信号，从而控制机械手爪作出相应的动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以选择外部按键直接控制或经由上位机指令控制两种不同的控制方式，实时、快速、按需控制每个手指的伸缩，以及整个手掌的旋转，拥有较强的实时性和快速性，可以满足各种不同的实际需求，手爪动作过程由程序控制，编程简单，易于实现，可应用于机器人系统。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的原理框图。
图3为本发明中嵌入式控制模块的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-3，一种机械手爪的控制装置，包括嵌入式控制模块1、数据通信模块2、外部控制信号触发模块3、电机控制模块4和供电电源模块5，所述嵌入式控制模块1的输出端分别连接数据通信模块2的输入端和电机控制模块4的输入端，嵌入式控制模块1的输入端分别连接数据通信模块2的输出端、外部控制信号触发模块3的输出端、供电电源模块5的输出端，所述供电电源模块5的输出端还分别连接数据通信模块2的输入端、外部控制信号触发模块3的输入端、电机控制模块4的输入端，所述数据通信模块2的输入端还连接有上位机6，所述供电电源模块5的输入端还连接有外部电源7，所述电机控制模块4的输出端还连接有电机8。
所述嵌入式控制模块1包括控制芯片101、晶振模块102、BDM下载模块103和复位模块104；所述嵌入式控制模块1是控制装置的核心模块，与所述数据通信模块2进行双向通信，接收外部控制信号触发模块3传来的信号，根据输入信号运行程序使得电机控制模块4输出驱动电机8的电压信号。
所述数据通信模块2包括RS232串行通信模块和CAN总线通信模块，数据通信模块2用于实现所述嵌入式控制模块1和上位机6之间的数据通信，按上位机6的指令调用程序使机械手爪的电机控制模块4输出电压信号或将机械手爪控制装置的工作状态反馈至上位机6。
所述外部控制信号触发模块3包括外部按键信号输入端口301、输入信号处理模块302，外部控制信号触发模块3用于将外部按键信号处理后发送至所述嵌入式控制模块1，同时所述外部控制信号触发模块3对所述嵌入式控制模块1进行隔离保护。
所述电机控制模块4包括依次连接的电机驱动模块401、电流采集模块402、电压放大模块403、电机驱动电压输出端口404，电机控制模块4用于将所述嵌入式控制模块1输出的信号最终转换成驱动电机8的电压信号，通过电机驱动电压输出端口404与电机8相连，控制电机8转动。首先电机驱动模块401输出驱动电机8的电流信号，经过电流采集模块402后输出电压信号，再经由电压放大模块403和电机驱动电压输出端口404后输出电机8的驱动电压。
所述供电电源模块5包括电源输入端口501、电源转换模块502，供电电源模块5将外部电源7转换成合适的电压后，用于向所述嵌入式控制模块1、所述数据通信模块2、所述外部控制信号触发模块3、所述电机控制模块4提供工作电压。电源输入端口501输入直流24V电源，经过电源转换模块502中的直流转直流电路转换为5V和2.5V直流电，其与24V直流电一起按供电需求分配各种电气连接方式，从而为整个控制装置中各个功能模块供电以保证各个功能模块的正常工作。
所述电源输入端口501的输入电压为直流24V，所述电机驱动电压输出端口404的输出电压不高于24V。
手爪动作状态包括各个手指的伸缩和整个手掌的旋转。电机驱动电压输出端口404连接电机8，可以连接三个独立的控制手指伸缩的步进电机和一个控制手掌旋转的直流电机。
所述机械手爪控制装置的控制方法，具体步骤如下：
1）在嵌入式控制模块1的控制芯片101中进行编程，通过参数设置手爪动作的速度和位置；
2）在外部按键输入控制或上位机控制两种方式中选择一种控制方式；
3）外部按键输入控制信号经由外部控制信号触发模块3至嵌入式控制模块1或上位机6的信号经由数据通信模块2传至嵌入式控制模块1；
4）嵌入式控制模块1根据输入的控制信号运行相应的程序控制电机控制模块4输出驱动电机8的电压信号，从而控制机械手爪作出相应的动作。
所述机械手爪的控制装置结构简单、成本低廉，嵌入式控制模块1由信号处理器等微控制芯片构成，通过编程实现所需的手爪动作，通过对机械手爪控制装置和方法的研究，在控制技术方面有所突破，具有可实时、快速、按需控制各个手指的伸缩及旋转，以及控制方法多元化的优点，适用于三个手指的机械手爪控制装置，同样也适用于多个手指的机械手爪控制装置，机械手爪可以模仿人手的某些动作功能，完成抓取、开门等动作。
本发明可以选择外部按键直接控制或经由上位机指令控制两种不同的控制方式，实时、快速、按需控制每个手指的伸缩，以及整个手掌的旋转，拥有较强的实时性和快速性，可以满足各种不同的实际需求，手爪动作过程由程序控制，编程简单，易于实现，可应用于机器人系统。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种机械手爪的控制装置，其特征在于，包括嵌入式控制模块(1)、数据通信模块(2)、外部控制信号触发模块(3)、电机控制模块(4)和供电电源模块(5)，所述嵌入式控制模块(1)的输出端分别连接数据通信模块(2)的输入端和电机控制模块(4)的输入端，嵌入式控制模块(1)的输入端分别连接数据通信模块(2)的输出端、外部控制信号触发模块(3)的输出端、供电电源模块(5)的输出端，所述供电电源模块(5)的输出端还分别连接数据通信模块(2)的输入端、外部控制信号触发模块(3)的输入端、电机控制模块(4)的输入端，所述数据通信模块(2)的输入端还连接有上位机(6)，所述供电电源模块(5)的输入端还连接有外部电源(7)，所述电机控制模块(4)的输出端还连接有电机(8)；
所述嵌入式控制模块(1)包括控制芯片(101)、晶振模块(102)、BDM下载模块(103)和复位模块(104)；所述嵌入式控制模块(1)与所述数据通信模块(2)进行双向通信，接收外部控制信号触发模块(3)传来的信号，根据输入信号运行程序使得电机控制模块(4)输出驱动电机(8)的电压信号；
所述数据通信模块(2)包括RS(232)串行通信模块和CAN总线通信模块，数据通信模块(2)用于实现所述嵌入式控制模块(1)和上位机(6)之间的数据通信，按上位机(6)的指令调用程序使机械手爪的电机控制模块(4)输出电压信号或将机械手爪控制装置的工作状态反馈至上位机(6)；
所述外部控制信号触发模块(3)包括外部按键信号输入端口(301)、输入信号处理模块(302)，外部控制信号触发模块(3)用于将外部按键信号处理后发送至所述嵌入式控制模块(1)，同时所述外部控制信号触发模块(3)对所述嵌入式控制模块(1)进行隔离保护。
2.根据权利要求1所述的机械手爪的控制装置，其特征在于，所述电机控制模块(4)包括依次连接的电机驱动模块(401)、电流采集模块(402)、电压放大模块(403)、电机驱动电压输出端口(404)，电机控制模块(4)用于将所述嵌入式控制模块(1)输出的信号转换成驱动电机(8)的电压信号，通过电机驱动电压输出端口(404)与电机(8) 相连，控制电机(8)转动。
3.根据权利要求2所述的机械手爪的控制装置，其特征在于，所述供电电源模块(5)包括电源输入端口(501)、电源转换模块(502)，供电电源模块(5)用于向所述嵌入式控制模块(1)、所述数据通信模块(2)、所述外部控制信号触发模块(3)、所述电机控制模块(4)提供工作电压。
4.根据权利要求3所述的机械手爪的控制装置，其特征在于，所 述电源输入端口(501)的输入电压为直流24V，所述电机驱动电压输出端口(404)的输出电压不高于24V。
5.一种如权利要求1-4任一所述的机械手爪控制装置的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)在嵌入式控制模块(1)的控制芯片(101)中进行编程，通过参数设置手爪动作的速度和位置；
2)在外部按键输入控制或上位机控制两种方式中选择一种控制方式；
3)外部按键输入控制信号经由外部控制信号触发模块(3)至嵌入式控制模块(1)或上位机(6)的信号经由数据通信模块(2)传至嵌入式控制模块(1)；
4)嵌入式控制模块(1)根据输入的控制信号运行相应的程序控制电机控制模块(4)输出驱动电机(8)的电压信号，从而控制机械手爪作出相应的动作。
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