CN108748096A - 一种绘图机械臂及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械臂绘图机构，包括支撑平台和升降平台，其中所述升降平台与支撑平台之间通过升降机构连接，在所述升降平台上分别设有上电机和下电机，在所述下电机上连接有主臂，在所述上电机上连接有辅臂，在所述辅臂的另一端铰接有连杆，在所述连杆的另一端铰接有工作臂，在所述工作臂的另一端设有笔夹，所述主臂的另一端与所述工作臂铰接，首先通过对舵机的线性补偿、曲率调速、虚位补偿和图形反馈补偿等手段解决了舵机本身的缺陷，然后通过上电机与下电机的配合，使得工作臂前端的笔夹可以落在画板的任意一个位置，整个装置的成本低、结构简单、体积小，适用范围大。

Description

一种绘图机械臂及其控制系统
技术领域
发明涉及一种绘图装置，尤其是一种绘图机械臂及其控制系统。
背景技术
目前，现有的绘图装置中，基本采用的是步进电机，由于采用步进电机存在成本大的缺陷，因此本方案中采用了造价较低的舵机，而针对舵机本身精度低，角度控制不精确等缺陷。
发明内容
发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种绘图机械臂及其控制系统。
发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种绘图机械臂，包括支撑平台和升降平台，其中所述升降平台与支撑平台之间通过升降机构连接，所述升降机构包括升降舵机和升降轴，所述升降轴设置在支撑平台上，所述升降轴的顶部穿过升降平台后连接有限位板，所述升降舵机设置在支撑平台的一侧，在所述升降平台与支撑平台之间设有凸轮，所述凸轮与所述升降舵机连接，在所述升降平台上分别设有上舵机和下舵机，在所述下舵机上连接有主臂，在所述上舵机上连接有辅臂，在所述辅臂的另一端铰接有连杆，在所述连杆的另一端铰接有工作臂，在所述工作臂的另一端设有笔夹，所述主臂的另一端与所述工作臂铰接。
一种用于控制绘图机械臂的系统，其中包括以下步骤：
步骤一：采用线性补偿对舵机进行校正；首先输入标准的脉冲信号，测出舵机的实际旋转角度，然后根据舵机的实际旋转角度与理想旋转角度进行对比分析，得出脉冲信号对应的修正值，将所有的修正值集合在一起为该舵机的线性修正表，将线性修正表存在在单片机内；
步骤二：曲率调速：绘图前，首先将图像导入单片机，随后将图像分成若干条曲线段，根据每条曲线段上不同像素点处的曲率大小，确定每条曲线段上像素点的密度以及不同像素点的坐标，每个像素点的坐标与该像素点的曲率合并成为一个绘图点；
步骤三：绘图时，舵机根据像素点的坐标，确定舵机需要旋转的角度，首先将像素点的坐标转换为舵机输入的脉冲信号，然后再根据线性修正表上对应的修正值，从而确定舵机的旋转角度；
根据像素点处的曲率，计算出舵机旋转的速度，进而计算出延迟时间，最终通过舵机的旋转角度与舵机旋转的速度从而完成每个绘图点的绘制。
进一步改进：在完成线性补偿后，在单片机内插入对舵机进行虚位补偿。
进一步改进：在完成步骤三后，将绘图机械臂画出的图形与原图进行对比，原图与绘图机械臂画出的图形之间的误差形成图形反馈补偿，将图形反馈补偿存储在单片机内，然后再依次完成步骤一至三，在进行到步骤三时，除了原有的线性修正表外，还会增加图形反馈补偿。
发明的优点：首先选用舵机作为机械臂的动力源，从而降低了整个装置的成本，同时通过对舵机本身的线性补偿、曲率调速、虚位补偿、图形反馈补偿，等软件方式来克服舵机本身的缺陷，从而确保整个装置的稳定运行。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明控制流程框架图。
支撑平台1、凸轮2、升降舵机3、升降轴4、弹簧41、限位板5、升降平台6、上舵机7、辅臂8、连杆9、工作臂10、笔夹11、主臂12、下舵机13。
具体实施方式
下面结合说明书附图对发明做以下详细说明。
如图所示，一种绘图机械臂，包括支撑平台1和升降平台6，其中所述升降平台6与支撑平台1之间通过升降机构连接，所述升降机构包括升降舵机3和升降轴4，所述升降轴4设置在支撑平台1上，所述升降轴4的顶部穿过升降平台1后连接有限位板5，所述升降舵机3设置在支撑平台1的一侧，在所述升降平台6与支撑平台1之间设有凸轮2，所述凸轮2与所述升降舵机3连接，在所述升降轴4上套有弹簧41，所述弹簧41位于升降平台6与限位板5之间，在所述升降平台6上分别设有上舵机7和下舵机13，在所述下舵机13上连接有主臂12，在所述上舵机7上连接有辅臂8，在所述辅臂8的另一端铰接有连杆9，在所述连杆9的另一端铰接有工作臂10，在所述工作臂10的另一端设有笔夹11，所述主臂12的另一端与所述工作臂10铰接。
其工作原理是：
步骤一：采用线性补偿对舵机进行校正；首先输入标准的脉冲信号，测出舵机的实际旋转角度，然后根据舵机的实际旋转角度与理想旋转角度进行对比分析，得出脉冲信号对应的修正值，将所有的修正值集合在一起为该舵机的线性修正表，将线性修正表存在在单片机内；
步骤二：曲率调速：绘图前，首先将图像导入单片机，成为像素坐标队列，随后将图像分成若干条曲线段，根据每条曲线段上不同像素点处的曲率大小，确定每条曲线段上像素点的密度以及不同像素点的坐标，每个像素点的坐标与该像素点的曲率合并成为一个绘图点，将所有的绘图点集合在一起，形成一个绘图文件；
步骤三：绘图时，舵机根据像素点的坐标，确定舵机需要旋转的角度，首先将像素点的坐标转换为舵机输入的脉冲信号，然后再根据线性修正表上对应的修正值，从而确定舵机的旋转角度；
根据像素点处的曲率，计算出舵机旋转的速度，进而计算出延迟时间，最终通过舵机的旋转角度与舵机旋转的速度从而完成每个绘图点的绘制。
进一步改进：在完成线性补偿后，在单片机内插入对舵机进行虚位补偿。
进一步改进：在完成步骤三后，将绘图机械臂画出的图形与原图进行对比，原图与绘图机械臂画出的图形之间的误差形成图形反馈补偿，将图形反馈补偿存储在单片机内，然后再依次完成步骤一至三，在进行到步骤三时，除了原有的线性修正表外，还会增加图形反馈补偿。
以上所述仅为发明的实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种绘图机械臂，包括支撑平台和升降平台，其特征在于：所述升降平台与支撑平台之间通过升降机构连接，所述升降机构包括升降舵机和升降轴，所述升降轴设置在支撑平台上，所述升降轴的顶部穿过升降平台后连接有限位板，所述升降舵机设置在支撑平台的一侧，在所述升降平台与支撑平台之间设有凸轮，所述凸轮与所述升降舵机连接，在所述升降平台上分别设有上舵机和下舵机，在所述下舵机上连接有主臂，在所述上舵机上连接有辅臂，在所述辅臂的另一端铰接有连杆，在所述连杆的另一端铰接有工作臂，在所述工作臂的另一端设有笔夹，所述主臂的另一端与所述工作臂铰接。
2.一种用于控制如权利要求1所述的绘图机械臂的系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用线性补偿对舵机进行校正；首先输入标准的脉冲信号，测出舵机的实际旋转角度，然后根据舵机的实际旋转角度与理想旋转角度进行对比分析，得出脉冲信号对应的修正值，将所有的修正值集合在一起为该舵机的线性修正表，将线性修正表存在在单片机内；
步骤二：曲率调速：绘图前，首先将图像导入单片机，随后将图像分成若干条曲线段，根据每条曲线段上不同像素点处的曲率大小，确定每条曲线段上像素点的密度以及不同像素点的坐标，每个像素点的坐标与该像素点的曲率合并成为一个绘图点；
步骤三：绘图时，舵机根据像素点的坐标，确定舵机需要旋转的角度，首先将像素点的坐标转换为舵机输入的脉冲信号，然后再根据线性修正表上对应的修正值，从而确定舵机的旋转角度；
根据像素点处的曲率，计算出舵机旋转的速度，进而计算出延迟时间，最终通过舵机的旋转角度与舵机旋转的速度从而完成每个绘图点的绘制。
3.根据权利要求2所述的一种用于控制绘图机械臂的系统，其特征在于：在完成线性补偿后，在单片机内插入对舵机进行虚位补偿。
4.根据权利要求2所述的一种用于控制绘图机械臂的系统，其特征在于：在完成步骤三后，将绘图机械臂画出的图形与原图进行对比，原图与绘图机械臂画出的图形之间的误差形成图形反馈补偿，将图形反馈补偿存储在单片机内，然后再依次完成步骤一至三，在进行到步骤三时，除了原有的线性修正表外，还会增加图形反馈补偿。
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