CN109648599A - 一种仿真机器人的肘关节活动控制方法 - Google Patents

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杨东岳
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    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Abstract

本发明仿真机器人的肘关节活动控制方法，包括控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计；所述控制系统结构分三级，PC机为第一级，主单片机为第二级，从单片机为第三级；本发明通过分析仿真机器人的肘关节活动的控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计，便于实现仿真机器人的控制系统结构，全面地理解仿真机器人运动学规律，熟练地掌握仿真机器人的操控。

Description

一种仿真机器人的肘关节活动控制方法
技术领域
本发明涉及一种仿真机器人技术领域，尤其是一种仿真机器人的肘关节活动控制方法。
背景技术
机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行任务的，并具有编程能力的多功能机械手，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化设备；机器人学是一门跨学科的综合性技术；动力学、机械设计、传感技术、模式识别、电气液压驱动、控制工程、智能控制、计算机科学技术、人工智能、仿生学、微机电系统以及计算机集成制造系统(CIMS)等学科都与机器人技术有着密切的关系；正是由于技术的这种复杂性导致了机器人形式多种多样，适合于多品种、变批量的柔性生产；它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着重要的作用。
发明内容
一种仿真机器人的肘关节活动控制方法，包括控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计；所述控制系统结构分三级，PC机为第一级，主单片机为第二级，从单片机为第三级；PC机控制系统包括仿真机器人控制界面和串行通讯程序两部分，通过PC机的COM2口将各种控制命令和数据发送给主单片机；基于上述思路构造了一种三级结构多CPU并行工作方式的电气控制系统；第一级计算机选用工业级嵌入式PC机，主要完成机器人路径规划、正向运动学和逆向运动学的计算；然后把计算结果通过RS--232C串行口送给下一级计算机；第二级计算机一方面接收到PC机下发的命令信息(如示教方式、自动方式、状态查询等)或各关节旋转角度数据后，立即转发给下一级计算机执行；另一方面它还具有独立的下位机手动示教键盘接口功能；第三级计算机通过内部并行数据总线和握手信号按约定的逻辑关系进行数据通信，它主要接收上一级计算机发来的命令和数据，然后控制对应关节电动机旋转相应的角度，驱动仿真机器人手指到达所要求的位置。
作为本发明进一步的方案：所述硬件系统的组成包括上位机控制系统和下位机控制系统；所述上位机控制系统是PC机与下位单片机之间的桥梁，是整个机器人控制系统的核心部分，其主要功能包括与PC机、下位单片机之间的通讯控制，数据的处理与存储，轨迹插补，以及对系统的实时监控；所述下位机控制系统的主要功能是实现对步进电机的调速控制、与上位单片机的通讯及完成行程开关信号调理；步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机控制驱动系统；驱动步进电机方法为变频信号源为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大驱动步进电机的转动；所述控制系统软件结构设计，包括上位机应用程序和下位机应用程序两部分。
作为本发明进一步的方案：所述上位机应用程序的软件设计包括：上位机利用自身所带的串行口与PC机的通讯程序，以及通过异步通讯接收发送器进行的上位机与下位机之间的通讯程序；所述下位机应用程序的软件设计主要包括下位机与上位机的串行通讯子程序和下位机对步进电机，下位机控制系统的的主要功能是完成与上位机的串行通讯和实现对步进电机的速度控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过分析仿真机器人的肘关节活动的控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计，便于实现仿真机器人的控制系统结构，全面地理解仿真机器人运动学规律，熟练地掌握仿真机器人的操控。
附图说明
图1是本发明实施例中控制系统示意图；
图2是本发明实施例中进电机控制驱动系统原理示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明仿真机器人的肘关节活动控制方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1-2，本发明实施例的一种仿真机器人的肘关节活动控制方法，包括控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计；所述控制系统结构分三级，PC机为第一级，主单片机为第二级，从单片机为第三级；PC机控制系统包括仿真机器人控制界面和串行通讯程序两部分，通过PC机的COM2口将各种控制命令和数据发送给主单片机；基于上述思路构造了一种三级结构多CPU并行工作方式的电气控制系统；第一级计算机选用工业级嵌入式PC机，主要完成机器人路径规划、正向运动学和逆向运动学的计算；然后把计算结果通过RS--232C串行口送给下一级计算机；第二级计算机一方面接收到PC机下发的命令信息(如示教方式、自动方式、状态查询等)或各关节旋转角度数据后，立即转发给下一级计算机执行；另一方面它还具有独立的下位机手动示教键盘接口功能。第三级计算机通过内部并行数据总线和握手信号按约定的逻辑关系进行数据通信，它主要接收上一级计算机发来的命令和数据，然后控制对应关节电动机旋转相应的角度，驱动仿真机器人手指到达所要求的位置；所述硬件系统的组成包括上位机控制系统和下位机控制系统；所述上位机控制系统是PC机与下位单片机之间的桥梁，是整个机器人控制系统的核心部分，其主要功能包括与PC机、下位单片机之间的通讯控制，数据的处理与存储，轨迹插补，以及对系统的实时监控；所述下位机控制系统的主要功能是实现对步进电机的调速控制、与上位单片机的通讯及完成行程开关信号调理；步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机控制驱动系统；驱动步进电机方法为变频信号源为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大驱动步进电机的转动；所述控制系统软件结构设计，包括上位机应用程序和下位机应用程序两部分；所述上位机应用程序的软件设计包括：上位机利用自身所带的串行口与PC机的通讯程序，以及通过异步通讯接收发送器进行的上位机与下位机之间的通讯程序；所述下位机应用程序的软件设计主要包括下位机与上位机的串行通讯子程序和下位机对步进电机，下位机控制系统的的主要功能是完成与上位机的串行通讯和实现对步进电机的速度控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种仿真机器人的肘关节活动控制方法，包括控制系统、硬件系统的组成和控制系统软件结构设计；其特征在于：所述控制系统结构分三级，PC机为第一级，主单片机为第二级，从单片机为第三级；PC机控制系统包括仿真机器人控制界面和串行通讯程序两部分，通过PC机的COM2口将各种控制命令和数据发送给主单片机；基于上述思路构造了一种三级结构多CPU并行工作方式的电气控制系统；第一级计算机选用工业级嵌入式PC机，主要完成机器人路径规划、正向运动学和逆向运动学的计算；然后把计算结果通过RS--232C串行口送给下一级计算机；第二级计算机一方面接收到PC机下发的命令信息(如示教方式、自动方式、状态查询等)或各关节旋转角度数据后，立即转发给下一级计算机执行；另一方面它还具有独立的下位机手动示教键盘接口功能。第三级计算机通过内部并行数据总线和握手信号按约定的逻辑关系进行数据通信，它主要接收上一级计算机发来的命令和数据，然后控制对应关节电动机旋转相应的角度，驱动仿真机器人手指到达所要求的位置；所述控制系统软件结构设计，包括上位机应用程序和下位机应用程序两部分。
2.如权利要求1所述的仿真机器人的肘关节活动控制方法，其特征在于：所述硬件系统的组成包括上位机控制系统和下位机控制系统；所述上位机控制系统是PC机与下位单片机之间的桥梁，是整个机器人控制系统的核心部分，其主要功能包括与PC机、下位单片机之间的通讯控制，数据的处理与存储，轨迹插补，以及对系统的实时监控；所述下位机控制系统的主要功能是实现对步进电机的调速控制、与上位单片机的通讯及完成行程开关信号调理；步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机控制驱动系统；驱动步进电机方法为变频信号源为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大驱动步进电机的转动。
3.如权利要求1所述的仿真机器人的肘关节活动控制方法，其特征在于：所述上位机应用程序的软件设计包括：上位机利用自身所带的串行口与PC机的通讯程序，以及通过异步通讯接收发送器进行的上位机与下位机之间的通讯程序；所述下位机应用程序的软件设计主要包括下位机与上位机的串行通讯子程序和下位机对步进电机，下位机控制系统的的主要功能是完成与上位机的串行通讯和实现对步进电机的速度控制。
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