CN203465865U - 二自由度机械手控制实验仪 - Google Patents

Abstract

一种二自由度机械手控制实验仪，包括实验仪本体以及机械手，所述实验仪本体内部设置有控制模块和供电模块（1）；所述控制模块包括555定时电路模块（2），所述555定时电路模块（2）的信号输出端与施密特触发器（3）的信号输入端电连接，所述施密特触发器（3）的信号输出端与比较器（4）的信号输入端电连接，所述比较器（4）的信号输出端与放大器（5）的信号输入端电连接，所述放大器（5）的信号输出端与所述机械手的舵机（6）的信号输入端电连接，以使所述555定时电路模块（2）控制所述机械手运动。本实用新型的二自由度机械手控制实验仪，产生的方波波形稳定，机械手运动平稳，控制精度高。

Description

二自由度机械手控制实验仪

技术领域

本实用新型属于教学实验仪器领域，特别涉及一种二自由度机械手控制实验仪。 

背景技术

机械手控制实验仪是一种以步进电动机或舵机为主要控制对象的受控实验设备，主要是用于各大专院校电气自动化等相关专业学生学习，掌握步进电动机或舵机的启动精确定位、转速控制等试验与培训。 

机械手控制实验仪具有多种形式，包括四自由度的圆柱坐标机械手、三自由度多关节机械手和二自由度的直角坐标机械手等，每个自由度分别由步进电动机或舵机驱动，通过可编程序控制器或计算机通过相应的控制卡对其实施控制。 

现有的二自由度机械手控制实验仪，通常是由单片机或者555定时电路模块通过控制产生不同频率、不同占空比的方波，从而控制机械手的移动和夹持。当二自由度机械手控制实验仪采用555定时电路模块控制时，由于555定时电路模块的固有特性，产生的方波波形不稳定、抖动大，机械手运动不平稳，控制精度低。 

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术的二自由度机械手控制实验仪采用555定时电路模块控制时产生的方波波形不稳定、抖动大，机械手运动不平稳，控制精度低的问题，而提供一种方波波形稳定，机械手运动平稳，控制精度高的二自由度机械手控制实验仪。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 

一种二自由度机械手控制实验仪，包括实验仪本体以及与所述实验仪器本体电连接、并由所述实验仪本体控制的机械手,所述实验仪本体内部设置有： 

控制模块，控制所述二自由度机械手控制实验仪的运行，驱动所述机械手运动； 

供电模块，为所述二自由度机械手控制实验仪提供电源； 

所述控制模块包括555定时电路模块，所述555定时电路模块的信号输出端与施密特触发器的信号输入端电连接，所述施密特触发器的信号输出端与比较器的信号输入端电连接，所述比较器的信号输出端与放大器的信号输入端电连接，所述放大器的信号输出端与所述舵机的信号输入端电连接，以使所述555定时电路模块控制所述机械手运动。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述555定时电路模块包括四个阻值可调的电位器。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述舵机的旋转角度为0～180°，所述舵机的驱动电压为4.8～6V。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述舵机的驱动电压为5V时，转速为0.15s/60°。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述控制模块还具有程序升级接口。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述程序升级接口为航空插头式接口。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，所述实验仪本体的外部具有控制面板。 

上述二自由度机械手控制实验仪中，还包括显示所述二自由度机械手控制实验仪工作状态的显示模块，所述显示模块与所述放大器的信号输出 端电连接；所述控制面板上设置有显示屏。 

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点： 

（1）本实用新型提供的二自由度机械手控制实验仪，包括实验仪本体以及与实验仪器本体电连接、并由实验仪本体控制的机械手，实验仪本体内部设置有控制模块和供电模块；其中控制模块包括555定时电路，555定时电路模块的信号输出端与施密特触发器的信号输入端电连接，施密特触发器的信号输出端与比较器的信号输入端电连接，比较器信号输出端与放大器的信号输入端电连接，放大器的信号输出端与机械手的舵机的信号输入端电连接。经过施密特触发器、比较器和放大器对555定时电路模块产生波形的整形，方波波形稳定，抖动很小，机械手运动平稳，控制精度高。 

（2）本实用新型提供的二自由度机械手控制实验仪，其中控制模块还集成有单片机，通过单片机或555定时电路对机械手进行左右移和抓紧放松的控制，可用来模拟工业机械手的操作模式，使操作人员更容易理解工业的机械化操作，同时加深对555定时电路的使用以及比较器、放大器、译码器应用电路的理解，并且初步认识单片机编程的应用，可用于数字电路、模拟电路、单片机基础教学的使用，而且将机械用途的机械手等比简单的做成模型，同时采用两轴机械手更加接近于工业机械化，采用两种控制方式，使本实用新型的实验仪可应用于多种课程设计。 

（3）本实用新型提供的二自由度机械手控制实验仪，控制模块还具有程序升级接口，将程序升级接口引出，使得后期设备程序的更新、操作人员对程序的改写都非常方便，只需要用一个简单电路就可以更新程序而不需要任何仿真下载器，也不需要将设备拆开，并且将插口设计成航空插头的模式，大大提高了升级接口的稳定性以及安全性。 

（4）本实用新型提供的二自由度机械手控制实验仪，其中555定时电路包括四个阻值可调的电位器，能够对555定时电路产生的方波进行微调，进一步调整波形的占空比，提高控制可靠性和精确度。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中 

图1是本实用新型二自由度机械手控制实验仪的电路原理示意图； 

图2是本实用新型二自由度机械手控制实验仪的控制模块电路图； 

图3是本实用新型二自由度机械手控制实验仪控制模块采用555定时电路的原理示意图。 

图中附图标记表示为：1-供电模块，2-555定时电路模块，3-施密特触发器，4-比较器，5-放大器，6-舵机，8-显示模块。 

具体实施方式

如图1-3所示，是本实用新型二自由度机械手控制实验仪的优选实施例。所述二自由度机械手控制实验仪主要用于模拟电路产生频率信号以及单片机产生的频率信号，分别来控制机械手的移动夹持等动作。 

所述二自由度机械手控制实验仪包括实验仪本体以及与所述实验仪器本体电连接、并由所述实验仪本体控制的机械手,所述实验仪本体内部设置有控制模块、显示模块8和供电模块1。所述实验仪本体的外部具有控制面板，所述控制面板上设置有显示屏9，所述显示屏9能够显示所述机械手的工作状态。 

所述控制模块控制所述二自由度机械手控制实验仪的运行，驱动所述机械手运动；所述显示模块8与所述放大器5的信号输出端电连接，显示所述二自由度机械手控制实验仪的工作状态；所述供电模块1为所述二自由度机械手控制实验仪提供电源。 

所述控制模块包括555定时电路模块2，所述555定时电路模块2的信号输出端与施密特触发器3的信号输入端电连接，所述施密特触发器3的信号输出端与比较器4的信号输入端电连接，所述比较器4的信号输出端与放大器5的信号输入端电连接，所述放大器5的信号输出端与所述机械手的舵机6的信号输入端电连接，以使所述555定时电路模块2控制所述机械手运动。 

所述555定时电路模块2包括四个阻值可调的电位器Vr1-Vr4，用于微调所述555定时电路模块产生的波形。 

所述舵机6的旋转角度为0～180°，所述舵机6的驱动电压为4.8～6V。驱动所述舵机6转动需要20ms的方波，当其正脉冲为2ms的时候，所述舵机6向左转动，当其正脉冲为1ms的时候，所述舵机6向右转动。在本实施例中，所述舵机6的驱动电压为5V时，转速为0.15s/60°。 

所述控制模块还具有程序升级接口，且所述程序升级接口为航空插头式接口。 

本实用新型的所述二自由度机械手控制实验仪能够实现机械手的夹紧、放松、左移、右移以及夹紧、放松、左移、右移的缓慢移动形式。 

本实用新型的所述二自由度机械手控制实验仪的操作过程详述如下： 

如图3所示，将所述机械手的四个测试孔根据丝印对应接到所述555定时电路模块2控制部分的四个测试孔，OUT端与IN端用D2测试线连接起来，恒流源控制端与C1连接起来，555芯片的6脚（阈值输入）与2脚（触发输入）相连然后接到C1,5脚（控制电压）接到C2，VCC与+12V连接，555芯片的GND与下端GND相连，输出端与恒流源控制端相连。加紧放松扭子开关下左上接Vr1，左下接Vr2，右接下方夹持控制端。左右移扭子开关下方左上接Vr3，左下接Vr4，右接下方移动控制端。连接好上电，等待10s之后所述显示屏9进入显示状态之后开始操作，扭子开关控制所述机械手的左右移以及夹紧放松，如果所述机械手移动不正常可以尝试微调四个电位器。所述显示屏9可以显示当前状态。 

在其他实施例中，所述控制模块上还同时集成有单片机，操作人员可以根据使用需要，选择单片机控制机械手运动或者555定时电路控制机械手运动。在利用单片机控制机械手运动时，将机械手上四个测试孔对应接到单片机控制部分的测试孔即可，将扭子开关拨到需要的状态按红色按钮控制机械手抓紧放松，绿色按钮控制左右移动。 

在其他实施例中，如果实验仪没有显示要求，也可以不设置显示模块和显示屏。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。 

Claims (8)

1.一种二自由度机械手控制实验仪，包括实验仪本体以及与所述实验仪器本体电连接、并由所述实验仪本体控制的机械手,所述实验仪本体内部设置有： 

控制模块，控制所述二自由度机械手控制实验仪的运行，驱动所述机械手运动； 

供电模块（1），为所述二自由度机械手控制实验仪提供电源； 

其特征在于： 

所述控制模块包括555定时电路模块（2），所述555定时电路模块（2）的信号输出端与施密特触发器（3）的信号输入端电连接，所述施密特触发器（3）的信号输出端与比较器（4）的信号输入端电连接，所述比较器（4）的信号输出端与放大器（5）的信号输入端电连接，所述放大器（5）的信号输出端与所述机械手的舵机（6）的信号输入端电连接，以使所述555定时电路模块（2）控制所述机械手运动。 

2.根据权利要求1所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所述555定时电路模块（2）包括四个阻值可调的电位器。 

3.根据权利要求2所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所述舵机（6）的旋转角度为0～180°，所述舵机（6）的驱动电压为4.8～6V。 

4.根据权利要求3所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所述舵机（6）的驱动电压为5V时，转速为0.15s/60°。 

5.根据权利要求1-4任一所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所述控制模块还具有程序升级接口。 

6.根据权利要求5所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所 述程序升级接口为航空插头式接口。 

7.根据权利要求6所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：所述实验仪本体的外部具有控制面板。 

8.根据权利要求7所述的二自由度机械手控制实验仪，其特征在于：还包括显示所述二自由度机械手控制实验仪工作状态的显示模块（8），所述显示模块（8）与所述放大器（5）的信号输出端电连接；所述控制面板上设置有显示屏（9）。 

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