关于小型机械臂硬件设计
2022-09-17 10:42:12 鸿协机械网
2017-05-17 19:50:24来源： 贤集网
本次设计的小型机械臂，在码垛机器人的基础上做了改进，具有四个自由度。主要从机械结构、主控、步进电机和颜色传感器四个方面介绍该系统的硬件设计。
机械结构
本设计的小型机械臂，机械结构参考码垛机器人的设计，并在其上做了改进。整个机械臂结构分为腰部、大臂、小臂、腕部，机器臂运动。机械臂具有四个自由度，可以实现4种运动:腰部旋转、大臂上下运动、小臂前后运动和机械臂腕部回转运动。在机械臂的肩部，串联两个平行四边形结构，使得其腕关节旋转轴时钟与地面垂直。采用这样的设计达到搬运物体时，被抓物体始终处于水平状态的目的。本设计与现有小型化机械臂相比，具有以下优点，结构简单、零件使用少、安装简单、占地面积小。
主控
本设计的小型机械臂，使用STM32F10x作为微控制器。STM32芯片具有嵌入式领域较为领先的cortex－M3内核，其中16位的Thumb－2指令集能够实现32位的性能的代码密度，6个CPU周期的实现只需要简单的乘除法指令，内置的中断器也较为快速，中断间的延迟时间减少。其功耗率较低，但性能却未较低，只需要用一个USB线接到电脑USB接口上就可以正常工作。为了使输出电压更好的稳定输出，分别在稳压芯片前后两端加上去耦电容过滤掉噪声和毛刺。
步进电机
步进电机是将电脉冲信号转换成相应的角位移或者直线位移的电机。电机每收到一个电脉冲信号，就会相应地转动一个角度，其运行形式为步进式。在步进电机的负载能力范围内，其输出线位移量或角位移量与接收的脉冲数成正比，线速度或转速与脉冲的频率成正比，而且不受负载、电压等外界因素影响。步进电机每转动一周，都有确定的步数，在没有失步的情况下，步距误差不会长时间积累。步进电机还有控制性能好的优点，在开环系统中，可以简单地通过改变脉冲的频率调节电机的转速，并且能够进行启动、制动和反转。有些步进电机在停止供电的状态下还有定位转矩，有的可以在停机后具有自锁能力，不需要机械制动装置等。当加入速度和位置装置后，步进电机可以构成闭环控制系统。
颜色传感器
目前，市面上有两种类型的传感器，一种是ＲGB颜色传感器，检测三刺激值，另一种是色差传感器，检测物体颜色与标准色的色差。本设计的小型机械臂，采用可编程彩色光到频率的转换器TCS230作为颜色传感器。它内部单一的CMOS电路上集成了可配置的硅光电二极管与电流频率转换器，同时在单一芯片上还有红、绿、蓝(ＲGB)3种滤光器。TCS230输出的是数字量信号，可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，所以可直接与微处理器或其他逻辑电路相连接。也正是其数字量的输出，以及能实现每个彩色信道转换精度高达10位以上的以及2－500kHz的响应频率，使得电路不再需要A/D转换电路，变得更加简单，而且大大提高了该芯片的抗噪声性能。现如今，TCS230颜色传感器广泛运用在色彩测量、打印控制、人工视觉以及光线检测等领域。