不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于多關(guān)節(jié)機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]1、現(xiàn)在市場上的多關(guān)節(jié)機器人，都采用伺服電機+減速機的傳動方法，以達到降低輸出速度提高輸出扭矩的功能。
[0003]2、由于多關(guān)節(jié)機器人對傳動精度要求很高，所以減速機的機械傳動誤差必須控制在“Mi”級范圍內(nèi)。國產(chǎn)的減速機達不到這個水平，滿足不了和多關(guān)節(jié)機器人配套的要求。
[0004]3、目前國產(chǎn)多關(guān)節(jié)機器人的傳動部件，絕大多數(shù)都采用進口的高性能伺服電機和高精度諧波或RV減速機，價格昂貴。兩個關(guān)鍵部件就占了整個多關(guān)節(jié)機器人生產(chǎn)成本的50%。
[0005]4、高性能伺服電機和高精度減速機已經(jīng)成了制約國內(nèi)多關(guān)節(jié)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、精度更高的不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)。
[0007]本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，包括電機、機械臂，所述的電機的轉(zhuǎn)子軸由前軸和后軸組成，該電機的前軸與機械臂相連接，電機的后軸上裝有編碼器，編碼器的信號輸出線與電子閉環(huán)控制器的信號輸入接口相連接，電機的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器的輸入電纜線與電源線相連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的電子閉環(huán)控制器內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機，PIC16F877單片機通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PffM幅度和方向信號模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機相連，電機通過其后軸上所相連的編碼器將反饋信號傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接。
[0009]作為優(yōu)選，所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機的I/O相連。
[0010]作為優(yōu)選，所述的PIC16F877單片機通過無線通信方式與PC機相連。
[0011]本實用新型的有益效果為:機電一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)超越了現(xiàn)有市場上所有用伺服電機+減速機結(jié)構(gòu)傳動的技術(shù)水平，使多關(guān)節(jié)機器人的傳動系統(tǒng)精度達到一個新的高度，特別適用于高精度傳動設(shè)備的運行工況需要，可廣泛應(yīng)用于汽車、電焊、搬運、堆架、機床、機械加工、紡織、印染、印刷、包裝、冶金、醫(yī)療、傳動等行業(yè)，具有很大的應(yīng)用價值和應(yīng)用市場。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的電機結(jié)構(gòu)和運行原理示意圖。
[0013]圖2是本實用新型的電子閉環(huán)控制器系統(tǒng)和運行原理示意圖。
[0014]圖3是本實用新型的電子閉環(huán)控制器驅(qū)動電機及機械臂示意圖。
[0015]圖4是本實用新型的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖中的標號分別為:1、電機;2、編碼器;3、電子閉環(huán)控制器;4、機械臂；11、前軸；12、后軸。
【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本實用新型做詳細的介紹:如附圖1至4所示，本實用新型包括電機1、機械臂4，所述的電機I的轉(zhuǎn)子軸由前軸11和后軸12組成，該電機的前軸11與機械臂4相連接，電機的后軸12上裝有編碼器2，編碼器2的信號輸出線與電子閉環(huán)控制器3的信號輸入接口相連接，電機I的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器3的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器3的輸入電纜線與電源線相連接。
[0018]所述的電機I為低速大轉(zhuǎn)矩伺服電機，該電機I的特點在于:既具有高性能伺服電機的響應(yīng)快、恒轉(zhuǎn)矩、控制精度高、過載能力強、運行速度穩(wěn)的特點，又具有諧波和RV減速機那種轉(zhuǎn)速低、扭矩大、傳動精密的特點，可以滿足機器人多關(guān)節(jié)手臂運動的特定工況需要，簡化和替代傳統(tǒng)機器人多關(guān)節(jié)用的高性能伺服電機+精密減速機的傳動方式。
[0019]電子閉環(huán)控制器3內(nèi)裝有多關(guān)節(jié)機器人手臂的傳動程序，電子閉環(huán)控制器3可存儲控制程序和運行數(shù)據(jù)，可驅(qū)動和控制電機I的運轉(zhuǎn)變化;能接受電機I的后軸12上編碼器2輸出的轉(zhuǎn)子反饋信號；能自動檢測、計算、比較電機I上編碼器反饋信號的數(shù)據(jù)與存儲在電子閉環(huán)控制器中的運行參數(shù)和要求的差別；能自動改變電機的輸出轉(zhuǎn)速，來修正輸出軸的轉(zhuǎn)速和定位精度。
[0020]電子閉環(huán)控制器3通過電機轉(zhuǎn)子軸上的編碼器2反饋信號對電機I輸出轉(zhuǎn)速和定位角度進行閉環(huán)控制，使電機輸出軸的轉(zhuǎn)速和定位角度達到程序所設(shè)定的精確無誤的要求。
[0021]電子閉環(huán)控制器3可按各種使用情況運行要求，自由設(shè)定和改變各種程序參數(shù)，對電機I運行情況進行閉環(huán)精確控制，進而達到對連接在電機I的前軸11上的機械臂4的運行情況進行閉環(huán)精確控制。
[0022]所述的電子閉環(huán)控制器3內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機，PIC16F877單片機通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PffM幅度和方向信號模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機I相連，電機I通過其后軸12上所相連的編碼器2將反饋信號傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接;所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機的I/O相連。
[0023]PIC16F877單片機通過數(shù)據(jù)線向LM629芯片發(fā)送位置或速度命令，設(shè)定PID控制器調(diào)節(jié)參數(shù)，并從LM629芯片中讀取速度、加速度等數(shù)值。LM629芯片輸出的脈寬調(diào)制幅度信號和方向信號直接驅(qū)動L298N功率芯片，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動電機。電機拖動機器人手臂運轉(zhuǎn)時，電機軸上的編碼器提供閉環(huán)控制所需的反饋信號(A.B.1N)，梯形圖發(fā)生器計算出位置或速度模式下所需控制的運行軌跡。
[0024]PIC16F877單片機為LM629芯片提供加速度、速度和目標位置量，在每個采樣周期用這些值來計算出新的命令和位置給定值，將其作為指令值。
[0025]由編碼器2檢測電機軸的實際位置，其輸出信號經(jīng)過LM629芯片四倍頻后進行解碼，形成位置反饋值。
[0026]指令值與反饋值的差值作為數(shù)字PID控制器校正環(huán)節(jié)的輸入，通過數(shù)PID控制器計算，LM629芯片輸出脈寬調(diào)制信號PffMM和方向信號PWMS，用于控制L298N功率芯片，進而驅(qū)動電機I運動到指定位置，再由電機I拖動機器人關(guān)節(jié)手臂達到指定位置。
[0027]LM629芯片在進行位置控制的同時，還對速度進行控制，LM629芯片在接收到主機送來的位置信號后，按梯形圖生成加速、勻速、減速的速度曲線，曲線與坐標橫幅所包圍的面積就是指定位置。
[0028]PID控制器算法中的比例、積分和微分系數(shù)有時需要進行修改，因此，將它們存儲在PIC16F877單片機的E2PR0M中，PIC16F877單片機和PC機通過無線發(fā)射和接收模塊進行串行通信。
[0029]本實用新型的運行原理為:
[0030]①電子閉環(huán)控制器3向電機I發(fā)出程序指令驅(qū)動電機I按程序要求轉(zhuǎn)動；
[0031]②電機I的前軸11拖動機器人關(guān)節(jié)手臂作上、下、左、右、前進、后退、旋轉(zhuǎn)動作；
[0032]③電機I的后軸12上的編碼器2將電機I的轉(zhuǎn)動信號反饋給電子閉環(huán)控制器3;
[0033]④電子閉環(huán)控制器3從每個反饋信號中計算出電機I的實際運行速度和位置角度；
[0034]⑤將計算出的數(shù)據(jù)與存儲在電子閉環(huán)控制器3的運行參數(shù)進行比較、自動修正，改變電機I的轉(zhuǎn)速、位置和角度的精度，達到程序所設(shè)定的精確無誤的要求；
[0035]⑥發(fā)出新的指令值給電機I，命令電機I拖動機器人關(guān)節(jié)手臂，按精確定速定位轉(zhuǎn)動。
[0036]本實用新型不局限于上述實施方式，不論在其形狀或材料構(gòu)成上作任何變化，凡是采用本實用新型所提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計，都是本實用新型的一種變形，均應(yīng)認為在本實用新型保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)，包括電機(I)、機械臂(4)，其特征在于:所述的電機(I)的轉(zhuǎn)子軸由前軸(11)和后軸(12)組成，該電機的前軸(11)與機械臂(4)相連接，電機的后軸(12)上裝有編碼器(2)，編碼器(2)的信號輸出線與電子閉環(huán)控制器(3)的信號輸入接口相連接，電機(I)的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器(3)的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器(3)的輸入電纜線與電源線相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的電子閉環(huán)控制器(3)內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機，PIC16F877單片機通過數(shù)據(jù)線和控制線與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接，LM629芯片內(nèi)的PID控制器通過PWM幅度和方向信號模塊控制于L298N功率芯片，該L298N功率芯片與電機(I)相連，電機(I)通過其后軸(12)上所相連的編碼器(2)將反饋信號傳輸至LM629芯片內(nèi)的指令位置模塊，該指令位置模塊與PID控制器相連，同時該指令位置模塊還與LM629芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制口模塊相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的LM629芯片通過6位數(shù)據(jù)線和6根控制線與PIC16F877單片機的I/O相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的PIC16F877單片機通過無線通信方式與PC機相連。
【專利摘要】本實用新型涉及一種不用減速機的機器人多關(guān)節(jié)傳動結(jié)構(gòu)，包括電機、機械臂，所述的電機的轉(zhuǎn)子軸由前軸和后軸組成，該電機的前軸與機械臂相連接，電機的后軸上裝有編碼器，編碼器的信號輸出線與電子閉環(huán)控制器的信號輸入接口相連接，電機的輸入電源線與電子閉環(huán)控制器的電源輸出接口相連接，電子閉環(huán)控制器的輸入電纜線與電源線相連接；所述的電子閉環(huán)控制器內(nèi)的控制系統(tǒng)包括LM629芯片和PIC16F877單片機；本實用新型具有傳動靈活、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、可靠性好、壽命長、價格便宜、維護工作量少、使用方便等優(yōu)點。
【IPC分類】B25J9/16
【公開號】CN205325690
【申請?zhí)枴緾N201620037005
【發(fā)明人】徐偉業(yè), 柴曉峰, 章華群
【申請人】杭州史賓納機械設(shè)備有限公司
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月15日