一種三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天管路裝配技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在航天管路裝配中，涉及到三自由度機(jī)械臂的空間姿態(tài)調(diào)整，裝配平臺一般 由龍門架移動臺和若干個三自由度機(jī)械臂配合實(shí)現(xiàn)空間管路的位置和姿態(tài)調(diào)整，由離線編 程系統(tǒng)規(guī)劃出若干個三自由度機(jī)械臂的空間位置和姿態(tài)并由外部控制器進(jìn)行控制。
[0003] 但由于龍門架和若干個機(jī)械臂的空間相對比較分散，傳統(tǒng)的伺服和電機(jī)分離的控 制方式，需要大量的配線，造成實(shí)際控制的效率極低；并且傳統(tǒng)的運(yùn)動控制卡功能單一，控 制精度低，通信方式多為有線方式，不可避免的大量的人工插拔線纜的問題，造成裝配過程 效率低，自動化程度低等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝置，能夠解決繁瑣的配線和 人工插拔等操作規(guī)程不足的問題，且功能高度集中，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便于在結(jié)構(gòu)狹小的位置 安裝，能夠直接安裝在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)本體上，方便對機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動控制。
[0005] -種三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝置，所述裝置包括ARM處理器，供電模塊，運(yùn)動控 制模塊，伺服驅(qū)動模塊，無線通信模塊，F(xiàn)LASH模塊，JTAG調(diào)試模塊和開關(guān)量信號輸入輸出 模塊，其中：
[0006] 所述ARM處理器與其他各個模塊連接，由所述ARM處理器驅(qū)動其他模塊完成對三 自由度機(jī)械臂的運(yùn)動控制；
[0007] 所述供電模塊采用分級轉(zhuǎn)換的方式，由外部獨(dú)立開關(guān)電源提供24V直流電源，并 通過內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換模塊和轉(zhuǎn)換芯片分級轉(zhuǎn)換為5V和3. 3V電源，分別為其他各模塊供 電；
[0008] 所述運(yùn)動控制模塊和伺服驅(qū)動模塊的應(yīng)用對象均為步進(jìn)伺服電機(jī)；
[0009] 所述運(yùn)動控制模塊包含PWM輸出單元和方向控制單元，所述PWM輸出單元輸出3 路PWM波輸出信號，所述方向控制單元輸出3路方向控制信號，3路PWM波輸出信號和3路 方向控制信號分別用于控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動和三軸聯(lián)動；
[0010] 所述的伺服驅(qū)動模塊包含伺服供電模塊和伺服輸入輸出信號單元，所述伺服供電 模塊包含3路伺服供電電路，所述伺服輸入輸出信號單元包含3路伺服輸入輸出信號，其 中，伺服輸入信號為伺服報(bào)警信號，來自伺服的開關(guān)量輸入信號，并采用光耦隔離輸入電路 接入所述ARM處理器中；伺服輸出信號為伺服使能信號，由所述ARM處理器經(jīng)繼電器驅(qū)動輸 出；
[0011] 所述無線通信模塊能與其他同類型的無線通信設(shè)備進(jìn)行通信；
[0012] 所述開關(guān)量信號輸入輸出模塊包含光耦隔離輸入單元和達(dá)靈頓管輸出單元，具體 包括8路輸入信號和5路輸出信號。
[0013] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，該裝置能夠解決繁瑣的配線和人工插拔 等操作規(guī)程不足的問題，且功能高度集中，結(jié)構(gòu)緊湊小巧，便于在結(jié)構(gòu)狹小的位置安裝，能 夠直接安裝在機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)本體上，方便對機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動控制。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0015] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施 例所提供三自由度機(jī)械臂運(yùn)動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置包括ARM處理器，供電模 塊，運(yùn)動控制模塊，伺服驅(qū)動模塊，無線通信模塊，F(xiàn)LASH模塊，JTAG調(diào)試模塊和開關(guān)量信號 輸入輸出模塊，其中：
[0018] 所述ARM處理器與其他各個模塊連接，由所述ARM處理器驅(qū)動其他模塊完成對三 自由度機(jī)械臂的運(yùn)動控制；
[0019] 所述供電模塊采用分級轉(zhuǎn)換的方式，由外部獨(dú)立開關(guān)電源提供24V直流電源，并 通過內(nèi)部的電壓轉(zhuǎn)換模塊和轉(zhuǎn)換芯片分級轉(zhuǎn)換為5V和3. 3V電源，分別為其他各模塊供電； 具體來說，外部獨(dú)立開關(guān)電源提供24V直流電源，通過電壓轉(zhuǎn)換模塊MJWI 10-24S05轉(zhuǎn)換成 5V電源，再通過TPS7333將5V轉(zhuǎn)換為3. 3V電源，其中24V電源同時為伺服提供電源，所以 要求驅(qū)動電機(jī)的電源為直流24V供電；3. 3V電源為ARM處理器提供電源；5V電源為其他電 路的芯片提供電源；
[0020] 所述運(yùn)動控制模塊和伺服驅(qū)動模塊的應(yīng)用對象均為步進(jìn)伺服電機(jī)；
[0021] 所述運(yùn)動控制模塊包含PWM輸出單元和方向控制單元，所述PWM輸出單元輸出3 路PWM波輸出信號，所述方向控制單元輸出3路方向控制信號，3路PWM波輸出信號和3路 方向控制信號分別用于控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，根據(jù)運(yùn)動控制算法，由所述ARM處理 器的內(nèi)部定時器??Μ1、??Μ4、??Μ8實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)單軸運(yùn)動和三軸聯(lián)動。具體實(shí)現(xiàn)中，脈沖 和方向信號直接由ARM處理器輸出，外部采用SN75176芯片將單端信號轉(zhuǎn)換為差分信號，從 而抑制共模干擾，提供信號傳輸性能，降低系統(tǒng)電磁輻射；
[0022] 所述的伺服驅(qū)動模塊包含伺服供電模塊和伺服輸入輸出信號單元，所述伺服供電 模塊包含3路伺服供電電路，所述伺服輸入輸出信號單元包含3路伺服輸入輸出信號，其 中，伺服輸入信號為伺服報(bào)警信號，來自伺服的開關(guān)量輸入信號，并采用光耦隔離輸入電路 接入所述ARM處理器中；伺服輸出信號為伺服使能信號，由所述ARM處理器經(jīng)繼電器驅(qū)動輸 出；
[0023] 所述無線通信模塊能與其他同類型的無線通信設(shè)備進(jìn)行通信；
[0024] 所述開關(guān)量信號輸入輸出模塊包含光耦隔離輸入單元和達(dá)靈頓管輸出單元，具 體包括8路輸入信號和5路輸出信號。具體實(shí)現(xiàn)中，ARM處理器經(jīng)16路總線驅(qū)動芯片 SN74ALVC164245,主要實(shí)現(xiàn)IO信號和STM32信號的電平轉(zhuǎn)換。輸入電路采用光耦隔離電路， 輸入公共端COM可根據(jù)外接信號量特征選擇共陰或者共陽接法，優(yōu)選光耦芯片TLP290-4， 所述的光耦電路外部輸入端至少包含一個分壓電阻，一個限流電阻，內(nèi)容輸入端包含一個 上拉至3. 3V的電阻，接入ARM處理器中；輸出電路需要驅(qū)動繼電器，經(jīng)過ULN2803達(dá)林頓管 可增強(qiáng)帶負(fù)載能力。
[0025] 在具體實(shí)現(xiàn)中，上述的ARM處理器可以采用STM32處理器，具體為STM32F103VC， STM31F103系列微控制器以ARM ?的CortexTM-M3為內(nèi)核。ARM的CortexTM-M3處理器是最 新一代的嵌入式ARM處理器，它為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供了低成本的平臺、縮減的引腳數(shù)目、 降低的系統(tǒng)功耗，同時