本發(fā)明涉及無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種在四旋翼無(wú)人機(jī)上搭載的六自由度機(jī)械手。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有無(wú)人機(jī)搭載的機(jī)械手多為低自由度機(jī)械手，靈活性不夠，姿態(tài)少。機(jī)械手多為開(kāi)環(huán)控制，控制精度不好，并且使用遙控器的控制通道太多限制了遙控器實(shí)現(xiàn)更多功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種六自由度機(jī)械手，具有控制靈活，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)多的特點(diǎn)，理論上可以以任意姿態(tài)到達(dá)可達(dá)范圍中的任意一個(gè)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種六自由度機(jī)械手，應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙控器的旋鈕和開(kāi)關(guān)兩個(gè)通道進(jìn)行控制，包括第一到第六共6個(gè)舵機(jī)和4個(gè)角度傳感器S，其中底部的舵機(jī)為第一舵機(jī)，從底部到手爪的舵機(jī)依次為第一到第六舵機(jī)，其中第一到第四舵機(jī)控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，第五、第六舵機(jī)控制手爪的旋轉(zhuǎn)和抓取。

進(jìn)一步的，初始狀態(tài)時(shí)STM32芯片對(duì)外輸出選擇為0，向上撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即控制舵機(jī)的號(hào)碼加1，向下?lián)軇?dòng)開(kāi)關(guān)即控制舵機(jī)號(hào)向下減1。

進(jìn)一步的，無(wú)人機(jī)遙控器旋鈕的最左和最右的位置分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行舵機(jī)的0-180度的角度位置，通過(guò)旋轉(zhuǎn)遙控器的旋鈕就可控制舵機(jī)位置。

進(jìn)一步的，調(diào)整好一個(gè)舵機(jī)后再重復(fù)上面的過(guò)程調(diào)整下一個(gè)要調(diào)整的舵機(jī)，調(diào)整完第一到第四舵機(jī)4個(gè)舵機(jī)的狀態(tài)讓機(jī)械手做出一個(gè)固定的姿態(tài)，而選擇第五、第六舵機(jī)則可實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)和抓取。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的六自由度機(jī)械手裝配圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

圖3為本發(fā)明的通道選擇框圖。

圖4為本發(fā)明的程序流程框圖。

(注意：附圖中的所示結(jié)構(gòu)只是為了說(shuō)明發(fā)明特征的示意，并非是要依據(jù)附圖所示結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

根據(jù)發(fā)明所述的六自由度機(jī)械手，應(yīng)用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。所述無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括遙控器、接收機(jī)、STM3芯片、六自由度機(jī)械手。

如圖1所示，假設(shè)機(jī)械臂的底部的舵機(jī)為第一舵機(jī)1，從底部到手爪的舵機(jī)依次為第一到第六舵機(jī)1-6。其中第一到第四舵機(jī)1-4控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，第五、第六舵機(jī)5、6控制手爪的旋轉(zhuǎn)和抓取。系統(tǒng)整體上電初始化后，遙控器接通接收機(jī)并且STM32芯片接收到信號(hào)，這時(shí)STM32對(duì)外輸出選擇為0。向上撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即控制舵機(jī)的號(hào)碼加1，向下?lián)軇?dòng)開(kāi)關(guān)控制舵機(jī)號(hào)向下減1，程序已經(jīng)控制選擇舵機(jī)的限制。選擇好準(zhǔn)備控制的舵機(jī)后，再旋轉(zhuǎn)旋鈕，旋鈕的最左和最右的位置分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行舵機(jī)的0-180度的角度位置，這樣旋轉(zhuǎn)旋鈕就可以控制舵機(jī)位置。調(diào)整好一個(gè)舵機(jī)后再重復(fù)上面的過(guò)程調(diào)整下一個(gè)要調(diào)整的舵機(jī)，調(diào)整完第一到第四舵機(jī)4個(gè)舵機(jī)1-4的狀態(tài)就讓機(jī)械臂做出一個(gè)固定的姿態(tài)，而選擇第五、第六舵機(jī)5、6則可以實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)和抓取。

如圖2所示，遙控器向接收機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，接收機(jī)接到信號(hào)后就會(huì)在固定引腳上發(fā)出PWM波，利用STM32芯片捕獲脈沖功能捕獲接收機(jī)發(fā)出的信號(hào)。

如圖3、4所示，STM32芯片將捕獲的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)作為通道選擇信號(hào)：由于遙控器開(kāi)關(guān)有三個(gè)檔位，每個(gè)檔位對(duì)應(yīng)著固定的信號(hào)頻率，這樣STM32芯片可以根據(jù)接收到的信號(hào)頻率不同來(lái)區(qū)分不同的檔位。開(kāi)關(guān)中間位置作為原始位置，向上撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即控制舵機(jī)的號(hào)碼加1，向下?lián)軇?dòng)開(kāi)關(guān)控制舵機(jī)號(hào)向下減1。通過(guò)編寫程序控制選擇舵機(jī)的限制，對(duì)于上述采用六個(gè)舵機(jī)1-6的情況，當(dāng)控制的舵機(jī)為第六舵機(jī)6時(shí)，向上撥動(dòng)開(kāi)關(guān)舵機(jī)號(hào)不再加，同理舵機(jī)號(hào)為0時(shí)即初始化時(shí)沒(méi)有選擇舵機(jī)狀態(tài)，舵機(jī)號(hào)也不再減1。

用遙控器的一個(gè)旋鈕控制PWM脈沖輸出，旋鈕的左極限位置和右極限位置分別對(duì)應(yīng)執(zhí)行舵機(jī)的0-180度的角度位置，中間只需STM32芯片把接收到信號(hào)通過(guò)比例關(guān)系計(jì)算后輸出預(yù)要達(dá)到的控制舵機(jī)位置的信號(hào)即可。這樣轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí)就可以控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)角度轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變量由根據(jù)比例關(guān)系設(shè)定，旋鈕對(duì)應(yīng)接收機(jī)輸入的脈沖寬度作為自變量，STM32芯片輸出的角度的變量作為因變量，那么STM32芯片對(duì)捕獲的脈沖寬度設(shè)定的周期越短，輸出的角度的變量也對(duì)應(yīng)越小，進(jìn)而控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的變量越小。

這樣通過(guò)遙控器的兩個(gè)通道就可以實(shí)現(xiàn)選著不同的舵機(jī)并控制其旋轉(zhuǎn)的位置的功能，多舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)組合就可讓機(jī)械臂做出固定的姿態(tài)。

進(jìn)一步的，機(jī)械臂的角度傳感器S與舵機(jī)輸出軸相連。利用STM32芯片的ADC功能讀取角度傳感器S返回的數(shù)值，再將數(shù)值轉(zhuǎn)化為角度值。通過(guò)遇限削弱積分法PID算法得出控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的頻率。這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械臂的閉環(huán)控制，使控制舵機(jī)的位置更加精確。

根據(jù)本發(fā)明所述的六自由度機(jī)械手，具有以下特點(diǎn)：

(1)通過(guò)無(wú)人機(jī)搭載六自由度機(jī)械手可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)目標(biāo)物的抓取，由于六自由度機(jī)械手實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的多樣性，抓取時(shí)操作更靈活、方便。

(2)只用遙控器上的一個(gè)旋鈕、一個(gè)開(kāi)關(guān)即實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手六個(gè)舵機(jī)的控制，極大地節(jié)約了遙控器的控制資源，為遙控器實(shí)現(xiàn)更多的功能奠定了條件。

(3)在舵機(jī)上加角度傳感器S實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，進(jìn)而達(dá)到精準(zhǔn)控制舵機(jī)的位置。

以上所述，僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。