一種三自由度機械臂運動控制裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天管路裝配技術(shù)領域，尤其涉及一種三自由度機械臂運動控制裝 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械臂配合實現(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械臂的空間位置和姿態(tài)并由外部控制器進行控制。
[0003] 但由于龍門架和若干個機械臂的空間相對比較分散，傳統(tǒng)的伺服和電機分離的控 制方式，需要大量的配線，造成實際控制的效率極低；并且傳統(tǒng)的運動控制卡功能單一，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械臂運動控制裝置，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，能夠直接安裝在機械臂的結(jié)構(gòu)本體上，方便對機械臂進行運動控制。
[0005] -種三自由度機械臂運動控制裝置，所述裝置包括ARM處理器，供電模塊，運動控 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 自由度機械臂的運動控制；
[0007] 所述供電模塊采用分級轉(zhuǎn)換的方式，由外部獨立開關電源提供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] 所述運動控制模塊和伺服驅(qū)動模塊的應用對象均為步進伺服電機；
[0009] 所述運動控制模塊包含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的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，以實現(xiàn)單軸運動和三軸聯(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警信號，來自伺服的開關量輸入信號，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備進行通信；
[0012] 所述開關量信號輸入輸出模塊包含光耦隔離輸入單元和達靈頓管輸出單元，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 夠直接安裝在機械臂的結(jié)構(gòu)本體上，方便對機械臂進行運動控制。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實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)明的一些實施例，對于本 領域的普通技術(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)明實施例所提供三自由度機械臂運動控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒?發(fā)明的實施例，本領域普通技術(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施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0017] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述，如圖1所示為本發(fā)明實施 例所提供三自由度機械臂運動控制裝置的結(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 自由度機械臂的運動控制；
[0019] 所述供電模塊采用分級轉(zhuǎn)換的方式，由外部獨立開關電源提供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，外部獨立開關電源提供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] 所述運動控制模塊和伺服驅(qū)動模塊的應用對象均為步進伺服電機；
[0021] 所述運動控制模塊包含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的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，根據(jù)運動控制算法，由所述ARM處理 器的內(nèi)部定時器??Μ1、??Μ4、??Μ8實現(xiàn)，可以實現(xiàn)單軸運動和三軸聯(lián)動。具體實現(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警信號，來自伺服的開關量輸入信號，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備進行通信；
[0024] 所述開關量信號輸入輸出模塊包含光耦隔離輸入單元和達靈頓管輸出單元，具 體包括8路輸入信號和5路輸出信號。具體實現(xiàn)中，ARM處理器經(jīng)16路總線驅(qū)動芯片 SN74ALVC164245,主要實現(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達林頓管 可增強帶負載能力。
[0025] 在具體實現(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