基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，包括底座、腰部机械臂、大臂、小臂及控制装置，腰部机械臂设在底座的上端，大臂设在腰部机械臂的上端，小臂设在大臂的前端；腰部机械臂的内腔中设有腰部机械臂驱动电机，底座上端面设有竖向的腰部转轴，腰部机械臂驱动电机的电机轴与腰部转轴转动连接；腰部机械臂的上端固设有大臂滑块，大臂的下端固设有与滑槽匹配的水平的大臂滑轨。本实用新型专利技术机械结构简单、机械传动性能可靠，采用DSP对步进电机进行控制，充分利用DSP芯片强大的信号处理能力，结合DSP的中断处理机制，保证机械臂运动定位控制的实时性和准确性；采用传感器对机械臂的三个自由度进行位置测量保证了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂
本技术属于步进电机控制
，主要涉及一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂。
技术介绍
机械手臂是机械人
中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影，尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维或二维空间上的某一点进行作业，适合现在高精度高效率的自动化生产要求。但现有的机械手臂大都结构复杂，控制精度差，亟待提高。步进电机作为驱动装置的三自由度机械手臂和机器人在工业生产中应用十分广泛，如码垛、汽车生产中无缝焊接等。步进电机具有转子惯量低、无累积误差、易于定位和精确控制等特点。但在实际应用中，由于步进电机在旋转过程中必须要经历加速、平稳和减速的过程，可能会因启动频率过大而发生失步现象或因突然停止造成过冲现象，从而产生定位误差。另一方面，稳定的运动控制硬件电路是控制步进电机有效运行的关键，目前多使用基于单片机、可编程逻辑控制器的步进电机控制系统等，但是单片机或PLC控制方案存在的数据处理速度慢、传输速度受限等缺点，无法保证数据处理速度和机械手臂的运动性能。
技术实现思路
为了解决机械手臂结构复杂、控制精度差、运动性能差的技术问题，本技术提供一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂。本技术的技术方案是：一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，包括底座、腰部机械臂、大臂、小臂及控制装置，腰部机械臂设在底座的上端，大臂设在腰部机械臂的上端，小臂设在大臂的前端；腰部机械臂的内腔中设有腰部机械臂驱动电机，底座上端面设有竖向的腰部转轴，腰部机械臂驱动电机的电机轴与腰部转轴转动连接；腰部机械臂的上端固设有大臂滑块，大臂滑块设有水平的滑槽，大臂的下端固设有与滑槽匹配的水平的大臂滑轨，大臂滑轨滑动卡装在对应的滑槽中；大臂靠近后端的上端面设有大臂驱动电机，大臂驱动电机的电机轴垂直穿入大臂的内腔中，位于大臂的内腔中的电机轴的下端套装有驱动齿轮，大臂的内腔中固设有与驱动齿轮匹配的水平设置的直齿条；大臂的前端固设有大臂固定座，小臂的下端固设有小臂下固定座，小臂下固定座通过第五转轴转动装配在大臂固定座中；小臂下固定座的上端穿装有第二转轴，第二转轴上套装有第一拉杆和第二拉杆，大臂靠近后端的上端面固设有小臂驱动电机，小臂驱动电机的电机轴套装有小臂转动架，第一拉杆的另一端通过第一转轴与小臂转动架穿装在一起；小臂的上端固设有小臂上固定座，小臂上固定座上套装有第二拉杆的另一端和转动座，转动座的一侧固定有回转座及回转座驱动电机，转动座的下端穿装有第四转轴，第四转轴套装有第三拉杆，大臂固定座的下端穿装有第六转轴，第三拉杆的另一端套装在第六转轴上；所述的腰部机械臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机均与控制装置电性连接。优选的，所述的腰部机械臂的侧壁固设有电子罗盘，腰部机械臂靠近上端的侧壁固设有位移传感器，位移传感器的伸缩杆的前端固定在大臂的侧壁；小臂转动架上固定安装有倾角传感器；电子罗盘、位移传感器及倾角传感器均与控制装置电性连接；控制装置与上位机电性连接。优选的，所述的控制装置包括DSP控制模块、腰部机械臂电机驱动器、大臂电机驱动器及小臂电机驱动器；所述的DSP控制模块采用TMS320F28335芯片，腰部机械臂电机驱动器、大臂电机驱动器及小臂电机驱动器均采用TB6560步进电机驱动器；腰部机械臂电机驱动器的U3_EN+管脚与DSP控制模块的U1_GPIO07管脚连接，U3_CW+管脚与U1_GPIO03管脚连接，U3_CLK+管脚与U1_GPIO02管脚连接；U3_A+管脚、U3_A-管脚、U3_B+管脚、U3_B-管脚均与腰部机械臂驱动电机连接；大臂电机驱动器的U5_EN+管脚与DSP控制模块的U1_GPIO08管脚连接，U5_CW+管脚与U1_GPIO05管脚连接，U5_CLK+管脚与U1_GPIO04管脚连接；U5_A+管脚、U5_A-管脚、U5_B+管脚、U5_B-管脚均与大臂驱动电机连接；小臂电机驱动器的U4_EN+管脚与DSP控制模块的U1_GPIO06管脚连接，U4_CW+管脚与U1_GPIO01管脚连接，U4_CLK+管脚与U1_GPIO00管脚连接；U4_A+管脚、U4_A-管脚、U4_B+管脚、U4_B-管脚均与腰部机械臂驱动电机连接；电子罗盘和倾角传感器均通过RS-485接口与DSP控制模块的U1_GPIO62管脚和U1_GPIO63管脚连接；位移传感器与DSP控制模块的U1_ADCINA1管脚连接。优选的，所述的电子罗盘为高精度三维电子罗盘DCM260B。优选的，所述的位移传感器为微型拉杆式直线位移传感器。本技术的有益效果是：本技术机械结构简单、机械传动性能可靠，采用DSP对步进电机进行控制，充分利用DSP芯片强大的信号处理能力，结合DSP的中断处理机制，保证机械臂运动定位控制的实时性和准确性；采用上位机对机械臂的运行速度、方向进行控制，对位置进行实时显示，可以代替目前大部分步进电机控制系统中的独立按键或者键盘，简化外围电路；采用传感器对机械臂的三个自由度进行位置测量保证了定位精度。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的电路图；图3是本技术的上位机控制界面。图4是本技术的程序流程图；图中：1为底座，2为腰部机械臂，3为大臂，4为小臂，5为腰部转轴，6为大臂滑块，7为大臂滑轨，8为小臂转动架，9为第一转轴，10为第一拉杆，11为第二转轴，12为小臂下固定座，13为第二拉杆，14为第三转轴，15为小臂上固定座，16为转动座，17为第四转轴，18为第三拉杆，19为回转座，20为第五转轴，21为第六转轴，22为大臂固定座，23为腰部机械臂驱动电机，24为大臂驱动电机，25为小臂驱动电机，26为回转座驱动电机，27为电子罗盘，28为位移传感器，29为倾角传感器，30为前水平限位开关，31为后水平限位开关，32为俯仰限位开关。具体实施方式本技术的具体实施方式参见图1-4，一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，包括底座、腰部机械臂、大臂、小臂及控制装置，腰部机械臂设在底座的上端，大臂设在腰部机械臂的上端，小臂设在大臂的前端；腰部机械臂的内腔中设有腰部机械臂驱动电机，底座上端面设有竖向的腰部转轴，腰部机械臂驱动电机的电机轴与腰部转轴转动连接；腰部机械臂的上端固设有大臂滑块，大臂滑块设有水平的滑槽，大臂的下端固设有与滑槽匹配的水平的大臂滑轨，大臂滑轨滑动卡装在对应的滑槽中；大臂靠近后端的上端面设有大臂驱动电机，大臂驱动电机的电机轴垂直穿入大臂的内腔中，位于大臂的内腔中的电机轴的下端套装有驱动齿轮，大臂的内腔中固设有与驱动齿轮匹配的水平设置的直齿条；大臂的前端固设有大臂固定座，小臂的下端固设有小臂下固定座，小臂下固定座通过第五转轴转动装配在大臂固定座中；小臂下固定座的上端穿装有第二转轴，第二转轴上套装有第一拉杆和第二拉杆，大臂靠近后端的上端面固设有小臂驱动电机，小臂驱动电机的电机轴套装有小臂转动架，第一拉杆的另一端通过第一转轴与小臂转动架穿装在一起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，其特征在于，包括底座、腰部机械臂、大臂、小臂及控制装置，腰部机械臂设在底座的上端，大臂设在腰部机械臂的上端，小臂设在大臂的前端；腰部机械臂的内腔中设有腰部机械臂驱动电机，底座上端面设有竖向的腰部转轴，腰部机械臂驱动电机的电机轴与腰部转轴转动连接；腰部机械臂的上端固设有大臂滑块，大臂滑块设有水平的滑槽，大臂的下端固设有与滑槽匹配的水平的大臂滑轨，大臂滑轨滑动卡装在对应的滑槽中；大臂靠近后端的上端面设有大臂驱动电机，大臂驱动电机的电机轴垂直穿入大臂的内腔中，位于大臂的内腔中的电机轴的下端套装有驱动齿轮，大臂的内腔中固设有与驱动齿轮匹配的水平设置的直齿条；大臂的前端固设有大臂固定座，小臂的下端固设有小臂下固定座，小臂下固定座通过第五转轴转动装配在大臂固定座中；小臂下固定座的上端穿装有第二转轴，第二转轴上套装有第一拉杆和第二拉杆，大臂靠近后端的上端面固设有小臂驱动电机，小臂驱动电机的电机轴套装有小臂转动架，第一拉杆的另一端通过第一转轴与小臂转动架穿装在一起；小臂的上端固设有小臂上固定座，小臂上固定座上套装有第二拉杆的另一端和转动座，转动座的一侧固定有回转座及回转座驱动电机，转动座的下端穿装有第四转轴，第四转轴套装有第三拉杆，大臂固定座的下端穿装有第六转轴，第三拉杆的另一端套装在第六转轴上；所述的腰部机械臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机均与控制装置电性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，其特征在于，包括底座、腰部机械臂、大臂、小臂及控制装置，腰部机械臂设在底座的上端，大臂设在腰部机械臂的上端，小臂设在大臂的前端；腰部机械臂的内腔中设有腰部机械臂驱动电机，底座上端面设有竖向的腰部转轴，腰部机械臂驱动电机的电机轴与腰部转轴转动连接；腰部机械臂的上端固设有大臂滑块，大臂滑块设有水平的滑槽，大臂的下端固设有与滑槽匹配的水平的大臂滑轨，大臂滑轨滑动卡装在对应的滑槽中；大臂靠近后端的上端面设有大臂驱动电机，大臂驱动电机的电机轴垂直穿入大臂的内腔中，位于大臂的内腔中的电机轴的下端套装有驱动齿轮，大臂的内腔中固设有与驱动齿轮匹配的水平设置的直齿条；大臂的前端固设有大臂固定座，小臂的下端固设有小臂下固定座，小臂下固定座通过第五转轴转动装配在大臂固定座中；小臂下固定座的上端穿装有第二转轴，第二转轴上套装有第一拉杆和第二拉杆，大臂靠近后端的上端面固设有小臂驱动电机，小臂驱动电机的电机轴套装有小臂转动架，第一拉杆的另一端通过第一转轴与小臂转动架穿装在一起；小臂的上端固设有小臂上固定座，小臂上固定座上套装有第二拉杆的另一端和转动座，转动座的一侧固定有回转座及回转座驱动电机，转动座的下端穿装有第四转轴，第四转轴套装有第三拉杆，大臂固定座的下端穿装有第六转轴，第三拉杆的另一端套装在第六转轴上；所述的腰部机械臂驱动电机、大臂驱动电机及小臂驱动电机均与控制装置电性连接。2.根据权利要求1所述的基于DSP控制系统的步进电机驱动三自由度机械手臂，其特征在于，所述的腰部机械臂的侧壁固设有电子罗盘，腰部机械臂靠近上端的侧壁固设有位移传感器，位移传感器的伸缩杆的前端固定在大臂的侧壁；小臂转动架上固定安装有倾角传感器；电子罗盘、位移传感器及倾角传感器均与控制装置电性连接；控制装置与上位机电...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷正明，贾丽杰，张新良，郭晓迪，马明全，夏亚飞，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南,41