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Mashad Uddin Saleh1, Gazi Mahamud Hasan2穆罕默德·阿卜杜拉·阿尔·肖赫尔3.阿布·哈斯纳特·费尔杜斯(Abul Hasnat Ferdous)4比斯瓦吉特·比斯瓦斯·迪潘5
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本文设计了一种非常适合工业应用的三自由度机械臂。三自由度可进行横向、垂直、抓取等深度动作。三个手臂模块均由功能相当于人体肌肉的电缆驱动,完美模拟人体手臂的驱动过程。高度灵活,重量轻和工业用途的大工作空间可以使这个机械臂相当棘手。
关键字 |
机械臂,控制,圆柱坐标,自由度,PWM |
介绍 |
半个多世纪以来,机器人一直是先进制造业的主要组成部分。随着机器人及其周边设备变得更加复杂、可靠和小型化,这些系统越来越多地用于工业、军事和执法目的[1,2]。工业用途最常见的制造机器人是机械臂[3,4]。机械臂将末端执行器从一个地方移动到另一个地方。一个特定的手臂可以很好地配备和设计与所有类型的末端执行器,适合特定的应用。工业机器人被设计成在受控环境中一遍又一遍地做同样的事情。如果手臂是完全自主的,那么机器人就会在记忆中输入精确的动作顺序,每当一个新部件从装配线上下来时,它就会一遍又一遍地这样做。而且,无需任何修改,机器人就能按照预先设定的方式工作。它可以以固定的速度以完全重复的方式移动到固定的角度。 |
本文提出了一种轻量化、低成本的仿人机械臂的设计方案,主要应用于化工、化肥工业、机械设备设计实验室等工业领域。该模型提出了一个3-DOF设计的应用。手臂将移动程序员预先设定的角度,到达那里,它将向下移动它的肩膀部分,通过握拳来捕捉物体。捕获后,手臂将再次移动,并将物体放置到所需的位置。根据这一基本思想,我们提出了一个模型,并对其进行了设计和控制。我们提出的模型可以在很多方面用于否定使用危险材料、化学品和复杂物体的风险。 |
控制电路及操作 |
在臂的设计中,着重强调了控制电路的简洁性和臂的设计。基本电路接线图、工作原理、操作步骤如下: |
A.控制电路 |
基本控制电路由3个直流电机、2个双向电机驱动/ H桥(l293)、1个Atmel 8051系列89S52单片机、1个终端稳压器(7805)和6个SPDT开关组成。为了得到合理的结果,控制电路首先在Proteus软件中进行模拟。仿真成功后进行了实际实现。完成了整个仿真过程,并在实际生活中对软件电路进行了仿真。 |
用于信号接收的电机基本连接如下所示: |
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图1手臂控制电路 |
B.工作原理 |
在这个项目中,我们必须处理3-D运动,我们选择柱坐标(r, θ, z)来完成目的。我们保持臂的轨迹是一个半径为r的圆。为了将目标物体带到不同的位置和不同的高度,我们使用了沿两个坐标的运动(沿半径为常数的圆的圆周旋转所需的角度θ,然后沿z轴向上或向下位移)。为了抓取和释放目标对象,我们设计了一个夹持器,它有一个可移动的部分和两个固定的部分,可以在任意方向上握住目标对象(根据目标对象的宽度)。为了沿着两个坐标(θ, z)移动,并改变抓地力宽度,我们在每种情况下都使用了直流电机,并将其与简单的滑轮系统耦合。电机驱动器接收来自微控制器的信号并进行相应的操作。对于双向旋转,我们使用h桥电机驱动器。 |
分步操作如下框图所示: |
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图2显示操作顺序的框图 |
我们用实时对象来证明我们模型的可行性。该模型由木材组成,可以承载大量的负载,这使得它在工业应用中非常可靠。该系统的容量可以通过插入更强的电机和一些更好的设计来提高。 |
C.实验数据 |
利用我们的模型,我们进行了一些实际观察,并得到了令人鼓舞的结果。我们使用一些轻的物体来获取,携带和移动一个地方到另一个地方。这些物体的重量不同,它们的表观运动所花费的时间被制成表格。所花费的时间是真实的,非常适合真实的工业应用。收集的数据如下表所示: |
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提出的模型和实际运行的模型如下图所示。图3为模型的基本结构,图4为模型的实际动作(握紧物体和移动)。 |
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图3提出的机械臂模型 |
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图4夹持器抓取物体 |
限制和修改 |
在我们提出的模型中,电机被允许在其额定速度和扭矩下运动,没有任何PWM,因此很难达到更好的精度。通过开关进行完全手动控制,因此,在更实际的应用中,操作员需要适当的开关时间。还可以做一些进一步的修改。一些人: |
采用适当占空比的PWM可以更好地控制电机[5]的转速。 |
可集成自动开关。在这种情况下,将当前点、接收点和目标点作为数字输入,并比较这些数据,可以设计开-关开关序列,使其更加用户友好。 |
增加的DOF数量将有效地提高灵活性。 |
结论 |
由于一些不可避免的约束,该模型在几个方面存在不足。尽管如此,它仍然展示了简单低成本机械臂的基本工作原理。经过一些修改,它肯定会变成一个有市场的概念。为了使设计更有效,应包括两个基本的设计分析问题,即位移分析和张力分析。抓握系统对于设计和制造更复杂的机械臂也是非常有用的。 |
确认 |
最后,我们要感谢BUET机械车间,木工车间和钣金车间所有帮助我们工作的人。没有他们的真诚努力,这种模式是不可能被曝光的。最后,我们想借此机会感谢我们的课程老师提出的宝贵建议和指导。 |
附录 |
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参考文献 |
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