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文檔簡介

1、Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技http:/.com/ ,772Doctors of Intelligence & Technology(DIT)移動 DoArm 機(jī)械臂使用手冊(V1.0)2016422Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759目錄簡31 機(jī)械臂. . . .3概述. . . .2. .43 機(jī)械臂安裝. . .53 機(jī)械臂建模64 機(jī)械臂. . . . . . .74.1 人機(jī)界面

2、84.2 標(biāo)定和初始化 . .104.3 單軸4.4 聯(lián)動. . .13. . . .145 源碼分析166. 支持與服務(wù). . .172Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759簡介本開購冊主要簡單地了 doit 公司 Do rm 機(jī)械臂 使用手冊。在此平臺上也可以進(jìn) 二次,并完善相應(yīng)的功能。地址:! 0027420481794.16.SR7npF&id=530538902892機(jī)械臂1工業(yè)六軸機(jī)械臂廣泛 用到工廠自動化焊接、裝配、噴涂和組裝等場 ,商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)非。本章以 ABB

3、六軸機(jī)械臂“IRB4400”為原型等比例縮 的模型為基礎(chǔ),基于 ESP uino和研發(fā)的 2 路電機(jī) 16 路舵機(jī)驅(qū)動板,構(gòu) 一款可 WiFi的機(jī)械臂,實(shí)現(xiàn)簡單的抓任務(wù)。DoArm 機(jī)械臂的特點(diǎn)如下:(1)ABB IRB4400 機(jī)械臂等比例縮小模型機(jī)械臂,見下圖所示;(2)基于 ESP8266 SOC 實(shí)現(xiàn) WiFi;(3)通過舵機(jī)驅(qū)動板實(shí)現(xiàn)六路舵 和抓;(3)內(nèi)置 Telnet 調(diào)試界面,OTA 升級功能;(4)內(nèi)置機(jī)械臂逆運(yùn)動學(xué)算法,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械 末端在笛坐標(biāo)系或工具坐標(biāo)系下的移。圖 1 機(jī)械臂原型 ABB IRB44003Shenzhen Doctors of Intelligence

4、& Technology ()四博智聯(lián)科技/7592概述DoArm 機(jī)械臂的功能如下幾 分。(1)標(biāo)定和初始化機(jī)械臂安裝完成后,首先需要對舵機(jī)進(jìn)行位置中位標(biāo)定,保各軸舵機(jī)在程序啟動的時候到期望的初始位置。同時要確定各軸的舵機(jī)的安全移動范,保證各結(jié)構(gòu)件以及機(jī)自身安全。(2)ESPduino 通過 I2C 接口實(shí)現(xiàn)驅(qū)動板上的 1 路舵機(jī)。機(jī)械臂上的六 舵和抓手機(jī),通過指定動板上的通道號實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)。(3)多軸聯(lián)動根據(jù) DH 連桿矩陣的 立,建立機(jī)械臂的連桿矩陣其學(xué) 程,進(jìn)而解其逆學(xué)方程,實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端的移動。(4)Telenet 人機(jī)交互利用 ESPDuino,建立

5、Telenet 服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)簡 的人機(jī)交 界面,完成機(jī)械臂的和狀顯示。DoArm 機(jī)械臂的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下所 。機(jī)械臂上安裝 ESPDuino 和驅(qū)動板,通過 WiFi 與無線由器相連,筆記本或通過終端或 APP 實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂控制。AP+STA無線 由器局域網(wǎng)TelenetAPP圖 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖本所需的物料包 :板載 ESP 266 SOC 的ESPDuino 開發(fā)板,Micro USB 線,2 路電4機(jī)械ESPD ino+驅(qū)動六路 機(jī)手Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759機(jī)6 路舵機(jī)驅(qū)動

6、板,以及機(jī)械臂零件一套、抓手 套。3機(jī)械臂安裝機(jī)械臂的安裝可參考機(jī)械臂安裝手冊。在安裝的時候, 構(gòu)件和舵機(jī)需要同步 裝。在裝舵機(jī)之前,需要注意舵機(jī)的中位位置。默認(rèn)將舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到 90 度位置作為中位。然后再舵機(jī)和機(jī)械齒輪的中 對準(zhǔn)安裝。具體安裝文檔請:DoArm 安裝手冊:http:/bbs.am/forum.ph ?mod=foru display&fid=78底盤的安裝手冊:oit.am/foru .php?mod= orumdisplay&57初步安裝完成的如下圖所示。機(jī)械臂套件:.co /item.htm?spm=a1z10.5c w400 74 0481794 23.4

7、KWRin&id 530485070938圖 3 初裝完成的機(jī)械臂安裝完成后需要將 ESPDuino 和驅(qū)動板安裝到 械臂腰部,同時將各舵機(jī)的電源 號線接 驅(qū)動板上相應(yīng)的位置。若舵機(jī)電源信號線不夠長,可用三根線將 延長,插 驅(qū)動5Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759板合適的舵機(jī)通道。安裝時,舵機(jī)通道可以隨意指定,以后每個舵機(jī)的可通程序設(shè)對應(yīng)的通道號。全部安裝完成后的機(jī) 臂如下圖所示。(a(b)(c)(a)左側(cè) 圖 (b)右側(cè)視圖 (c)前圖 1.4 安裝完成(d)圖 (d)板+

8、驅(qū)動板機(jī)械臂3機(jī)械臂建模機(jī)械臂使用六個舵機(jī)作為驅(qū)動元件。每一個舵機(jī)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度很容易實(shí)現(xiàn),但如果要求六軸聯(lián)動,實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端執(zhí)行器按照預(yù)定的位移動,則必須對機(jī)械臂建立連坐標(biāo)系,計算其連桿坐標(biāo)系矩陣,建立學(xué)方程。若已末端位姿,反過來求 各軸的動角度值,則必須進(jìn)行逆學(xué)求解。逆學(xué)求解不是個簡單的 程,超出了本書的疇,感的讀者可以參閱 2007 年高等教育的先進(jìn)機(jī) 人一書。6Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759首先,定義的初始位置如下圖所示。定基礎(chǔ)坐標(biāo)的原點(diǎn)在軸 1 的正下 圓心處。基礎(chǔ)坐標(biāo)

9、系的 X 軸在正前方,Z 軸豎直向上,據(jù)右手定確定 Y 軸方向。第 16 軸分別1.3 圖所標(biāo)示。根據(jù)以上建立連桿坐系。連桿坐標(biāo)系各參數(shù)見下表。X5X3X4Z4Y4O5Y5d6O3Y3Z3 O4Z5d3O3X2O4O5X6Z2O2X2O6Y6Z6O6a3a21X1O1d1Z0O0Y0X0a1圖 5 機(jī)械臂連桿坐標(biāo)系表 1.1機(jī)械臂 D H 參數(shù)表4機(jī)械臂從代碼倉庫下機(jī)械臂控源碼,編 后到 E PDuino 并運(yùn)行(源碼地址參考本章最)。在 一個局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行調(diào)。7運(yùn)行 ESPDuino,配置其上網(wǎng),這樣就可以使用筆記本和 ESP uino連桿關(guān) 角扭轉(zhuǎn)角連 長度(mm)連桿偏移量(mm)19 &

10、#176;a1=45d1=7522 90°0°a2=115039 °a3=20d3=13049 °009 °0060°0d6=50Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759人機(jī)界面4.ESPDuino 機(jī)械臂內(nèi)置Telnet 功 。通過 Teln t 實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互,查看機(jī)械臂運(yùn)行 態(tài)、當(dāng)姿態(tài)、當(dāng)前設(shè)定速度,同時可以設(shè)置單軸或者多軸方式,移動位置等。ESPDuino 連接到無線路由器后,獲得 IP 地 。在筆記本上使用Telenet

11、工具(比如reCRT)連接到該 IP。Telnet 的端口為 23,如 所示。Sec圖 6 Telnet 界面Telnet 界面下,通過輸入相應(yīng)的指令來機(jī)械臂。各指令含義如下:“h”:打印幫助?!皕”:各軸回中位(即零點(diǎn))。各 回到的中 時確定的 態(tài)是建立 DH 參數(shù)矩時確定初始姿態(tài)?;刂形缓?,各軸當(dāng)前位置、目標(biāo)位置均為 0,當(dāng)前姿態(tài)矩陣如下圖所。圖 7 各軸回中位時 末端姿態(tài)“p”:打印機(jī)械臂當(dāng) 狀態(tài)。打印的如上圖所示,包括當(dāng)前 status、設(shè)置速度、各軸前角度、目標(biāo)角度、 端當(dāng)前姿態(tài)矩陣?!癲”:或者設(shè)置當(dāng)前速度,速度的設(shè)置范圍為 110,其中 1 表示最慢的速度,10表最高速度?!癱”

12、:保持當(dāng)前末端姿態(tài)不變,分別沿著笛卡爾坐標(biāo)系(世界坐標(biāo)系)的 X 軸、Y 軸和8Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759Z 軸移動機(jī)械臂末端。移動的增量,為毫米。命令格式為:“c:x,y,z”?!皌”:保持當(dāng)前末端姿態(tài)不變,分別沿著末端工具坐標(biāo)系的 X 軸、Y 軸和 Z 軸移動機(jī)械臂 端。移動的增 ,為毫米。命令格式為:“t:x,y z”?!皊”:移動。每個軸的初始位置為中位,此處的角度為 0。每個軸的最大移動范圍為 0°90°。移動角度的正負(fù)根據(jù)機(jī)械臂連桿坐標(biāo)系建立時

13、 右手定則確定。每個標(biāo)系Z 軸的旋轉(zhuǎn)方向相同,否則為負(fù)。根據(jù)各軸 際情況, 過實(shí)測確定各軸實(shí)際動范圍?!皐”:移動到指定的位置。位置 通過重新 先寫入的。“g”:抓手,參數(shù)為抓手的角度。例如 g:45 表示抓手舵機(jī)打開到 5 度與智能三色項(xiàng)目類似,和 O升級如圖所示。圖 7 Do rm 的 Web 配置界面9功能。DoArm 機(jī) 臂源碼提供 Web 配置Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759標(biāo)定和初始化4.在完成機(jī)械臂接線后,由于機(jī)械臂各軸伺服舵 的電源信線是隨機(jī)到驅(qū)動 上的。首需要將機(jī)

14、械臂各軸與 動板上驅(qū)動通道編號進(jìn)行一一對應(yīng)然后通過程序確定各軸的中位移量,最后確定各軸的移動范圍。(1)確定機(jī)械臂各軸在驅(qū)動板上 通道編號連接機(jī)械臂的舵機(jī)引 時,多條線捆綁在一起很難區(qū)分各對應(yīng)的引線。因此隨 將舵機(jī)源信號線插到驅(qū)動板的舵機(jī)通道上通過確定各軸對應(yīng)的通道編號,見下圖。圖 8 驅(qū) 板在源代碼中,將 initPa seData()函 中首先將 bias6設(shè)置 0,0,0,0,0,0,各軸移 范圍全設(shè)置為90°90°。/軸舵機(jī)中位偏移float bias6 = 0, 0, 0, 0, 0;ar/ ar.setS rvoBias(bias, 6);軸舵機(jī) 動范圍.se

15、Ser oRange(-90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90, -90, 90,);將 arm.setChannel()設(shè) 為實(shí)際接 的通道。例如上圖示例中,接入的 道分別有 1、3、4、9、11、13,則設(shè)置為:ar .setChannel(1, 3, 4, 9, 11, 13);編譯代碼并到 ESPduino 上,通過 Telnet 打開人機(jī)界面,使用“s:x,y”指令來確定各軸 應(yīng)。例如:“s:1,10”指令時,第軸動。則通道“1”寫入到軸 5 的位置“s:2,10”指令時,第軸動。則通道“3”寫入到軸 6 的位置“s:3,10”指令時,第

16、軸動。則通道“4”寫入到軸 4 的位置10Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759“s:4,10”指令時,第軸動。則通道“9”寫入到軸 2 的位置“s:5,10”指令時,第軸動。則通道“11”入到軸 1 的位置“s:6,10”指令時,第軸動。則通道“13”入到軸 3 的位置最后得到正確的對應(yīng)。ar.setChannel(11, 9, 13, 4, , 3);由于抓手是單獨(dú)的,將其某個 閑通道即。在通過arm. setGripperChannel()設(shè)。/ar置抓手通道號.setGrippe

17、rChannel(14);(2)確定各軸中位偏移量完成各軸與通道對應(yīng)后,需要重新編譯固件并到 SPduino 上運(yùn)行 利用 elnet人界面確定各軸中位偏量。首先設(shè)置速度為最低。圖 9 設(shè)置最低速度然后使用“s:x,y”,單移動命令 動各軸, 定中位偏 。在初始 態(tài)下,中 偏移為0,此時觀察各軸是否在位,如果不在,則調(diào)整該軸使其到達(dá)中位。調(diào)整指令形如:“s:1,65”,表第一軸要移動到 65 度才能使機(jī)械臂朝向與建模時對應(yīng)的O0坐標(biāo)系相同。下面 本案例械臂調(diào)整結(jié)果。/軸舵機(jī)中位偏移float bias6 = 65, 5, -8, 5, 0, 0;ar .setServoBias(bias, 6

18、);將代碼編譯后運(yùn) ,機(jī)械臂將會在上電后自動到中位 如下圖所示。11命令:d:1,1Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759圖 10 初始狀態(tài)下的機(jī)械臂(3)確定各軸移動范圍確定各軸中位后,通過人機(jī)界面的“s:x,y”指令確定各軸動范圍。于舵機(jī)限,默認(rèn) 置為90°90°。下面為本案例實(shí)際確定的各軸移動范圍。在之后的或者多軸中,若指令超過該移動范圍,舵機(jī)將停止移動。軸舵機(jī)移動范圍/ar.setServoRange(-90, 30, -30, 60, -40, 35, -9

19、0, 90, -50,(4)抓手的90, -80, 80);抓手是于機(jī)械臂六軸的,因此抓手單獨(dú)。在人機(jī)界面上使用“g:x”指來控制手。如下圖所示。(a)抓手 0°時的位置12Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759(b)抓手 20°時的位置(c)抓手 45°時的位置11 抓手控制4.在 Telne 界面通過“s:x,y”指令來進(jìn)行,其中 x 表示指定的軸,范圍為6;y 表示移動的絕對角度,范圍根據(jù)各軸移動范圍確定,可以指定浮點(diǎn) 數(shù)據(jù)。每完 后,自動打印 械臂當(dāng)

20、前狀態(tài)。13Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759圖 12后 Telnet 輸出4.聯(lián)動聯(lián)動是指機(jī)械臂六個軸同時運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。分三種模式:1,根據(jù)示教位連續(xù)動 ;2,機(jī)械臂末端在笛坐標(biāo)系 移動;3,機(jī)械臂末端在工具坐標(biāo)系下移動。(1)根據(jù)示教位置連續(xù)動作機(jī)械臂提供了 arm.set aitPosition()和 arm.gotoWaitPosition(),分別用于設(shè)置教位置,并移動到示教位置。源代碼中提供了 9 個示教位置聯(lián)動示例代碼,可在人機(jī)界面通過“:x”來進(jìn)行移動。其中 x”的

21、取值為 08。特別的“w:9”是啟動 w:0w:8 共 9示教位的連續(xù)移動。可在優(yōu) 上搜索“DoArm 機(jī)械臂”找到查看效果。地址為: ttp:/v.youku com/v show/id XMTQ5ODk0NzEyM =.html?from=y1.71.2(2)機(jī)械臂末端在笛坐標(biāo)系 移動機(jī)械臂提供機(jī)械臂逆學(xué)算法函數(shù) calcReverseKinematics(),計算機(jī)械臂末端在定姿態(tài)位置下各軸的旋轉(zhuǎn)角 ,實(shí)現(xiàn)逆運(yùn)動學(xué)求解。特別的,Tel et 界面提供了機(jī)械臂當(dāng)前姿下,沿著笛坐標(biāo)系 建模時對的O0坐標(biāo)系)的 X、Y、Z 軸方向移動令:c:x,y,z。其x,y,z 分別是機(jī)械臂末端沿著笛卡坐

22、標(biāo)系 X、Y、Z 軸移 增量,為毫米, 點(diǎn)型數(shù)。例如下面的例子,將末端以初始姿沿著笛卡 坐標(biāo)Z 軸移動 20mm 指令為“c:0,0,20”,然返回“c:0,0,20”。將會觀察到機(jī)械臂模塊保持抓手姿態(tài)不變,豎直向上移動 20m ,之14Shenzhen Doctors of Intelligence & Technology ()四博智聯(lián)科技/759后 直向下移動 20mm,回到剛才的位置。在 Telnet 界面的輸 如下??梢钥吹綑C(jī)械各軸初位置均為 0.000 。在接收到指“ c:0,0,20 ”后,計算得到的各軸位置分是: (0 000,2.358,11.3

23、61,0.000,9.003,0.000)。移動結(jié),輸入令“c:0,0,20”,計算到各軸位置分別是:(0.000, .000, 0.000, 0.000, 0.000, 0.000)。圖 1笛坐標(biāo)系下(3)機(jī)械臂末端在工具坐標(biāo)系下 動與機(jī)械臂末端在笛坐標(biāo)系下運(yùn)動類似,可以其末在工具坐標(biāo)系下的移動(建模對應(yīng)的O6坐標(biāo)系)。命令為 t:x,y,z。其中 x,y,z別是機(jī)械末端沿著工具坐標(biāo)系 X、Y、Z 軸移動增量,為毫米,浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。例如下面的例子,將 端以初始姿態(tài)沿著工具坐標(biāo) X 軸移動 20mm 指令為“t:20,0,0”,然返回“t:20,0,0”。將會觀察到機(jī)械臂模塊保持 手姿態(tài)不變,豎直向 移動 20m,之后 直向下移動 20mm,回到剛才的位置。效果與笛坐標(biāo) 下一樣,是標(biāo)系O6和坐標(biāo)系O0關(guān)于 X、Y、Z 軸定義不一樣。在 Telnet 界面 輸出如下。可以看到械臂各初始位置均為 0.000,在接收到指令“t:20, ,0”后,計算得到的 軸位置分是:(0 000,2.358,11.361,0.000,9.003,0.000)。移動結(jié),輸入指令“t:20,0

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