一种基于PSD工业机器人的信号处理电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于PSD工业机器人的信号处理电路，包括两个位置敏感器件PSD，即第一PSD和第二PSD，与第一PSD和第二PSD连接的信号处理电路包括I—V转换电路、低通滤波电路、A/D转换模块，以及信号处理电路连接的单片机模块，I‑V转换电路的输出端连接低通滤波电路的输入端、低通滤波电路的输出端连接模数A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接单片机模块的输入端，单片机模块的输出端连接安装在工业机器人上所在的舵机。

A signal processing circuit based on PSD industrial robot

The utility model relates to a signal processing circuit for PSD based on industrial robot, including two position sensitive device PSD, which is the first PSD and second PSD, the signal processing circuit is connected with the first PSD and second PSD I - V conversion circuit, low-pass filter circuit, A/D conversion module, microcontroller module and signal processing circuit connection the output of the I V conversion circuit is connected to the output end of the low-pass filter circuit, the input end of the low-pass filter circuit is connected with the input end of the module A/D conversion module, A/D conversion module output end is connected with the input end of the microcontroller module, the output terminal of the SCM module connected with the actuator in the industrial robot.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSD工业机器人的信号处理电路
本技术属于教学装置领域，涉及传感器技术，尤其是一种基于PSD工业机器人的信号处理电路。
技术介绍
随着工业机器人在工业生产中应用范围以及所完成任务复杂程度的不断扩大，对工业机器人位姿精度的要求也越来越高。目前，大多数商品化的机器人重复精度很高，能达到0.1mm数量级，但其定位精度却很差，只能达到cm数量级，这样的定位精度远远不能满足现代工业发展的要求。导致工业机器人定位精度不高的原因有很多，例如机器人运动学模型的参数偏差、机器人杆件的弹性变形、齿轮传动误差、关节间隙以及环境因素等，对于不同结构、不同用途的机器人，以上各因素的影响也不尽相同。但一般来讲，机器人运动学模型中几何结构参数偏差所引起的定位误差占机器人总误差的80％左右。因此，对机器人运动学模型进行偏差标定补偿进而提高其定位精度是目前机器人
内急需解决的问题。所谓标定就是应用先进的测量手段和基于模型的参数识别方法辨识出机器人模型的准确参数，从而提高机器人定位精度的过程。标定的结果是一组被识别的机器人参数，这些参数可以供机器人生产厂家作为产品质量检验指标，也可以帮助机器人用户提高机器人的定位精度。本技术专利的申请人曾经申请了一篇专利，其公告号为CN102825602A，公开了一种基于PSD的工业机器人自标定装置，其将两个PSD分别安装在V形夹具的两个板上，且V形夹具放置在机器人可达范围内，根据机器人在不同位置时，使固定在机器人末端的激光器发出的激光束的投射光斑和反射光斑分别定位在两个PSD的中心点位置，并通过两条虚拟约束线，进行机器人零位偏差自标定和空间位姿的自标定。本专利技术的自标定装置结构简单，安装与操作简单，定位精度高，可同时实现机器人空间位姿与零位偏差的自标定；该专利技术还提供一种基于PSD的工业机器人自标定方法。本次技术专利申请是在上述专利的基础上提出了更具体的PSD信号处理电路，使该工业机器人可以更好地应用在实验教学的领域。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计合理、成本低廉的基于PSD工业机器人的信号处理电路。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于PSD工业机器人的信号处理电路，包括两个位置敏感器件PSD，即第一PSD和第二PSD，与第一PSD和第二PSD连接的信号处理电路包括I—V转换电路、低通滤波电路、A/D转换模块，以及信号处理电路连接的单片机模块，I-V转换电路的输出端连接低通滤波电路的输入端、低通滤波电路的输出端连接模数A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接单片机模块的输入端，单片机模块的输出端连接安装在工业机器人上所在的舵机。而且，所述单片机模块为STM32单片机模块。而且，所述舵机为5个RX-64舵机。而且，所述信号处理电路为八路PSD信号处理电路。而且，所述A/D转换模块采用AD7327芯片。而且，所述低通滤波电路至少包含三个开关电容C1、C2和Cx，其中第一开关电容C1的一端连接输入信号端，另一端通过一滤波电容C3接地并同时与第二开关电容C2串联，第二开关电容与低噪声开关电容低通滤波电路中的所述斩波运算放大器输入端2连接，所述斩波运算放大器输出端6反馈连接第三开关电容Cx，并同时经后续的阻容滤波电路连接至模数A/D转换模块中。而且，所述I-V转换器电路包括依次连接的一积分电路、一比较电路、一复合脉冲电路、一脉冲放大电路，以及一连接在所述积分电路的输入端与地之间的多段取样电路，其中，所述多段取样电路接收一外部输入的电流信号，所述比较电路还接收一外部输入的阈值电压信号。本技术的优点和积极效果是：本技术中的自标定装置通过PSD、信号处理电路、数据采集卡和STM32单片机模块同时将两块激光光斑的位置反馈给机器人控制器，可实现机器人在任意空间一条虚拟约束线(由两块PSD中心连线在某PSD上的反射线定义)中的自动定位，机器人在不同位姿下均可自动完成定位任务，不需要人工干预，自动化程度高，安装与操作简单。附图说明图1为本技术中所应用的工业机器人的结构示意图；图2为本技术的电路原理框图；图3为本技术中的所用分段PSD原理图；图4为本技术中的I—V转换电路原理图；图5为本技术中的低通滤波电路原理图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施例对本技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本技术的保护范围。一种基于PSD工业机器人的信号处理电路，该电路用于基于PSD的工业机器人，如图1所示，其包括：机器人(1)；安装在机器人末端(2)的激光器(4)；设置于机器人(1)可达工作空间内的V形夹具(9)；分别安装在V形夹具(9)的两个板上的两个位置敏感器件PSD，即第一PSD(7)和第二PSD(8)，其中，机器人在不同位置时，激光器发出的激光束投射在第一PSD(7)或第二PSD(8)上，以便形成投射光斑和反射光束，且反射光束投射到第二PSD(8)或第一PSD(7)上，形成反射光斑；与第一PSD(7)和第二PSD(8)分别连接的机器人闭环控制单元，其将投射光斑和反射光斑分别定位在第一PSD(7)或第二PSD(8)的中心点位置，并确定对应的机器人末端2的位置和机器人的各个关节角度值，以便通过点线关系，建立两条虚拟约束线的几何方程组，从而实现机器人零位偏差自标定和空间位姿自标定；其中，两条虚拟约束线为第一PSD(7)和第二PSD(8)中心点连线分别在第一PSD(7)和第二PSD(8)表面反射所形成的反射线5、6，并且这两条反射线5、6与激光器所发出的分别投射在第一PSD(7)或第二PSD(8)中心点位置上的激光束重合。其中，机器人闭环控制单元包括：与第一PSD(7)和第二PSD(8)连接的信号处理电路(10)为八路PSD信号处理电路，每路电路包括I—V转换电路、低通滤波电路、A/D转换模块，I-V转换电路的输出端连接低通滤波电路的输入端、低通滤波电路的输出端连接模数(A/D)转换模块的输入端，模数(A/D)转换模块的输出端连接单片机模块的输入端，单片机模块的输出端连接安装在工业机器人上PSD所在舵机。该信号处理电路对两个PSD的输出信号进行处理，并反馈投射光斑和反射光斑在对应PSD上的二维坐标位置；通过数据采集卡(11)与信号处理电路(10)连接的STM32单片机模块(12)，其基于投射光斑和反射光斑在PSD上的二维坐标位置的反馈，发送指令给机器人控制器(13)，使机器人控制器(13)控制机器人(1)带动激光器(4)将投射光斑和反射光斑分别定位在对应PSD的中心点位置，同时传送对应位置时机器人(1)的关节角度值。本技术中，第一PSD(7)和第二PSD(8)选用分段式高精度光电元件，分辨率达0.1μm，有效表面直径为10mm，其输出信号经信号处理电路(10)和数据采集卡(11)可给出激光光斑在两个PSD表面的二维位置坐标，从而作为反馈信号精确控制机器人的姿态。本技术机器人采用5个RX-64舵机，舵机采用RX-64舵机，该舵机性能优良、质量可靠、控制精度高，适用于各种功能和尺寸的机器人。该机器人具有5个自由度，便于控制。本技术机器人采用5个RX-64舵机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PSD工业机器人的信号处理电路，包括两个位置敏感器件PSD，即第一PSD和第二PSD，其特征在于：与第一PSD和第二PSD连接的信号处理电路包括I—V转换电路、低通滤波电路、A/D转换模块，以及信号处理电路连接的单片机模块，I‑V转换电路的输出端连接低通滤波电路的输入端、低通滤波电路的输出端连接模数A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接单片机模块的输入端，单片机模块的输出端连接安装在工业机器人上所在的舵机。

【技术特征摘要】
1.一种基于PSD工业机器人的信号处理电路，包括两个位置敏感器件PSD，即第一PSD和第二PSD，其特征在于：与第一PSD和第二PSD连接的信号处理电路包括I—V转换电路、低通滤波电路、A/D转换模块，以及信号处理电路连接的单片机模块，I-V转换电路的输出端连接低通滤波电路的输入端、低通滤波电路的输出端连接模数A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接单片机模块的输入端，单片机模块的输出端连接安装在工业机器人上所在的舵机。2.根据权利要求1所述的基于PSD工业机器人的信号处理电路，其特征在于：所述信号处理电路为八路PSD信号处理电路。3.根据权利要求1所述的基于PSD工业机器人的信号处理电路，其特征在于：所述舵机为5个R...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜必强，孟明明，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：新型
国别省市：河北,13