无线控制的六自由度机械臂示教系统技术方案

无线控制的六自由度机械臂示教系统，PC端APP安装在用户的Windows电脑上，PC端APP包括依次连接的交互界面模块、APP主控模块、轨迹优化模块、控制文件生成模块，控制文件生成模块通过文件传输协议FTP将控制代码文件下载到一个或多个工作机械臂中，工作机械臂完成优化后的示教工作；数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块。

Six degree of freedom robot arm teaching system with wireless control

Six degrees of freedom manipulator control wireless teaching system, PC end APP installed on the user's computer Windows, PC terminal APP includes interface module, APP control module, trajectory optimization control file generation module module, connect, control file generation module through file transfer protocol FTP will download the file to a control code one or more work in mechanical arm, the teaching work done after the optimization of mechanical arm; data collector connected with the MCU main control module, MCU control module through the WiFi wireless PC connection terminal, data acquisition and teaching of mechanical arm joint six absolute encoder connected by RS485 circuit for two-way communication, six absolute encoder corresponding manipulator with six degrees of freedom; data acquisition output data to the MCU control module, MCU control module and output data to the PC terminal of the PC output to the operating instructions MCU main control module, MCU main control module output operation instruction to data collector; data collector and teaching mechanical arm, MCU main control module are connected with external power module.

【技术实现步骤摘要】
无线控制的六自由度机械臂示教系统
本专利技术涉及一种机械臂示教系统，尤其是一种无线控制的六自由度机械臂示教系统。
技术介绍
随着各行业对工业机器人的广泛使用，他们期望机器人可以在最短时间，以更简单的方式，完成更加复杂的任务，尤其是喷涂、焊接、抛光打磨等轨迹规划复杂的行业。目前工业机器人的使用，距离实现完全智能化还有一段距离，大多数任务的完成主要依靠示教——再现形式实现，那么如何实现示教依然是机器人执行加工任务前的一项重要工作。示教——再现中的“示教”顾名思义为示范教导的意思，即在机器人正常加工之前，操作者利用某种交互方式示范执行加工任务时所需动作，并且将示教过程记录在存储器中。“再现”即对示教的过程重现，利用存储器中的数据，经过一定的转换，并经由机器人的驱动器、控制器实现机器人对工件的加工动作。示教-再现的工作，一般包括示教轨迹点的位置、姿态，运动过程中的速度、加速度。目前工业机器人多数采用示教盒示教，对于复杂曲面的加工，示教任务非常繁重，任务的苛刻所带来的问题使示教盒形式的示教过程以及前期的轨迹规划需要耗费大量的时间、资源。示教复杂轨迹任务需获取大量点位信息。示教点位姿的获取，依靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线控制的六自由度机械臂示教系统，其特征在于：PC端APP安装在用户的Windows电脑上，数据采集器与PC端APP通过WiFi无线连接，数据采集器还与示教机械臂通过RS485电路连接；所述的PC端APP包括依次连接的交互界面模块、APP主控模块、轨迹优化模块、控制文件生成模块，控制文件生成模块通过文件传输协议FTP将控制代码文件下载到一个或多个工作机械臂中，工作机械臂完成优化后的示教工作；数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采...

【技术特征摘要】
1.一种无线控制的六自由度机械臂示教系统，其特征在于：PC端APP安装在用户的Windows电脑上，数据采集器与PC端APP通过WiFi无线连接，数据采集器还与示教机械臂通过RS485电路连接；所述的PC端APP包括依次连接的交互界面模块、APP主控模块、轨迹优化模块、控制文件生成模块，控制文件生成模块通过文件传输协议FTP将控制代码文件下载到一个或多个工作机械臂中，工作机械臂完成优化后的示教工作；数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块；各模块的具体构成是：供电模块，其输入为+24V交流电压，电压输入后首先经过保护电路，保护电路可以防止电流回流对电源产生影响和破坏；之后+24V交流电压进入稳压滤波电路，再将稳压滤波后的+24V交流电压作为六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器的供电电源；然后+24V交流电压经过降压电路、整流电路和稳压滤波电路分别转变为+5.4V直流电压和+3.3V直流电压，+5.4V直流电压用于给部分数据采集电路供电，+3.3V直流电压用于给MCU和部分数据采集电路供电；数据采集模块，通过RS485电路与六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器连接，通过串口与MCU的主芯片连接；当数据采集模块收到MCU主控模块发来的控制指令后，通过RS485电路对六个绝对式编码器发送广播指令或查询指令代码，编码器根据相应指令返回某个关节的实时角度数据或者六个关节的实时同步运动角度数据，采集模块再将角度数据通过串口发送给MCU主控模块；MCU主控模块，由主芯片和其它辅助电路组成，负责通信功能的配置以及指令和数据的处理；MCU主控模块控制数据采集器通过WiFi通信模块与PC端建立连接；将接收到的一个或多个编码器的角度信息进行整合处理，并通过WiFi通信模块发送给PC端APP；通过WiFi通信模块接收来自PC端APP的各种指令，做出相应处理，包括向PC端APP发送连接响应、采集准备就绪信号、停止采集信号、采集频率设置成功或失败响应、采集频率和采集周期信息、修改各轴地址成功或失败响应、各轴地址信息等，和向数据采集模块发送开始采集指令、停止采集指令等，以及修改各轴地址、修改采集频率等；WiFi通信模块，由下位机数据采集器的WiFi模块开启WiFi热点，PC端通过无线网络连接接入热点，采用UDP通信协议模式建立无线连接，并通过WiFi透传模式快速传输数据；通过WiFi通信模块，PC端APP可以向数据采集器发送各种控制指令，数据采集器可以向PC端APP发送角度和参数信息；交互界面模块，用于用户对整个示教系统进行设置和操作，以及显示示教系统的各种相关参数和数据；通过PC端APP的交互界面，用户可以设置要连接的WiFi热点的IP地址和网络端口号、示教机械臂各个关节内的编码器的正反向标定、角度数据的采集频率、示教机械臂各个轴的轴地址、所使用的机械臂型号以及控制代码文件的下载路径等，并将这些设置参数传给APP主控模块处理；用户还能在PC端APP的交互界面进行WiFi通信的连接和断开、角度数据采集的开始和停止、生成控制代码文件、查询数据采集器就绪状态、查询角度数据采集频率和周期以及查询示教机械臂各轴的轴地址等操作，这些操作指令会传给APP主控模块进行处理；交互界面还会对所有能设置的参数和采集得到的角度数据进行显示，这些参数和数据从APP主控模块得到；APP主控模块，是PC端APP的通信中枢和控制中枢，对各种数据、参数和指令进行收发和处理；APP主控模块可以控制PC端APP通过WiFi通信模块与数据采集器建立通信连接；可以从交互界面模块接收到参数设置指令和操作指令，进行处理后生成相应通信协议的控制指令，并通过WiFi通信模块发送给MCU主控模块和通过网络通信控制仿真模块；能够通过WiFi通信模块接收来自数据采集器的角度数据和参数信息，将实时角度数据和参数信息传给交互界面显示，并在示教结束后(即停止数据采集后)生成示教机械臂的各个关节的运动角度数据包，将角度数据包传给轨迹优化模块进行优化和通过网络通信发给仿真模块进行仿真；轨迹优化模块，接收来自APP主控模块的示教机械臂的各个关节的运动角度数据包，结合当前所使用的机械臂型号的结构参数，根据D-H参数建模方法建立机械臂每个杆件在各个关节处的笛卡尔坐标系，利用正运动学公式求解末端执行器相对固定参考坐标系的位置和姿态，求出多组解后即得到了示教轨迹；再对示教轨迹使用笛卡尔轨迹规划算法进行轨迹优化；最后利用逆运动学公式结合当前所使用的机械臂型号的结构参数对优化后的轨迹求其关节空间中各关节的关节变量，即可获得到每个采集时刻优化后的运动角度数据包；可将角度数据包发给仿真模块进行仿真，并且发给控制文件生成模块进行控制代码文件生成；仿真模块，使用RoboDK仿真软件，模拟工作机械臂的工作轨迹执行情况；PC端APP可以将采集得到的示教过程中示教机械臂的各个关节的运动角度数据包直接通过网络通信传输给RoboDK，RoboDK软件中的虚拟工作机械臂会执行相应的示教运动轨迹；能够对采集得到的示教过程中示教机械臂的各个关节的运动角度数据包在轨迹优化模块中进行优化后，再通过网络通信将优化后的运动角度数据包传输给RoboDK，RoboDK软件中的虚拟工作机械臂就会执行相应的优化后的示教运动轨迹；当确定RoboDK软件中执行的优化后的示教运动轨迹是满足工作需求的后，再让控制文件生成模块生成控制实际工作机械臂完成工作所需的控制代码文件；控制文件生成模块，生成控制实际工作机械臂完成工作所需的控制代码文件；其输入是轨迹优化模块对采集得到的示教过程中示教机械臂的各个关节的运动角度数据包进行优化后的运动角度数据包；若仿真模块肯定了优化方案的可行性，则控制文件生成模块在收到优化后的运动角度数据包后，就将其转化为可以控制实际工作机械臂执行工作的控制代码文件；再通过FTP(文件传输协议)将控制代码文件下载到一个或多个工作机械臂中，由工作机械臂完成优化后的示教工作。2.根据权利要求1所述的无线控制的六自由度机械臂示教系统，其特征在于：所述的轨迹优化模块从PC端APP主控模块接收到示教角度数据包后，结合了正逆运动学求解和笛卡尔轨迹规划算法来优化示教轨迹，再将优化后的角度数据包发给仿真模块进行仿真，并且发给控制文件生成模块进行控制代码文件生成，所述的正逆运动学求解和笛卡尔轨迹规划算法如下：2.1)选择示教机械臂六个关节的D-H参数(即关节1≤i≤6的连杆长度ai、连杆转角αi、连杆偏距di和关节角θi)作为输入量，选择工作机械臂各个关节的关节角θi作为输出量；2.2)首先对示教机械臂构建其D-H参数模型，由于各杆件相对参考坐标系有转动和平移两个动作，因此对每个杆件沿关节轴建立一个关节坐标系，用以下四个参数来描述杆件：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧林林，陈志南，张强，禹鑫燚，杨帆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33