Delta并聯(lián)機械臂實現(xiàn)電磁鐵搬運功能
1. 功能說明
R037樣機是一款Delta并聯(lián)機械臂。本文示例將利用Delta并聯(lián)機械臂實現(xiàn)不同點定點搬運磁鐵物料的效果。
2. 結構說明
Delta并聯(lián)機械臂，其驅動系統(tǒng)采用精度較高的42步進電機；傳動系統(tǒng)為絲杠和萬向球節(jié)；執(zhí)行末端為搭載電磁鐵的圓盤支架。
3. Delta機械臂運動學算法
這里給大家介紹一種Delta并聯(lián)機械臂的運動軌跡解法，通過控制電機的轉動參數(shù)，最終求解出電磁鐵圓盤支架的運動軌跡規(guī)律，樣機采用R037b
該機械臂由3個絲杠平臺構成，通過并聯(lián)的方式同時控制同一個端點的運動；三個絲杠位于一個正三角形邊線的中心位置，連桿采用球頭萬向節(jié)連桿結構。
① 首先我們建立一個空間直角坐標系，該直角坐標系以三個絲杠平臺在俯視圖方向投影的內切圓心為原點，x軸與tower1和tower3之間的連線平行，y軸過tower2，其中z=0的平面設置在三個限位開關所在平面。
② 建立坐標系之后，我們可以得出3個限位開關Z軸投影的坐標為A=（-msin（60°），mcos（60°），0）；B=（0，m，0）；C=（msin（60°），mcos（60°），0）；其中m為在xy投影面上正三角形的內切圓心到B點的距離。
③確定各限位開關的位置（即確定各絲杠平臺上滑塊的初始位置），絲杠平臺的運動可簡化為如下：【其中N點為滑塊初始位置，Q點為端點初始位置，P為Q點在絲杠平臺上Z軸的投影；N1，P1，Q1點為絲杠平臺運動后的位，T點為某一固定點，假設為delta機械臂上端點在Z向可以運動的最大值在絲杠平臺Z向的投影點】
④逆運動學是根據(jù)Q1點的位置確定NN1的距離。
在圖中有幾個可以通過測量得到已知值，分別是連桿長度NQ/N1Q1、NT的距離、終點Q1點的坐標；假設我們輸入的量是終點Q1的坐標（X1,Y1,Z1）;這里需要注意的是Z1坐標為負值，為了方便理解在后面的推導中我們都對Z1取絕對值。
我們需要計算的是NN1的距離：
其中Q1的Z坐標與P1的Z坐標一致，所以NP1為已知量為Q1的Z坐標值Z1，即可以將上面的公式改為：
這里我們只需要計算出N1P1的值即可：
其中NIQ1為連桿長度，可通過測量得知，所以這里面需要我們計算出Q1P1。
⑤求出Q1P1：【該長度我們可以通過兩點坐標距離公式得出，借助俯視圖投影進行計算】
為方便計算Q1P1，圖中我們將N,N1,P,P1,T點都投影到Z為0的點，則Q1（X1，Y1，0）。
根據(jù)點坐標公式可得：
綜上所述：
注意前面我們對Z1取了一次絕對值，實際Z1為負值，
所以最終推導公式為：
這樣我們就求出了NN1（絲杠移動距離）與Q1（執(zhí)行端運動的終點）坐標的關系。
4. 功能實現(xiàn)
4.1 電子硬件
在這個示例中，我們采用了以下硬件，請大家參考：
| 主控板 | Basra主控板（兼容Arduino Uno） |
| 擴展板 | Bigfish2.1 |
| SH-ST擴展板 | |
| 傳感器 | 觸碰傳感器 |
| 電機 | 步進電機 |
| 電池 | 11.1v動力電池 |
| 其它 | 電磁鐵、USB線 |
4.2 電路連接說明
① 硬件連接-電子元件
各軸步進電機與SH-ST步進電機擴展板的接線順序如下（從上至下）：
X：紅藍黑綠
Y：紅藍黑綠
Z：黑綠紅藍
② 硬件連接-限位傳感器
各個軸的限位傳感器（觸碰）與Bigfish擴展板的接線如下：
X：A0
Y：A3
Z：A4
③ 電磁鐵連在Bigfish擴展板的D5、D6接口上。
4.3 編寫程序
編程環(huán)境：Arduino 1.8.19
Delta機械臂有兩種運動方式：第一種是自動運行搬運；第二種是用電腦發(fā)送指令，然后再根據(jù)指令運動。
這里僅列出Delta機械臂自動運行搬運（Delta.ino）的程序：【其它的程序源碼詳見 https://www.robotway.com/h-col-194.html 獲取】
/*------------------------------------------------------------------------------------ 版權說明：Copyright 2023 Robottime(Beijing) Technology Co., Ltd. All Rights Reserved. Distributed under MIT license.See file LICENSE for detail or copy at https://opensource.org/licenses/MIT by 機器譜 2023-02-08 https://www.robotway.com/ ------------------------------------------------------------------------------------*/ #include "Arduino.h" #include #include #include "Configuration.h" AccelStepper stepper_x(1, 2, 5); //tower1 AccelStepper stepper_y(1, 3, 6); //tower2 AccelStepper stepper_z(1, 4, 7); //tower3 //AccelStepper stepper_a(1, 12, 13); MultiStepper steppers; float delta[NUM_STEPPER]; float cartesian[NUM_AXIS] = {0.0, 0.0, 0.0}; //當前坐標 float destination[NUM_AXIS]; //目標坐標 boolean dataComplete = false; float down = -111; float up = -105; /*********************************************Main******************************************/ void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(EN, OUTPUT); steppers.addStepper(stepper_x); steppers.addStepper(stepper_y); steppers.addStepper(stepper_z); stepperSet(1600, 400.0); stepperReset(); delay(1000); Get_command(0, 0, down); Process_command(); delay(1000); } void loop() { float r = 25; float x1 = 0.0; float y1 = 0.0; Get_command(25, 0, down); Process_command(); delay(1000); for(int i=0;i<2;i++){ for(float i=0.0;i<=360;i+=10){ x1 = r * cos(i / 180 * 3.141592); y1 = r * sin(i / 180 * 3.141592); Get_command(x1, y1, down); Process_command(); } } delay(1000); for(int j=0;j<2;j++){ for(float i=360.0;i>=0;i-=10){ x1 = r * cos(i / 180 * 3.141592); y1 = r * sin(i / 180 * 3.141592); Get_command(x1, y1, down); Process_command(); } } delay(1000); Get_command(0, 0, down); Process_command(); test(); delay(1000); stepperReset(); delay(1000); } /***************************************Get_commond*******************************************/ void Get_command(float _dx, float _dy, float _dz){ destination[0] = _dx; destination[1] = _dy; destination[2] = _dz; if(destination[0] == 0 && destination[1] == 0 && destination[2] == 0){ stepperReset(); } else { dataComplete = true; } if(serial_notes){ Serial.print("destinationPosition: "); Serial.print(destination[0]); Serial.print(" "); Serial.print(destination[1]); Serial.print(" "); Serial.println(destination[2]); } } /***************************************Process_command***************************************/ void Process_command(){ if(dataComplete){ digitalWrite(EN, LOW); if(cartesian[0] == destination[0] && cartesian[1] == destination[1] && cartesian[2] == destination[2]){ return; } else { Line_DDA(destination[0], destination[1], destination[2]); } } dataComplete = false; digitalWrite(EN, HIGH); } /************************************************** DDA ************************************************/ void Line_DDA(float x1, float y1, float z1) { float x0, y0, z0; // 當前坐標點 float cx, cy; // x、y 方向上的增量 x0 = cartesian[0];y0 = cartesian[1];z0 = cartesian[2]; int steps = abs(x1 - x0) > abs(y1 - y0) ? abs(x1 - x0) : abs(y1 - y0); cx = (float)(x1 - x0) / steps; cy = (float)(y1 - y0) / steps; for(int i = 0; i <= steps; i++) { cartesian[0] = x0 - cartesian[0]; cartesian[1] = y0 - cartesian[1]; cartesian[2] = z1 - cartesian[2]; calculate_delta(cartesian); stepperSet(1350.0, 50.0); stepperMove(delta[0], delta[1], delta[2]); cartesian[0] = x0; cartesian[1] = y0; cartesian[2] = z1; x0 += cx; y0 += cy; if(serial_notes){ Serial.print("currentPosition: "); for(int i=0;i<3;i++){ Serial.print(cartesian[i]); Serial.print(" "); } Serial.println(); Serial.println("-------------------------------------------------"); } } } /***************************************calculateDelta****************************************/ void calculate_delta(float cartesian[3]) { if(cartesian[0] == 0 && cartesian[1] == 0 && cartesian[2] == 0){ delta[0] = 0; delta[1] =0; delta[2] = 0; } else { delta[TOWER_1] = sqrt(delta_diagonal_rod_2 - sq(delta_tower1_x-cartesian[X_AXIS]) - sq(delta_tower1_y-cartesian[Y_AXIS]) ) + cartesian[Z_AXIS]; delta[TOWER_2] = sqrt(delta_diagonal_rod_2 - sq(delta_tower2_x-cartesian[X_AXIS]) - sq(delta_tower2_y-cartesian[Y_AXIS]) ) + cartesian[Z_AXIS]; delta[TOWER_3] = sqrt(delta_diagonal_rod_2 - sq(delta_tower3_x-cartesian[X_AXIS]) - sq(delta_tower3_y-cartesian[Y_AXIS]) ) + cartesian[Z_AXIS]; for(int i=0;i<3;i++){ delta[i] = ((delta[i] - 111.96) * stepsPerRevolution / LEAD); } } if(serial_notes){ Serial.print("cartesian x="); Serial.print(cartesian[X_AXIS]); Serial.print(" y="); Serial.print(cartesian[Y_AXIS]); Serial.print(" z="); Serial.println(cartesian[Z_AXIS]); Serial.print("delta tower1="); Serial.print(delta[TOWER_1]); Serial.print(" tower2="); Serial.print(delta[TOWER_2]); Serial.print(" tower3="); Serial.println(delta[TOWER_3]); } } /****************************************stepperMove******************************************/ void stepperMove(long _x, long _y, long _z){ long positions[3]; positions[0] = _x; //steps < 0, 向下運動 ; steps > 0, 向上運動 positions[1] = _y; positions[2] = _z; steppers.moveTo(positions); steppers.runSpeedToPosition(); stepper_x.setCurrentPosition(0); stepper_y.setCurrentPosition(0); stepper_z.setCurrentPosition(0); } /****************************************stepperSet******************************************/ void stepperSet(float _v, float _a){ stepper_x.setMaxSpeed(_v); //MaxSpeed: 650 stepper_x.setAcceleration(_a); stepper_y.setMaxSpeed(_v); stepper_y.setAcceleration(_a); stepper_z.setMaxSpeed(_v); stepper_z.setAcceleration(_a); } /****************************************stepperReset******************************************/ void stepperReset(){ digitalWrite(EN, LOW); if(cartesian[2] != 0){ Get_command(0, 0, cartesian[2]); Process_command(); digitalWrite(EN, LOW); } while(digitalRead(SENSOR_TOWER1) && digitalRead(SENSOR_TOWER2) && digitalRead(SENSOR_TOWER3)){ stepperMove(10, 10, 10); } stepperSet(1200.0, 100.0); stepperMove(-400, 0, 0); while(digitalRead(SENSOR_TOWER1)){ stepperMove(10, 0, 0); } stepperMove(0, -400, 0); while(digitalRead(SENSOR_TOWER2)){ stepperMove(0, 10, 0); } stepperMove(0, 0, -400); while(digitalRead(SENSOR_TOWER3)){ stepperMove(0, 0, 10); } for(int i=0;i<3;i++){ cartesian[i] = 0.0; } if(serial_notes) Serial.println("resetComplete!"); digitalWrite(EN, HIGH); } /*************************************************** electromagnet *************************************************************/ void putUp(){ digitalWrite(9, HIGH); digitalWrite(10, LOW); } void putDown(){ digitalWrite(9, LOW); digitalWrite(10, LOW); } /************************************************** test ******************************************************************/ void test(){ Get_command(0, 0, down); Process_command(); delay(500); putUp(); Get_command(0, 0, up); Process_command(); Get_command(25, 0, up); Process_command(); Get_command(25, 0, down); Process_command(); putDown(); delay(500); putDown(); putUp(); Get_command(25, 0, up); Process_command(); Get_command(0, 25, up); Process_command(); Get_command(0, 25, down); Process_command(); putDown(); delay(500); putDown(); putUp(); Get_command(0, 25, up); Process_command(); Get_command(-25, 0, up); Process_command(); Get_command(-25, 0, down); Process_command(); putDown(); delay(500); putUp(); Get_command(-25, 0, up); Process_command(); Get_command(0, -25, up); Process_command(); Get_command(0, -25, down); Process_command(); putDown(); delay(500); putUp(); Get_command(0, -25, up); Process_command(); Get_command(25, 0, up); Process_command(); Get_command(25, 0, down); Process_command(); putDown(); delay(500); putUp(); Get_command(25, 0, up); Process_command(); Get_command(0, 0, up); Process_command(); Get_command(0, 0, down); Process_command(); delay(500); putDown(); }
5. 擴展
下圖是另一種外觀的Delta機械臂（R037c），控制原理完全一樣。
審核編輯黃宇
聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容侵權或者其他違規(guī)問題，請聯(lián)系本站處理。
舉報投訴
-
電磁鐵
+關注
關注
2文章
170瀏覽量
15698 -
Delta
+關注
關注
1文章
30瀏覽量
13718 -
機械臂
+關注
關注
14文章
596瀏覽量
26120
發(fā)布評論請先 登錄
相關推薦
熱點推薦
適配FOUP載具的晶圓搬運機械手，哪些型號維護更便捷？
FOUP載具（Front-Opening Unified Pod）作為半導體晶圓的密封傳輸容器，能有效避免晶圓在搬運過程中被污染，因此在先進制程中應用廣泛。但適配FOUP載具的晶圓搬運機械手，維護
射頻RFID+機械臂：工業(yè)零部件加工后智能分揀
某精密機械加工廠采用RFID+機械臂協(xié)同方案，提升零部件分揀精度與效率，降低錯分率，實現(xiàn)智能制造升級。
Delta并聯(lián)機器人高速抓放應用解決方案：基于BL350與EtherCAT的硬實時控制
在?食品、藥品、電子元器件?等行業(yè)的包裝與分揀產(chǎn)線上，Delta并聯(lián)機器人（又稱“蜘蛛手”）因其高速度、高重復定位精度，已成為實現(xiàn)高效?抓放作業(yè)?的核心裝備。然而，隨著生產(chǎn)節(jié)拍要求的不斷提升（如
復合機器人對比傳統(tǒng)AGV和機械臂的優(yōu)勢何在？
復合機器人對比傳統(tǒng)AGV和機械臂的優(yōu)勢，核心在于它突破了單一設備的功能局限，實現(xiàn)了“移動+操作”的深度協(xié)同，尤其在上下料和物料轉運場景中優(yōu)勢顯著。經(jīng)世智能復合機器人：重新定義上下料與物
傳統(tǒng)測試設備的局限與協(xié)作機械臂的破局
在協(xié)作式測試設備的研發(fā)與落地中，北京沃華慧通測控技術有限公司憑借深厚的測控技術積累，成為行業(yè)核心賦能者。作為專注于智能測控設備研發(fā)的高新技術企業(yè)，北京沃華慧通測控技術有限公司深度把握協(xié)作機械臂的技術特性，構建了 “機械
EtherCAT轉Profinet協(xié)議轉換網(wǎng)關實現(xiàn)PLC與機械臂通訊的配置案例
在某汽車零部件制造企業(yè)的生產(chǎn)線中，面臨著設備協(xié)議不兼容的問題。該生產(chǎn)線的核心控制系統(tǒng)采用的是西門子S7-1500PLC，其通信協(xié)議為Profinet，而用于零部件加工的機械臂則采用EtherCAT協(xié)議。由于協(xié)議差異，機械
創(chuàng)想智控焊縫跟蹤+發(fā)那科機器人實現(xiàn)工程機械臂架焊接智能化升級
焊也受到工件裝配誤差等因素的影響。隨著智能制造和工業(yè)自動化的發(fā)展，如何借助先進的傳感與控制技術，實現(xiàn)工程機械臂架焊接的精準化與自動化，是工程機械制造行業(yè)的重點難題。
協(xié)作機械臂產(chǎn)品介紹
多元需求比鄰星協(xié)作機械臂擁有出色的負載表現(xiàn)，別看其外觀設計精巧，卻能輕松承載較重的物品 。在工業(yè)生產(chǎn)中，無論是搬運大型零部件，還是在精密電子制造環(huán)節(jié)中對微小元器件進行精準操作，它都能穩(wěn)定運行，重復定位精度極高
發(fā)表于 08-07 17:20
?0次下載
GZCOM-NET：為機械臂測試帶來高效無線解決方案！
在智慧工廠中，機械臂的性能和安全性需通過靜態(tài)與動態(tài)測試來保障。批量化測試時，后臺需實時顯示數(shù)據(jù)曲線和異常數(shù)據(jù)。GZCOM-NET憑借高效穩(wěn)定的無線傳輸，為機械臂測試提供可靠方案。行業(yè)背
運動控制模塊：Delta機械手柔性上下料開發(fā)零門檻！
正運動運動控制模塊結合第三方視覺實現(xiàn)Delta機械手柔性上下料應用開發(fā)
Lake Shore 643電磁鐵電源無法開機深度維修案例剖析與解決方案
近期北京某企業(yè)送修一臺電磁鐵電源 Lake Shore 643，報修的故障是儀器內部進水不開機。對儀器進行初步檢測，確定故障與客戶報修一致。
視覺運控一體機在DELTA并聯(lián)機械手動態(tài)跟隨抓取的應用
正運動DELTA并聯(lián)機械手動態(tài)跟隨抓取解決方案
上升沿時間在10ns以內的電磁鐵驅動電路請教
最近需要做一個電磁鐵的驅動電路，具體要求如下：
1、輸出脈沖的電壓6V或-6V，電流120mA。還希望后期能控修改輸出電壓至7-10V
2、希望能夠根據(jù)輸入的ttl信號決定輸出6V還是-6V
3
發(fā)表于 04-15 16:09
?？低曂瞥龃竽Ｐ?b class='flag-5'>機械臂防碰撞相機
工業(yè)機械臂負載作業(yè)時，往往重達幾百斤甚至更重，提升效率的同時，如果它們“意外傷人”，后果不堪設想。
工商網(wǎng)監(jiān)
評論