基于运动控制卡的圆柱坐标机械臂设计

       1 方案简介

        介绍一种基于运动控制卡制作一款scara圆柱坐标的机械臂设计方案，该方案控制器用运动控制卡制作一台三轴机械臂，用于自动抓取和放料操作。

        2 组成部分

        该机械臂的组成部分有研华运动控制卡，触摸屏，三轴圆柱坐标的平面运动机械结构，控制电柜包括伺服电机，上位机控制软件等部分组成。

        3 控制方法

        圆柱坐标的机械臂由三个互相铰接的轴连接，每个轴配有伺服电机带动一段连杆作平面圆形轨迹运动，三个轴组合运动，末端配有吸盘夹具，配合真空吸盘可以实现一个圆形区域内的机械臂抓取动作主要用于钣金件的取放料。末端轴带动夹具上下移动。三个轴分别由伺服电机控制，末端负载10kg。控制卡的的高速脉冲输出接口可以输出高速脉冲可以直接控制伺服电机，也可以和伺服通信控制伺服电机实现对机械臂的控制。

        由于是圆柱坐标因此其正逆运动学计算比较简单，x'=cosx-siny, y'=sinx+cosy. 可以根据末端轨迹和两端连杆计算逆运动解。也可以根据实际连杆长度参数，调用控制卡的结算算法计算两个轴的旋转角度，将角度与脉冲数进行换算即可得到运动轨迹，将柱坐标由笛卡尔坐标系表达，设定工作范围以半径和角度表示。

        另外在轴中心安装 编码器，拖动轴末端进行示教，用编码器记录轴的轨迹。再将轨迹角度转换为脉冲控制伺服运动。编码器可以接入控制卡用于记录示教轨迹。

        4 整体操作

        用触摸屏连接控制卡，可以选择手动自动切换模式，手动状态下可以单独控制每个轴，或指定末端轨迹点，让机械臂运动到指定轨迹点。同时会设定机械臂原点。启动时自动回到原点。自动状态下可以加载轨迹文件，根据轨迹文件完成取放料操作。也可以在手动状态记录轨迹点，保存轨迹点进行示教。

        整个机械臂结构类似如下：