本發(fā)明涉及家禽自動取內(nèi)臟
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種掏膛機械手、臂以及方法。
背景技術(shù)：
：機械手是一種能夠模仿人的手操作，通過可重復(fù)的編程，來實現(xiàn)其在三維空間完成各種任務(wù)和作業(yè)的自動化設(shè)備，一般用于工業(yè)生產(chǎn)當中的輔助生產(chǎn)工具，能大大的降低人的勞動力，提高生產(chǎn)效率。機械手一般由機械手機械本體、控制核心、伺服驅(qū)動裝置、傳感裝置等重要部分組成。機械手的分類方式有很多，一般可以按機械手的幾何結(jié)構(gòu)、機械手的控制方式、機械手的信息輸入方式以及機械手在不同領(lǐng)域中的用途來分。其中最常用分類方法是根據(jù)機械手的幾何結(jié)構(gòu)來分，機械手的機械部分之間的安裝方式有多種，基于配置的形式的不同，最常見的形式是通過其坐標特性來表達的。按照機械手的結(jié)構(gòu)形式，可以將機械手分為關(guān)節(jié)型機械手和非關(guān)節(jié)型機械手，關(guān)節(jié)型機械手一般是由移動副和轉(zhuǎn)動副進行不同形式的組合而組成的，不同的組合就決定了機械手運動的坐標形式和機械手在空間運動的范圍，一般可以分為直角坐標型、圓柱坐標型、球坐標型、開鏈連桿式關(guān)節(jié)型。其中最常用的機械手就是直角坐標型和開鏈連桿式關(guān)節(jié)型。(1)、直角坐標型機械手：三維空間直角坐標系下的機械手臂的運動是由x，y，z三個方向上的直線運動組成的，各臂部分別沿著自身所在坐標軸方向上做前進、升降和伸縮運動，在空間的運動范圍一般是個長方體，由于機械臂的運動形式相對比較簡單，所以在編寫程序方面相對簡單，而且設(shè)備成本相對較低。(2)、開鏈連桿式關(guān)節(jié)型機械手：開鏈連桿式關(guān)節(jié)型機械手又叫串聯(lián)機械手，該機械手模仿人的手臂結(jié)構(gòu)和形式來實現(xiàn)運動，各個機械部件通過轉(zhuǎn)動副首尾連接起來，一般由三個旋轉(zhuǎn)自由度組成，臂部可以分為大臂和小臂，小臂與大臂之間的轉(zhuǎn)動副稱為肘關(guān)節(jié)，大臂與底座之間的轉(zhuǎn)動副稱為肩關(guān)節(jié)，手臂的運動是由臂部之間的旋轉(zhuǎn)和底座在水平面的旋轉(zhuǎn)來決定的，該機械臂運動的靈活性比較大，開發(fā)一套完整的算法相對直角坐標系下的機械臂難的多，而且設(shè)備比較昂貴。當前，人工凈膛或者國外機械手凈膛過程中，存在內(nèi)臟易破損和易殘留的弊端。如何有效解決內(nèi)臟取出的同時、減少對內(nèi)臟的損壞；以及機械臂的運動只需要前進、升降和伸縮就可以達到掏膛的目的、節(jié)約成本，是當前亟待解決的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種掏膛機械手、臂以及方法，采用裝在機械手末端上的傳感器來感知壓力大小，從而控制抓取的壓力，來降低其破損率；同時采用空間直角坐標系下步進電機驅(qū)動機械手，運動時只需要前進、升降和伸縮就可以達到掏膛的目的，節(jié)約成本。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：掏膛機械手，包括步進驅(qū)動電機、螺桿、滑塊、機械手指，步進驅(qū)動電機輸出軸與螺桿相連，螺桿和滑塊之間為絲桿傳動，滑塊與機械手指之間通過連桿連接，機械手指的內(nèi)側(cè)安裝有壓阻式薄膜傳感器。所述掏膛機械手為對稱式結(jié)構(gòu)，包括多個機械手指，每一個機械手指連接一個連桿，滑塊同時推動多個連桿。所述機械手指為與家禽內(nèi)臟直接接觸的部分，多個相同的機械手指形成一定的包絡(luò)空間，與家禽腹腔輪廓曲線匹配。所述螺桿為螺距為1mm的螺桿，即螺桿旋轉(zhuǎn)一圈，滑塊就移動1mm。所述螺桿、機械手指裝配在底座上，底座通過支桿連接用于安裝步進驅(qū)動電機的固定架。所述壓阻式薄膜傳感器用來感受內(nèi)臟壓力，壓阻式薄膜傳感器通過壓力/電壓轉(zhuǎn)換電路連接單片機模塊，所述單片機模塊連接步進電機驅(qū)動器。掏膛機械臂，包括x軸向機械臂、y軸向機械臂、z軸向機械臂，每一個機械臂均包括步進電機、滑臺，步進電機固定在固定板上，步進電機輸出軸穿過固定板，步進電機輸出軸與絲桿一端連接，滑臺與絲桿之間采用絲桿傳動，絲桿的另外一端與相應(yīng)的軸承進行固定，軸承安裝在軸承座上，絲桿旋轉(zhuǎn)使滑臺在直線導(dǎo)軌上實現(xiàn)前后移動。x軸向機械臂安裝在y軸向機械臂的滑臺上，y軸向機械臂安裝在z軸向機械臂的滑臺上，掏膛機械手安裝在x軸向機械臂的滑臺上。x、y、z軸上，在掏膛機械手靠近機械臂機械部分的末端的極限位置上，掏膛機械手和極限位置都留有20-30毫米的安全距離。一種家禽掏膛方法，掏膛機械手從初始位置o點開始，首先，x軸向機械臂a上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向靠近x軸步進電機的方向直線運動，即x軸的負方向，運動到設(shè)定的距離。到達a點后，然后y軸方向上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向靠近y軸步進電機的方向直線運動，即y軸的負方向，運動到設(shè)定的距離，即到達b點后；最后，z軸方向上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向遠離z軸步進電機的方向直線運動，即z軸的正方向，運動到設(shè)定的距離，即到達c點后；在c點掏膛機械手開始閉合，通過壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力大小，將掏膛機械手確定一個合適的抓取力度，這個力度既沒有達到內(nèi)臟的壓力極限，也不至于沒抓緊內(nèi)臟而脫落，完成這一掏膛動作后，掏膛機械手原路返回到初始位置o點，此時掏膛機械手張開，在重力的作用下內(nèi)臟掉落。本發(fā)明一種掏膛機械手、臂以及方法，有益效果如下：1：為了模仿人手達到精確抓取物體的要求，一般的機械手設(shè)計都是根據(jù)人手的結(jié)構(gòu)和工作原理進行設(shè)計，與人手類似，將機械手指也設(shè)計成多指節(jié)，運用多個動力對相應(yīng)的指節(jié)關(guān)節(jié)進行驅(qū)動，這樣設(shè)計的機械手的靈活性相當高，但從另外一方面來講，這種模仿人手設(shè)計的機械手無疑機械結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，零件加工和裝配都比較復(fù)雜，成本相對較昂貴，而且很難實現(xiàn)對其精確的控制?；谠诒景l(fā)明中只需要實現(xiàn)精準的張開和閉合的動作，將機械手爪設(shè)計成對稱式的機械手結(jié)構(gòu)，只需要提供一個動力源，控制步進電機的正反轉(zhuǎn)動，就可以實現(xiàn)對機械手爪的抓取和松開，能很好的達到掏膛要求，這樣的對稱式結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得該掏膛機械手爪結(jié)構(gòu)簡單和緊湊，加工成本低，易于實現(xiàn)對其的控制。2:機械手指的指型彎曲尺寸設(shè)計是根據(jù)家禽輪廓曲線參數(shù)設(shè)計，這樣設(shè)計主要是為了保證機械手爪在抓取家禽內(nèi)臟時四個機械手指與家禽內(nèi)腔輪廓吻合，這樣能保證內(nèi)臟和機械手指大面積接觸，從而避免家禽內(nèi)臟上某些位置單點受力致使內(nèi)臟破損。3:考慮到當機械手爪抓取內(nèi)臟過程中，當壓力達到設(shè)定值時，控制機械手爪步進電機反轉(zhuǎn)，讓機械手爪的四個手指同時張開一定的角度，在手爪展開后，在后續(xù)將內(nèi)臟拉出的過程中，我們既要保證壓力小于設(shè)定值，也要保證內(nèi)臟不會脫離機械手爪，所以，在一定范圍內(nèi)，就要將螺桿的螺距盡量設(shè)計小些，這樣手爪的張開和閉合就更加精確。4:本發(fā)明的核心內(nèi)容就是在掏膛機械手爪的四個手指內(nèi)側(cè)安裝了壓阻式薄膜傳感器，通過該傳感器實時采集機械手指對家禽內(nèi)臟的壓力，從而達到控制抓取力度，減少或是避免掏膛時的內(nèi)臟破損的問題。5:在掏膛機械手靠近機械臂機械部分的末端的極限位置上，掏膛機械手和極限位置都留有20-30毫米的距離，這個距離是通過裝在各個單向軸機械臂上的限位開關(guān)來保證的，當機械手爪運動到這個設(shè)定位置時就會觸發(fā)限位開關(guān)，致使該單向軸機械臂的步進電機失能，就像按下緊急停止開關(guān)一樣，掏膛運動停止，這主要是考慮到機械臂裝置的安全性。6:本發(fā)明掏膛方法的確定，實際上是軌跡規(guī)劃的問題，主要是為了滿足掏膛動作要求的同時，盡可能使各個單向軸機械臂之間的運動配合簡單，也有利于stm32單片機程序的編寫，易于實現(xiàn)對其的控制。附圖說明圖1為本發(fā)明的掏膛機械手結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明掏膛機械手的機械手手指結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明掏膛機械手的連桿結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明掏膛機械手的底座結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明驅(qū)動器共陽極接線圖。圖6為本發(fā)明傳感器的電阻-載荷的對應(yīng)關(guān)系曲線圖。圖7為分壓式壓力采集電路圖。圖8為本發(fā)明的掏膛機械臂結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明的掏膛機械臂安裝示意圖。圖10為本發(fā)明的機械手爪的運動軌跡圖。具體實施方式本發(fā)明掏膛機械手、臂以及方法，針對人工凈膛或者國外機械手凈膛過程中內(nèi)臟易破損和易殘留的特點，以常見家禽(如鴨、雞等)為研究對象，在原有的機械手的基礎(chǔ)上，提供一種掏膛機械手，達到將內(nèi)臟取出的同時其破損程度較小的目的。為解決內(nèi)臟破損問題，本發(fā)明采用裝在末端上的傳感器來感知壓力大小，從而控制抓取的壓力，來降低其破損率。同時，本發(fā)明掏膛機械臂掏膛的過程當中，機械臂的運動只需要前進、升降和伸縮就可以達到掏膛的目的。為節(jié)約成本，選擇了空間直角坐標系下的掏膛機械手來完成。實施例1：如圖1所示：掏膛機械手，包括步進驅(qū)動電機1、螺桿2、滑塊3、機械手指4、彈性聯(lián)軸器5、連桿6、固定架7、支桿8、底座9。步進驅(qū)動電機1輸出軸通過彈性聯(lián)軸器5與螺桿2相連，螺桿2和滑塊3之間為絲桿傳動，滑塊3與機械手指4之間通過連桿6連接，機械手指4的內(nèi)側(cè)安裝有壓阻式薄膜傳感器。掏膛機械手爪的結(jié)構(gòu)說明：寬度均為16mm的四根結(jié)構(gòu)和尺寸均相同的機械手指4的一端，放在底座9寬度均為17mm的四個相應(yīng)的卡槽中，通過螺栓穿過卡槽側(cè)孔和機械手指一端的側(cè)孔，將機械手指4固定在底座9上，并保證機械手指4能夠繞螺栓旋轉(zhuǎn)，形成一個轉(zhuǎn)動副。四根機械手指的另一端放在寬度均為17mm的四根相應(yīng)的連桿6卡槽中，也通過螺栓以同樣的方式進行固定，同樣形成一個轉(zhuǎn)動副。四根相同連桿6的另一端寬度均為5mm，將四根連桿6的該端放在滑塊均為6mm的四個相應(yīng)的卡槽中，也通過螺栓以同樣的方式進行固定，同樣形成一個轉(zhuǎn)動副，滑塊與螺桿之間為絲桿傳動方式，螺桿的一端與兩個內(nèi)徑為10mm的深溝球軸承進行過盈配合，這兩個軸承分別以過盈配合的方式分別固定在底座9上，并且與兩軸承的端面與底座9的端面平齊，螺桿2與軸承固定的一端的最末端通過卡圈進行緊固，防止螺桿軸向松動，螺桿的另外一端通過彈性聯(lián)軸器5與步進驅(qū)動電機1連接，以便將步進驅(qū)動電機1的動力傳輸?shù)铰輻U2上實現(xiàn)滑塊上下運動，從而帶動連桿運動，最終實現(xiàn)機械手指的閉合和張開，即機械手爪的抓取和松開。另外，步進驅(qū)動電機1通過螺釘固定在固定架7上，最后，通過四根支桿8將固定架7與底座9連接起來，四根支桿的一端分別通過螺紋固定在固定架7上，四根支桿另外一端通過通孔和螺母固定在底座9上，通過以上的結(jié)構(gòu)和零件之間的裝配，就形成了掏膛機械手整體結(jié)構(gòu)。一：掏膛機械手的工作原理：掏膛機械手整體為對稱式結(jié)構(gòu)，根據(jù)家禽腹腔輪廓曲線來設(shè)計機械手指4，以便機械手指4在掏膛的過程中與家禽腹腔向適應(yīng)，有利于掏膛作業(yè)。步進驅(qū)動電機1由電機固定架固定，步進驅(qū)動電機1輸出軸通過彈性聯(lián)軸器5與螺桿2相連，當輸出軸旋轉(zhuǎn)時，螺桿2會以電機同樣的速度旋轉(zhuǎn)，螺桿2則會推動其上面的滑塊3運動，螺桿2和滑塊3之間為絲桿傳動，這種傳動方式能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，實現(xiàn)滑塊3的直線運動，同時滑塊3與機械手指4之間通過連桿6連接，從而將滑塊3的推力傳遞到機械手指4上，實現(xiàn)機械手指4的運動，控制步進驅(qū)動電機1的正反轉(zhuǎn)，就能控制機械手指4的張開和閉合；控制步進驅(qū)動電機1的旋轉(zhuǎn)速度，就可以控制機械手指4張開和閉合的速度。另外，采用的是螺距為1mm的螺桿2，即螺桿2旋轉(zhuǎn)一圈，滑塊3就移動1mm，這樣使得機械手整體得到了精確的控制。二、掏膛機械手的步進驅(qū)動電機1選型：同樣考慮步進電機的類型和各自的特點，與掏膛機械臂一樣，選擇混合式二相步進電機作為機械手爪的驅(qū)動動力，基于掏膛機械手整體為對稱式結(jié)構(gòu)，滑塊3同時推動四個連桿6，所以選擇的步進電機轉(zhuǎn)矩稍大些，最終確定步進電機的型號為j-5718hb3401，具體參數(shù)如下表1所示：表1機械手爪步進電機參數(shù)三、掏膛機械手主要尺寸設(shè)計：3.1、機械手指4：機械手指4為與家禽內(nèi)臟直接接觸的部分，采取夾取式的方式，通過四個相同的機械手指4形成一定的包絡(luò)空間，將內(nèi)臟加緊后，機械臂后退，直接將內(nèi)臟帶出，機械手指4圖如圖2所示。3.2、連桿：連桿6用于將滑塊3上的力傳遞到機械手指4上，連桿6的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。3.3、機械手爪底座：底座7作為一個依附零件，用于安裝螺桿2、機械手指4，底座7的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。四、掏膛機械手控制系統(tǒng)：4.1、步進電機驅(qū)動器特點：基于掏膛機械手上均采用57二相混合式步進電機作為動力，本發(fā)明采用tb6600型號的驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機工作，這是一款專業(yè)的兩相混合式步進電機驅(qū)動器，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，通過3位撥碼開關(guān)選擇7檔細分控制(1，2/a，2/b，4，8,16，32)，通過3位撥碼開關(guān)選擇8檔電流控制(0.5a，1a，1.5a，2a，2.5a，2.8a，3a，3.5a)，接口采用高速光耦隔離，抗高頻干擾能力強等特點。4.1、步進電機驅(qū)動器電氣參數(shù)，tb6600型號步進電機驅(qū)動器電氣參數(shù)如下表2所示：表2tb6600驅(qū)動器電氣參數(shù)輸入電壓dc9-40v輸入電流推薦使用開關(guān)電源功率5a輸出電流0.5-4.0a最大功耗160w細分1，2/a，2/b，4，8,16，32重量0.2千克4.3、驅(qū)動器輸入端接線說明：驅(qū)動器上輸入信號共有三路，分別是步進電機脈沖信號pul+，pul-、方向電平信號dir+,dir-、脫機信號en+,en-。輸入信號有兩種接法，分別是共陰極和共陽極接法。共陽極接法：分別將pul+,dir+,en+連接到控制系統(tǒng)的電源上，電源是+5v則可以直接接入，如果電源大于+5v，則必須外接限流電阻，保證給驅(qū)動器內(nèi)部光耦提供8-15ma的驅(qū)動電流。脈沖輸入信號通過pul-接入，方向信號通過dir-接入，使能信號通過en-接入。共陰極接法：分別將pul-,dir-,en-連接到控制系統(tǒng)的地端，脈沖輸入信號通過pul+接入，方向信號通過dir+接入，使能信號通過en+接入。若需限流，其接法與共陽極接法一致。系統(tǒng)接線：下面以共陽極接法為例，假設(shè)控制系統(tǒng)的電源為5v,則不需要外接限流電阻，驅(qū)動器與控制器、步進電機、電源的接線如圖5所示。五、壓力采集系統(tǒng)：5.1、壓阻式薄膜傳感器：本發(fā)明壓力采集系統(tǒng)中采用的是rfp-6系列601型號薄膜傳感器，該傳感器可以對物體之間的壓力、接觸力、觸覺力進行感應(yīng)測試，可以用于多種應(yīng)用環(huán)境和場景，該傳感器為壓阻式傳感器，當感應(yīng)的力大小發(fā)生變化時，傳感器的電阻也隨之發(fā)生變化，當壓力變大時，電阻值變小；當壓力變小時，電阻值會變大，該傳感器的電阻-載荷的對應(yīng)關(guān)系曲線如圖6所示，該關(guān)系曲線是在實驗室通過標準的壓力標定測試所得到的。該壓阻式薄膜傳感器具有獨特的超薄、超軟、超輕、超低功耗等特點，該傳感器緊貼在機械手指4內(nèi)側(cè)，能適應(yīng)彎曲的情況，該傳感器的主要性能如下表3所示。表3rfp-6系列601型號薄膜壓力傳感器主要參數(shù)：5.2、壓力采集電路設(shè)計：根據(jù)rfp-6系列601型號薄膜傳感器的原理可知，本質(zhì)上該傳感器相當于一個不同壓力下改變電阻值的滑動變阻器，由于單片機能接受的是電信號，不能直接采集該傳感器的阻值，故需要設(shè)計采集電路，將該傳感器的阻值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的電壓信號，然后送入單片機，該采集電路由傳感器與rg＝10kω定值電阻串聯(lián)而成，傳感器的另一端接+5v的vcc，定值電阻的另一端接gnd地端，壓力采集電路設(shè)計如圖7所示。這樣壓力跟電阻有固定的關(guān)系，電阻跟電壓的關(guān)系又由采集電路確定，所以可以間接得到壓力與電壓的關(guān)系。設(shè)在量程范圍內(nèi)的一定壓力下，傳感器的電阻值為rs，定值電阻的阻值為rg，單片機采集的電壓為vout，根據(jù)串聯(lián)電阻分壓原理，則有關(guān)系rs＝(vcc/vout-1)rg，由該關(guān)系式可以得到傳感器一定壓力下的電阻值rs，然后，由601型號傳感器的電阻-載荷的函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)＝16.15x-0.693可以得到壓力f＝16.15rs-0.693。實施例2：掏膛機械臂，包括x軸向機械臂、y軸向機械臂、z軸向機械臂。每一個機械臂均包括步進電機10、固定板11、底板12、聯(lián)軸器13、絲桿14、滑臺15、直線導(dǎo)軌16、導(dǎo)軌墊板17、固定架18、肋板19、擋板20、防塵蓋21?；_15與絲桿14裝配，絲桿14通過聯(lián)軸器13連接步進電機10，步進電機10驅(qū)動絲桿14的轉(zhuǎn)動，從而帶動滑臺15向前或向后運動。掏膛機械臂由x軸向機械臂、y軸向機械臂、z軸向機械臂三部分組成，這三軸向機械臂的構(gòu)成完全類似，只是因為行程設(shè)計不同，而致使各軸向機械臂的同一零部件在長度上有略微的變化，故這里只以三軸向機械臂中的x軸向機械臂為例，對單軸向的機械臂的結(jié)構(gòu)進行說明。步進電機10通過螺釘固定在固定板11上，步進電機10輸出軸穿過固定板11上的圓孔，固定板11通過螺釘固定在底板12上，伸出的步進電機10輸出軸通過聯(lián)軸器13與絲桿14一端連接，滑臺15與絲桿14之間采用絲桿傳動，絲桿14的另外一端與相應(yīng)的軸承進行固定，軸承安裝在軸承座上，軸承座固定在底板12上，絲桿14旋轉(zhuǎn)使滑臺15在直線導(dǎo)軌16上實現(xiàn)前后移動，直線導(dǎo)軌16固定在導(dǎo)軌墊板17上，導(dǎo)軌墊板17又固定在底板12上，為了防止絲桿14傳動受到外界雜質(zhì)的干擾影響零件的使用，在固定板11與滑臺的一邊、以及滑臺15另一邊與擋板20之間特地的安裝了防塵蓋21，以免其受到干擾，影響機械臂的使用和壽命。放在工作臺上的單向軸機械臂為z軸向機械臂，豎直方向的單向軸機械臂為y軸向機械臂，y軸向機械臂通過l型的固定架與z軸向機械臂連接，l型固定架的底面通過螺釘固定在z軸向機械臂的滑臺上，y軸向機械臂的底板通過螺釘固定在l型固定板的側(cè)面，為了防止l型固定板受力過大，而導(dǎo)致固定板位置形變，在l型固定板的中間通過電焊焊上一塊肋板，x軸向機械臂以水平方向通過螺釘將其底板固定在y軸向機械臂的滑臺上，這樣，一個完整的直角坐標系下的掏膛機械臂就形成。將前面所述的整個機械手爪部分中的步進電機固定架通過螺釘固定在上面所述的整個掏膛機械臂部分中的x軸向機械臂的滑臺上，就構(gòu)成了整套完整的掏膛機械手，該掏膛機械手的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。(一)、掏膛機械臂的行程設(shè)計：為了描述的方便，本發(fā)明規(guī)定在垂直平面上，掏膛機械臂機械部分橫著的方向為空間直角坐標系的x方向，豎著的方向為空間直角坐標系的y方向，與垂直面垂直的水平面上的機械部分為z方向。在掏膛過程中，垂直平面上的x和y軸兩個方向上的運動只是為了確定家禽所在位置，故滑臺運動的行程可以相對短些，水平面上的z軸方向，實現(xiàn)的是前進和后退運動，掏膛機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。由于要將內(nèi)臟直接拉出來，故有效行程要相對長些，考慮到如圖1所示掏膛機械手進行掏膛時的實際作業(yè)情況，在掏膛機械臂尺寸上的設(shè)計規(guī)格如表4所示：表4機械臂三軸方向上的有效行程(二)、掏膛機械臂的傳動方式：本發(fā)明中采用步進電機進行驅(qū)動，機械臂的各個機械部分上的滑臺15為直線運動，這就需要將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑臺15的直線運動，基于機械臂的結(jié)構(gòu)形式，采用絲桿14傳動最為方便合適。絲桿14的轉(zhuǎn)動帶動滑臺15向前或向后運動，絲桿14所轉(zhuǎn)的圈數(shù)與滑臺15移動的距離成正比關(guān)系，另外，絲桿14的傳動比與絲桿14的螺距有關(guān)，螺距越小，那么傳動比越高，在低負載的情況下可以與步進電機通過聯(lián)軸器直接相連，可以達到很好的減速效果，絲桿14傳動具有摩擦阻力小、定位精度高且運動平穩(wěn)的特點，本發(fā)明中掏膛機械臂中采用的絲桿14的螺距為5mm。(三)、機械手掏膛過程的實現(xiàn)：3.1、機械臂三軸正方向的規(guī)定原則：前面在介紹掏膛機械臂行程的設(shè)計時，規(guī)定了機械臂x，y，z三軸的方向，為了更好的描述機械臂和機械手爪的運動，即整套掏膛機械臂掏膛的運動，本發(fā)明需要再次規(guī)定機械臂x，y，z三軸的正方向，各軸正方向的規(guī)定原則為：各軸機械部分上的滑臺遠離步進電機的方向，為該軸方向上的正方向。3.2、掏膛機械手初始位置的確定：在本發(fā)明所用的掏膛機械臂中，掏膛機械手是垂直安裝在x軸向機械臂的滑臺上。在機械手進行掏膛任務(wù)之前，應(yīng)該確定機械手爪的初始位置，方便后續(xù)實現(xiàn)掏膛動作的程序開發(fā)。本發(fā)明中將機械手爪的初始位置設(shè)定為：在x軸方向上遠離x軸步進電機，在y方向上遠離y軸步進電機，在z軸方向上靠近z軸步進電機，即機械手爪的初始位置設(shè)置在如圖10所示的o點處，需要說明的是，各軸上在機械手靠近機械部分的末端的位置上，機械手和極限位置都留有一定的安全距離，這個安全距離大約設(shè)定為20-30毫米之間。3.3、掏膛機械手爪運動軌跡規(guī)劃：掏膛機械手從初始位置o點開始，首先，x軸向機械臂上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向靠近x軸步進電機的方向直線運動，即x軸的負方向，運動到設(shè)定的距離；到達a點后，然后y軸方向上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向靠近y軸步進電機的方向直線運動，即y軸的負方向，運動到設(shè)定的距離，即到達b點后；最后，z軸方向上的步進電機旋轉(zhuǎn)，使掏膛機械手向遠離z軸步進電機的方向直線運動，即z軸的正方向，運動到設(shè)定的距離，即到達c點后；在c點掏膛機械手開始閉合，通過壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力大小，將掏膛機械手確定一個合適的抓取力度，這個力度既沒有達到內(nèi)臟的壓力極限，也不至于沒抓緊內(nèi)臟而脫落，完成這一掏膛動作后，掏膛機械手原路返回到初始位置o點，此時掏膛機械手張開，在重力的作用下內(nèi)臟掉落到指定的容器中，機械手爪的整個運動軌跡如圖10所示。(四)、機械臂驅(qū)動裝置：步進電機的選型：根據(jù)步進電機的工作原理，步進電機可以分為激磁式、反應(yīng)式、永磁式和混合式。其中混合式步進電機包括反應(yīng)式和永磁式兩種形式，具有響應(yīng)快、轉(zhuǎn)矩大、步距角小、過載能力強，運行的頻率較高的優(yōu)點，混合式步進電機按相數(shù)可以分為二相步進電機、三相步進電機、四相步進電機等。因此本發(fā)明中采用混合式二相步進電機作為掏膛機械手的驅(qū)動裝置，該步進電機的型號為57bygh056，步距角為1.8°，相電流為3a，保持力矩為0.9n.m。(五)、掏膛機械手控制過程的實現(xiàn)：該控制系統(tǒng)主要由單片機的a/d采集模塊、算法中數(shù)據(jù)比較模塊、單片機產(chǎn)生pwm信號控制機械手模塊組成。采用壓阻式薄膜傳感器感受內(nèi)臟壓力，通過壓力與電壓的轉(zhuǎn)換電路將壓力變?yōu)殡妷盒盘査腿雴纹瑱C。將單片機采集的電壓信號與算法中設(shè)定的壓力值分析比較，定時器產(chǎn)生中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)，單片機產(chǎn)生相應(yīng)的掏膛機械手反轉(zhuǎn)的驅(qū)動信號。待掏膛機械手反轉(zhuǎn)信號結(jié)束，跳出中斷服務(wù)函數(shù)，繼續(xù)執(zhí)行主函數(shù)，產(chǎn)生掏膛機械臂各個方向運動的驅(qū)動信號，驅(qū)動x、y、z軸上步進電機運轉(zhuǎn)，完成相應(yīng)的動作。當前第1頁12