传统的离线检测技术不仅降低了模具生产的效率,而且对于因离线检测而造成模具报废率高的问题显得无能为力,为了弥补离线检测带来的种种弊端,模具生产企业急需能够实现在线检测的装置。本文研发的数控操作臂是一种应用于钻铣类加工中心或数控铣床的机构,其作用是携载摄像头,并精确调节其空间位姿,为实现机器视觉的在线检测提供有效的操作平台。 该操作臂能够安装在机床上实现摄像头多维运动和定位。本文进行了该操作臂的机械本体设计、驱动系统设计、操作臂运动学分析和控制系统的设计,并制造出实验样机,安装在数控机床上进行了调试。 本文首先对操作臂的实际工作环境和工作要求进行了分析,提出了具体的功能指标和性能指标,并以此为依据进行了机构的构型,提出了几种机械运动方案,通过方案评价,得到最优的运动方案,依此运动方案进行了详细的机械结构设计。此外,为了确保设计的准确性和可靠性,对所设计的机械结构进行了三维建模和仿真,并根据仿真结果对机械结构进行了优化,从而加工制造出实物。 对常用的驱动方案进行了调查和分析,结合操作臂的特点,设计了最为经济的驱动方案,并对该驱动系统的动力部分进行了数学建模和计算分析,为电机的选型提供了有效的理论依据。 对操作臂的运动控制方案作了详细的过程设计,以此为依据并结合机械本体结构,综合应用空间位姿描述理论和D-H法,建立了操作臂的运动学描述模型,得出运动学方程,最后求出了运动学的正解和运动学的逆解,为有效的控制操作臂的空间位姿提供了行之有效的算法。 结合操作臂的控制特点得出控制系统的总体设计方案,在总体控制方案的基础上,进行了控制系统硬件和软件的设计,并设计和加工了一套电路控制板,编制了控制软件,最后结合机械本体部分和驱动部分进行了控制系统的在机调试,调试结果是,操作臂机械本体部分的各个关节能按照给定的要求进行运动,满足定位拍照的基本功能：所设计的电路板也能很好的完成同时驱动5个步进电机的功能。但是由于时间关系,对于控制算法的实现需要作进一步的调试和验证。