多自由度機(jī)器人的設(shè)計(jì)

1、答辯人：阿平指導(dǎo)老師：曾老師多自由度機(jī)器人的設(shè)計(jì)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化11級2班學(xué)號:XXXXXXXXContentContent (目錄)研究現(xiàn)狀存在的問題一、設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和意義二、研究現(xiàn)狀三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四、運(yùn)動學(xué)分析五、控制系統(tǒng)的研究六、設(shè)計(jì)總結(jié)（研究工作結(jié)論）七、存在的問題和建議一、設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和意義一、設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和意義本設(shè)計(jì)要求制作機(jī)器人的整體方案和具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)器人全部采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，由主控器控制和驅(qū)動各個舵機(jī)，從而帶動各個關(guān)節(jié)運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)位置控制、速度控制以及電流的控制，實(shí)現(xiàn)多種動作的演示。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用自己所學(xué)的知識，可以對自身有更好的定位，

2、也對機(jī)器人的設(shè)計(jì)有了充分的認(rèn)識。在以后的學(xué)習(xí)中可以做得更好。二、二、BackgroundBackground ( (研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀) ) 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè),對未來生產(chǎn)和發(fā)展會起到越來越大的作用。 美國是機(jī)器人的誕生地，1962年研制出第一臺工業(yè)機(jī)器人，它的基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。美國汽車產(chǎn)業(yè)中每萬個產(chǎn)業(yè)工人擁有的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人數(shù)目達(dá)到740個，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本（1400個機(jī)器人）、意大利（1400個機(jī)器人）和德國（1000個機(jī)器人）。 號稱機(jī)器人王國的日本擁有的機(jī)器人是全世界最多的，其消費(fèi)、出口、制造的機(jī)器人都是最多的。 從某種角度上說，中國是最需要又最不需要

3、機(jī)器人的國家，中國人口眾多，勞動力廉價(jià)。但是要想用最少的資源做更多的事，我們就得站在機(jī)器人的肩膀上來追趕那些技術(shù)先進(jìn)的國家。 二、二、BackgroundBackground ( (研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀) )我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人。經(jīng)過多年的研究，我國也開發(fā)出了一個特種機(jī)器人（如水下機(jī)器人，壁面爬行機(jī)器人）和先進(jìn)的操作機(jī)。國內(nèi)也建立了多條弧焊機(jī)器人生產(chǎn)線，裝配機(jī)器人生產(chǎn)線。 我國在機(jī)器人研究方面起步較晚，和外國先進(jìn)的技術(shù)，雄厚的基礎(chǔ)相比還有很大的差距，經(jīng)過多年的研究也取得了一定的研究成果。研究的研究的內(nèi)容內(nèi)容(1) 機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個五個自由度的關(guān)節(jié)機(jī)器人，包括機(jī)器人的方案設(shè)

4、計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。機(jī)器人的手臂與人的手臂是類似的，也有肩、肘、腕三個關(guān)節(jié)，有大臂、小臂兩根連桿以及一個機(jī)械手組成。臂桿部分是開式連桿系，臂桿主要用于對物體的抓取、搬運(yùn)、放置工作。(2) 運(yùn)動學(xué)分析機(jī)器人運(yùn)動學(xué)是進(jìn)行機(jī)器人研究的基礎(chǔ)，對運(yùn)動學(xué)理論進(jìn)行了研究，主要進(jìn)行的是機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位移關(guān)系的研究。(3)控制系統(tǒng)的研究控制器是機(jī)器人的靈魂，也可以說是機(jī)器人的大腦?？刂破骶褪且粋€專門用于控制的計(jì)算機(jī)，它和一般的工控機(jī)在軟件上是一樣的。控制器上的主CPU板與一般的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一樣的，包括cpu，存儲器和I/O接口。我們選用的控制器是JMDM-2038。三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)器人的大小

5、臂設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)一致，采用硬鋁合金材料做成空心管，這樣既能保證較高的剛度，又能使機(jī)器人的重量較輕，減少機(jī)器人的負(fù)載，滿足本設(shè)計(jì)小巧機(jī)器人的要求。手臂是支撐手部的部件，用以改變工件的空間位置。該手臂的固定軸上安裝的電機(jī)可以使得手臂能夠?qū)崿F(xiàn)升降運(yùn)動，轉(zhuǎn)角范圍是180。手臂的設(shè)計(jì)三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本手爪采用直流電機(jī)通過絲杠螺母傳動與齒輪齒條傳動來實(shí)現(xiàn)手爪的張合。這樣傳動過程中運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲，不會有沖擊力并且也能實(shí)現(xiàn)自鎖，這種設(shè)計(jì)的磨損小，傳動效率高。手爪的設(shè)計(jì)三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)三、機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)器人由移動底座和機(jī)械本體由螺栓連接而成，本體上有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)。腕關(guān)節(jié)。整體效果

6、圖四、運(yùn)動學(xué)分析四、運(yùn)動學(xué)分析運(yùn)動學(xué)包括正運(yùn)動學(xué)和逆運(yùn)動學(xué)。正運(yùn)動學(xué)是已知關(guān)節(jié)角度求手爪位姿；逆運(yùn)動學(xué)正好相反，由手爪位姿求關(guān)節(jié)角度，解決機(jī)器人如何移動才能達(dá)到合適位姿這一問題。用D-H法建立坐標(biāo)系五、控制系統(tǒng)的研究五、控制系統(tǒng)的研究一句話總結(jié)成果一句話總結(jié)成果結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、主要用在能實(shí)現(xiàn)簡單基本功能的機(jī)器人上。我們選用的是JMDM-2038。JMDM-2038是一款多功能人機(jī)界面和單片機(jī)控制器一體機(jī)，它硬件采用具有高性能、工業(yè)級別的進(jìn)口單片機(jī)及零部件、專業(yè)的穩(wěn)定性、抗干擾電路設(shè)計(jì)，軟件采用C語言編程，具有良好的可擴(kuò)展性和多功能?？蓪?shí)現(xiàn)I/O、模擬量輸入輸出、步進(jìn)伺服電機(jī)的人機(jī)交互多功能

7、控制。傳感器的選用傳感器的選用我們采用絕對式光電編碼器來進(jìn)行位置的檢測，它可以將角位移和線位移轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，它精度高和可靠性好,在實(shí)際中位置檢測元件大都安裝在伺服電動機(jī)軸的非負(fù)載側(cè)，通過檢測電動機(jī)軸的轉(zhuǎn)角來間接反映運(yùn)動機(jī)構(gòu)的直線位移，這就是半閉環(huán)控制，位置傳感器都具有隨電動機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)。速度傳感器用于測量關(guān)節(jié)的速度，我們采用增量式光電編碼器來進(jìn)行速度的檢測，增量式光電編碼器可作為位置傳感器也可以作為速度傳感器。測速發(fā)電機(jī)沒有定位功能，用它來作檢測元件越來越少，我們就不采用了。六、設(shè)計(jì)總結(jié)（研究工作結(jié)論）六、設(shè)計(jì)總結(jié)（研究工作結(jié)論） 我們設(shè)計(jì)的是一個5自由度的串聯(lián)連桿的關(guān)節(jié)型機(jī)器人，機(jī)器人由機(jī)構(gòu)本體和移動底座用螺栓固定組裝而成，有腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、和手爪5個自由度，臂桿部分是開式連桿系。每個關(guān)節(jié)都有一個驅(qū)動伺服單元，由主控制器控制各個舵機(jī)驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)手爪空間位姿的改變。關(guān)節(jié)由行星齒輪機(jī)構(gòu)和渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)傳動。七、存在的問題和建議七、存