五自由度機器人結構設計說明書[帶圖紙].doc

畢業(yè)設計(或論文)說明書頁I摘要隨著機器人技術的飛速發(fā)展，工業(yè)機器人的應用領域正在不斷的擴大，對教育培訓部門提出了新的要求，為提高機器人教學的水平，我們研制了一套以實驗教學為目的的機器人演示系統(tǒng)。本文闡述了機器人的發(fā)展歷程，國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀，及其巨大的優(yōu)越性，提出具體的機器人設計要求，進行了本演示系統(tǒng)的總體方案設計和各自由度具體結構設計、計算；對演示系統(tǒng)的控制部分的研制，其中包括：進電機開環(huán)控制；光電碼盤為反饋元件的，以PWM型功放電路為驅(qū)動器的直流電機閉環(huán)控制；以89C51單片機為核心，實現(xiàn)演示系統(tǒng)的鍵盤管理和LCD顯示，并以單CPU分時控制形式，實現(xiàn)機器人運動的點位控制方式。最后設計制定出利用本演示系統(tǒng)所開設的幾個實驗的指導書。關鍵字：教學機器人、結構設計、閉環(huán)控制、演示實驗畢業(yè)設計(或論文)說明書頁IIAbstractWiththedevelopmentofrobottechnology,thecontinualexpansionofapplicationofindustrialrobotspresentsnewrequire-mentsbeforeeducationandtrainingagencies.Wehavedevelopedarobotdemonstrationsystemforexperimentsintrainingtoimprovetheteachingeffectof“RobotTeaching”.Firstly,thispaperdiscussesthedevelopmentcourse,thestudybothindemesticandinexternal,thesignificantadvantagesofrobotandthengivesthesupportingsourceofthestudyandthetechnicalrequirements,Secoundly,thispaperdiscussestheoveralldesignandcalculationoneachdegreeoffreedom，andaboutthestudyonthecontrolpartoftheTrainingRobotsystem,whichincludestheopen-loopcontrolofthesteppingmotor,thedigitalclosed-loopcontroloftheDCmotorwithanoptical-electricalencoderasfeedbackcellandthePWMpoweramplifierasdriver.ThekeyboardmanagementandtheLCDdisplayisbasedona89C51singalplatecomputer.ItisachievedinpointtopointcontrolbyasingalCPUwithsharetime.Attheend,itpresentsguidancestosomeexperimentsonthedemonstrationsystem.Keywords:TrainingRobot、StructureDesign、Closed-LoopControl、DemonstratingExperiment.畢業(yè)設計(或論文)說明書頁III目錄摘要.1Abstract.2第1章緒論.11.1機器人概述.11.1.1機器人的誕生與發(fā)展.錯誤!未定義書簽。1.1.2國內(nèi)發(fā)展狀況.21.1.3國外機器人發(fā)展趨勢.31.2機器人產(chǎn)業(yè)對教育、培訓的要求及本課題的提出.3第2章總體設計方案.52.1總體設計的思路.52.2總體方案的確定.52.2.1坐標形式的選擇.62.2.2驅(qū)動系統(tǒng)的類型選擇.62.2.3各部位傳動機構的確定.62.2.4外形尺寸和運動范圍的確定.72.2.5控制系統(tǒng)的確定.7第3章結構設計及計算.93.1手部夾持器的結構設計.93.1.1概述.93.1.2手部的結構和手指形狀的確定.93.1.3手部驅(qū)動力的計算和電機的選擇.103.2腕部結構設計.133.2.1概述.133.2.2腕部結構設計.143.3臂部及機身（底座）的設計計算.183.3.1概述.183.3.2結構設計計算.19第4章控制系統(tǒng)設計.254.1控制系統(tǒng)方案的確定.25畢業(yè)設計(或論文)說明書頁IV4.1.1控制方案的確定.254.1.2驅(qū)動方式的確定.254.1.3控制系統(tǒng)類型的確定.254.1.4步進電機控制方式的確定.264.1.5直流電機控制方式的確定.264.1.6鍵盤及顯示方式的確定.264.2演示系統(tǒng)的組成.264.3驅(qū)動電路的研制.294.3.1恒流源型步進電機驅(qū)動電路的研制.294.3.2雙極型PWM直流力矩電機的驅(qū)動電路的研制.314.3.3光電碼盤的選擇和辯向電路的研制，.334.3.4直流電機的閉環(huán)控制系統(tǒng)的研制。.364.3.5以單片機為核心的機器人控制系統(tǒng)的研制.36第5章技術經(jīng)濟分析.46第6章教學機器人演示系統(tǒng)演示實驗的設計.476.1實驗一教學機器人演示系統(tǒng)的組成及結構.476.2實驗二：教學機器人控制系統(tǒng)的演示實驗.48結論.50專題部分:旋轉電機的分類及其總結.51致謝.61參考文獻.62畢業(yè)設計(或論文)說明書共62頁1第1章緒論1.1機器人概述1.1.1機器人的誕生和發(fā)展1920年克作家卡雷爾.卡佩克發(fā)表了科幻劇本羅薩姆的萬能機器人。劇情是這樣的：羅薩姆公司把機器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品推向市場，讓它去充當勞動力，以呆板的方式從事繁重的勞動。后來，羅薩姆公司使機器人具有了感情，在工廠和家務勞動中，機器人成了必不可少的成員。該劇預告了機器人的發(fā)展對人類社會的影響。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”(農(nóng)奴)寫成了“Robot”（機器人）。這也是人類社會首次使用“機器人”這一概念。自動化技術的發(fā)展，特別是計算機的誕生，推動了現(xiàn)代機器人的發(fā)展50年代是機器人的萌芽期，其概念是“一個空間機構組成的機械臂，一個可重復編程動作的機器”。1954年美國戴沃爾發(fā)表了“通用重復型機器人”的專利論文，首次提出“工業(yè)機器人”的概念；1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機器人原型；1959年美國UNIMATION公司推出第一臺工業(yè)機器人。60年代隨著傳感技術和工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)機器人進入成長期，機器人開始向?qū)嵱没l(fā)展，并被用于焊接和噴涂作業(yè)中。70年代隨著計算機和人工智能的發(fā)展，機器人進入實用化時代。日本雖起步較晚，但結合國情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵使用機器人的措施，其機器人擁有量很快超過了美國，一舉成為“機器人王國”。80年代，機器人發(fā)展成為具有各種移動機構、通過傳感器控制的機器。工業(yè)機器人進入普及時代，開始在汽車、電子等行業(yè)得到大量使用