機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)

1、競(jìng)賽機(jī)器人模塊化抓取系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)(zhdo)教師：孔繁征 鄂明成 組員：唐亞洲 李洪剛 張碩 趙旭昌 時(shí)靖 石維特學(xué)院：機(jī)械與電子控制工程學(xué)院共二十四頁(yè)目錄(ml)1立項(xiàng)依據(jù)2創(chuàng)新點(diǎn)3研究?jī)?nèi)容4研究路線(xiàn) 4.1機(jī)械部分 4.1.1機(jī)械手的分類(lèi) 4.1.2機(jī)械手接口 4.2控制部分 4.2.1步進(jìn)電機(jī)的選取 4.2.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 4.2.3主控系統(tǒng)的選擇 4.2.4傳感器融合 4.2.5傳感器信息處理5項(xiàng)目可行性分析6經(jīng)費(fèi)預(yù)算7項(xiàng)目任務(wù)(rn wu)規(guī)劃8參考文獻(xiàn)共二十四頁(yè)立項(xiàng)(l xin)依據(jù) 機(jī)器人競(jìng)賽是近年來(lái)國(guó)際上迅速開(kāi)展起來(lái)的機(jī)器人技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，縱觀近幾年的機(jī)器人競(jìng)賽，

2、機(jī)器人比賽任務(wù)的最終完成的好壞都取決于抓取機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。對(duì)于抓取機(jī)構(gòu)這部分，因每年比賽的主題不同，參賽的機(jī)器人在這方面的設(shè)計(jì)也是年年都在不斷的許多重復(fù)工作，而且由于學(xué)生的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致了每年都會(huì)面臨許多類(lèi)似的瓶頸問(wèn)題。 本課題旨在對(duì)機(jī)器人競(jìng)賽中可能用到的抓取系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，研究各個(gè)抓取機(jī)構(gòu)的性能及參數(shù)，為以后競(jìng)賽機(jī)器人的抓取系統(tǒng)設(shè)計(jì)做技術(shù)參考同時(shí)設(shè)計(jì)出抓取系統(tǒng)與機(jī)器人其他模塊(m kui)的接口。共二十四頁(yè)創(chuàng)新(chungxn)點(diǎn)1.對(duì)于競(jìng)賽機(jī)器人可用的抓取機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，可縮短整個(gè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作周期，同時(shí)也節(jié)約大量(dling)的人力、物力和財(cái)力。2.夾持機(jī)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。3.

3、機(jī)械手與機(jī)器人本體之間的接口模塊化設(shè)計(jì)。共二十四頁(yè)研究(ynji)內(nèi)容1.研究多種夾持機(jī)構(gòu)(jgu)，最終完成智能機(jī)械手的機(jī)械本體制作。2.研究各個(gè)抓取機(jī)構(gòu)的性能及參數(shù)，為以后競(jìng)賽機(jī)器人的抓取系統(tǒng)設(shè)計(jì)做技術(shù)參考。3.設(shè)計(jì)出抓取系統(tǒng)與機(jī)器人其他模塊的接口4.整合優(yōu)化不同特點(diǎn)的機(jī)械手，進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)共二十四頁(yè)研究路線(xiàn)（機(jī)械(jxi)部分） 機(jī)械手的種類(lèi)有很多種類(lèi)型，但是怎樣對(duì)比賽中可能用到的抓取系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)(shj)，還需在種類(lèi)上進(jìn)行細(xì)分并進(jìn)行匯總，最后進(jìn)行創(chuàng)新性研究設(shè)計(jì)(shj)。共二十四頁(yè)鉗爪式機(jī)械手1.回轉(zhuǎn)式這種手爪是目前使用最廣泛的一種，當(dāng)手爪抓緊和松開(kāi)(sn ki)工件時(shí)，做回轉(zhuǎn)運(yùn)

4、動(dòng)。當(dāng)被夾持物體大小變化時(shí)，要調(diào)整手爪位置才能保持物體位置不變 。 共二十四頁(yè)鉗爪式機(jī)械手2.移動(dòng)式當(dāng)手爪抓緊和松開(kāi)工件時(shí)，只做平移運(yùn)動(dòng)(yndng)，姿態(tài)不變，但夾持空間減小，由于夾持過(guò)程的摩擦力過(guò)大，產(chǎn)生一定的彈性變形，積聚的彈性變形的能量將是爪松開(kāi)的時(shí)候產(chǎn)生不確定的偏移。共二十四頁(yè)吸盤(pán)式機(jī)械手吸盤(pán)式機(jī)械手適用于有較高位姿精度要求的曲面物件的自動(dòng)(zdng)抓取、搬運(yùn)和精密裝配共二十四頁(yè)托持式機(jī)械手對(duì)于重量大的工件，可以減少推動(dòng)手爪(shu zho)的動(dòng)力。同時(shí)可以提高搬運(yùn)過(guò)程的穩(wěn)定性。共二十四頁(yè)關(guān)節(jié)(gunji)式機(jī)械手關(guān)節(jié)式機(jī)械手主要用途是抓一些不同尺寸的工件(gngjin)，可以做成

5、三爪式或其他形狀，但結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜共二十四頁(yè)機(jī)械手與其他(qt)模塊的接口共二十四頁(yè)控制(kngzh)部分 1.步進(jìn)電機(jī)2.主控系統(tǒng)(xtng)的選擇3.傳感器融合4.傳感器信息處理共二十四頁(yè)1.步進(jìn)電機(jī)(dinj) 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制(kngzh)元步進(jìn)電機(jī)件。包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。共二十四頁(yè)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)主要取決于電動(dòng)機(jī)功率和電機(jī)固有步距角（它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度）的大小(dxio)。具體方案將根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)械手的抓取能力選擇合適

6、步進(jìn)電機(jī)。共二十四頁(yè)2.主控系統(tǒng)(xtng)的選擇傳統(tǒng)的51單片機(jī)接口較少，主頻低，功耗大，編程操作復(fù)雜，且不適合(shh)構(gòu)建多CPU體系結(jié)構(gòu)ARM系列處理器是目前應(yīng)用很廣的32位CPU，在工控、通信、機(jī)電、儀表、機(jī)器人等很多領(lǐng)域使用，具有強(qiáng)大的處理性能和速度，豐富的接口集成在芯片中，加入嵌入式操作系統(tǒng)后性能更可以充分有效的發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，是主控CPU的優(yōu)先選擇。共二十四頁(yè)3.傳感器融合(rngh)角位移傳感器用于機(jī)器人與被抓取物之間角度的定位。 壓力傳感器用于機(jī)械手臂抓取應(yīng)力大小的檢測(cè)。還有可能用到的傳感器包括空間(kngjin)定位陀螺儀、巡線(xiàn)紅外傳感器，限位光電對(duì)管及接近開(kāi)關(guān)等。共二十

7、四頁(yè)4.傳感器信息處理如何將各路傳感信息的匯總并且分步處理，設(shè)計(jì)所選用的通信方式和通信協(xié)議綜合應(yīng)用(yngyng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)高精度檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用共二十四頁(yè)項(xiàng)目(xingm)可行性分析1.已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)三維制圖軟件Solidworks和仿真軟件ADAMS，根據(jù)往屆機(jī)器人比賽，從技術(shù)理論方面分析方案可以完成。2.已經(jīng)完成單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，正在學(xué)習(xí)步進(jìn)電機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)等課程，根據(jù)理論基礎(chǔ)可以通過(guò)方案。3.競(jìng)賽機(jī)器人的發(fā)展需要一種模塊化抓取機(jī)構(gòu)，我們應(yīng)該盡量減少制作成本(chngbn)，從實(shí)際應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)支出方面分析方案可行共二十四頁(yè)經(jīng)費(fèi)(jngfi)預(yù)算文獻(xiàn)檢索及辦公用品費(fèi) 1000元 實(shí)驗(yàn)(s

8、hyn)材料購(gòu)買(mǎi)及電機(jī)購(gòu)置 6000元廠機(jī)械加工費(fèi) 2000元合計(jì) 9000元 共二十四頁(yè)時(shí)間任務(wù)計(jì)劃2011年4月2011年6月開(kāi)題，文獻(xiàn)檢索和理論學(xué)習(xí)2011年7月2011年9月 2011年10月2011年12月方案設(shè)計(jì)和論證三維設(shè)計(jì)和建模2012年1月2012年4月進(jìn)行實(shí)體制作和實(shí)驗(yàn)，結(jié)題答辯項(xiàng)目任務(wù)(rn wu)規(guī)劃共二十四頁(yè)參考文獻(xiàn)【1】徐小云，顏國(guó)正，閆小雪(xioxu).油氣管道檢測(cè)機(jī)器人.上海交通大學(xué)報(bào).2003.11【2】費(fèi)仁元，張慧慧，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)和分析【3】何發(fā)昌，邵遠(yuǎn)，多功能機(jī)器人的原理及應(yīng)用【4】吳瑞祥，機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用【5】熊有倫，機(jī)器人學(xué)【6】劉文波，陳白寧，段智敏，工業(yè)機(jī)器人【7】王立權(quán)，機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作【8 】/view/13608.htm#sub13608共二十四頁(yè)The end!Thank you!共二十四頁(yè)內(nèi)容摘要競(jìng)賽機(jī)器人模塊化抓取系統(tǒng)設(shè)計(jì)。吸盤(pán)式機(jī)械手適用于有較高位姿精度要求的曲面物件的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和精密(jngm)裝配。對(duì)于重量大的工件，可以減少推動(dòng)手爪的動(dòng)力。關(guān)節(jié)式機(jī)械手主要用途是抓一些不同尺寸的工件，可以做成三爪式或其他形狀，但結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜。角位移傳感器用于機(jī)器人與被抓取物之間角度的定位。壓力傳感器用于機(jī)械手臂抓取應(yīng)力大小的檢測(cè)。還有可能用