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五自由度裝配工業(yè)機(jī)器人設(shè)計畢業(yè)設(shè)計
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目 錄
設(shè)計總說明 I
INTRODUCTION II
1 工業(yè)機(jī)器人的概述 1
1.1工業(yè)機(jī)器人的組成 1
1.2工業(yè)機(jī)器人的分類 1
1.3工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 3
2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
2.1機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)基本形式和特點 4
2.2裝配機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù) 4
2.3五自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 5
2.3.1 結(jié)構(gòu)形式 5
2.3.2 結(jié)構(gòu)特點 6
2.3.3 平衡系統(tǒng) 7
3 機(jī)器人運動學(xué)設(shè)計與分析 9
3.1 概述 9
3.2 機(jī)器人的位移分析 9
3.2.1 位移正問題分析 9
3.2.1.1 建立機(jī)器人各桿件的構(gòu)件坐標(biāo)系 9
3.2.1.2 列出D-H參數(shù)表 10
3.2.1.3 位姿矩陣Ai 10
3.2.1.4 求末桿位姿矩陣 11
3.2.2 機(jī)器人位移分析的逆問題 12
3.2.2.1求解 13
3.2.2.2 求解 13
3.2.2.3 求解 14
3.2.2.4求解 14
3.2.2.5 關(guān)于解的討論 15
4 五自由度工業(yè)機(jī)器人的動力計算 16
4.1 手指驅(qū)動電機(jī)的選擇 16
4.1.1 手指驅(qū)動力計算 16
4.1.2 蝸輪蝸桿設(shè)計計算 17
4.1.3 手指驅(qū)動電機(jī)的選擇 18
4.2 腕擺電機(jī)的選擇 19
4.3 手腕回轉(zhuǎn)電機(jī)的選擇 20
4.4 同步帶設(shè)計計算 21
4.5 小臂驅(qū)動絲杠的設(shè)計及絲杠驅(qū)動電機(jī)選擇 23
4.5.1 絲杠設(shè)計計算 23
4.5.2 絲杠驅(qū)動電機(jī)選擇 25
5 機(jī)械人控制系統(tǒng)設(shè)計 27
5.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 27
5.2 控制系統(tǒng)的硬件電路組成 27
5.3部分電器部件說明 28
5.3.1 80C51的邏輯圖 28
5.3.2 74LS373地址鎖存器 29
5.3.3 74LS138譯碼器 29
5.3.4 8255A芯片 30
設(shè)計總結(jié) 32
鳴謝 33
參考文獻(xiàn) 34
設(shè)計總說明
在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機(jī)床控制，計算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。本設(shè)計主要介紹關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的一些基本常識和原理，包括工業(yè)機(jī)器人的組成、分類、主要技術(shù)性能參數(shù)和工業(yè)機(jī)器人的運動分析，并參考通用型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行五自由度工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和其計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。本文所設(shè)計的可編程控制器控制系統(tǒng)主要是針對五自由度工業(yè)機(jī)器人的控制。可編程控制器是通過軟件來實現(xiàn)控制的,只需改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求。
關(guān)鍵詞：五自由度，工業(yè)機(jī)器人，運動姿態(tài)；控制系統(tǒng)
INTRODUCTION
Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This scheme introduced some basic information and theory of the industrial robots. It is included that the composition of the robot, the group of the robot, the main capability of technology and some movement analyze of the robot. It consulted the structure of the common robot to design the structure and computer control system of five degrees of freedom industrial robot.
In this paper, the system is used for controlling the industrial robot of five degrees of freedom. The PLC is controlled by software, so some changes of software can fulfill variable requirement.
Keywords: Five degrees of freedom, Industrial robot, moving posture, control system
五自由度裝配工業(yè)機(jī)器人設(shè)計
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化，200310211236，張綿濤
指導(dǎo)老師： 溫堅
1 工業(yè)機(jī)器人的概述
1.1工業(yè)機(jī)器人的組成
機(jī)械加工中使用的機(jī)器人大多是代替人上肢的部分功能，按給定的程序、軌
跡和要求進(jìn)行工作。它主要由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)組成。
1.執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實現(xiàn)各種運動所必需
的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身和行走機(jī)構(gòu)等。
（1）手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。
（2）腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。
（3）臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，并把它傳遞到預(yù)定的位置。
（4）機(jī)身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運動。
（5）行走機(jī)構(gòu)：目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人沒有行走機(jī)構(gòu)，本次設(shè)計“五自由度工業(yè)機(jī)器人”沒有行走機(jī)構(gòu)。
2.驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的
機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。
3.控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。
4.檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運動符合要求。
1.2工業(yè)機(jī)器人的分類
工業(yè)機(jī)器人的分類方法很多，這里主要以工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式、控制功能、
編程方式、控制機(jī)構(gòu)、坐標(biāo)形式、自由度數(shù)以及抓取重量的不同進(jìn)行分類。
1. 按驅(qū)動方式分為液壓傳動，氣壓傳動和電動。
2. 按控制功能分為重復(fù)型和智能型。
重復(fù)型機(jī)器人能夠按照事前編制的程序重復(fù)自動的工作。目前，機(jī)械加工系統(tǒng)中應(yīng)用的工業(yè)機(jī)器人幾乎都是這種。
智能型機(jī)器人除具有重復(fù)型的功能外，還具有視覺、觸覺、識別和判斷
功能等。
3.按編程方式分為可編程序式和示教再現(xiàn)式。
4.按控制方式分為點位控制和連續(xù)軌跡控制。
點位控制是指機(jī)器人的運動，只控制空間點的位置，而不控制由一個定
位點到另一個定位點之間的運動軌跡。
連續(xù)軌跡控制是指能控制機(jī)器人的運動軌跡為空間任意曲線。
5.按控制機(jī)構(gòu)分為開關(guān)型和佩服型。
開關(guān)型機(jī)器人是通過機(jī)械擋塊、行程開關(guān)等電器觸頭的開關(guān)動作，得到
位置信號，從而控制運動部件定位。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)比較簡單，只能用于點位控制，難于實現(xiàn)復(fù)雜運動。
佩服型機(jī)器人是根據(jù)連續(xù)輸入指令，經(jīng)過信號擴(kuò)大，由佩服驅(qū)動機(jī)構(gòu)控制運動。通常采用位置檢測機(jī)構(gòu)，檢測機(jī)器人運動部件的位置和姿態(tài)變化，以控制機(jī)器人運動部件的準(zhǔn)確定位。這種機(jī)器人可獲得良好的運動特性，定位精度高，不僅適于點位控制，而且適于連續(xù)軌跡控制。
6.按坐標(biāo)形式分為直角坐標(biāo)式機(jī)器人、極坐標(biāo)式機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)式機(jī)器人和多關(guān)節(jié)式機(jī)器人。
7.按自由度數(shù)分，機(jī)器人的自由度數(shù)越多，能用性就越廣，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般4到6個自由度即能滿足稍復(fù)雜的使用要求了。
8.按抓取重量分大型、中型、小型和微型。
大型機(jī)器人的抓取重量為100kg以上；
中型機(jī)器人的抓取重量為10～100kg；
小型機(jī)器人的抓取重量為1～10kg；
微型機(jī)器人的抓取重量為1kg以下。
1.3工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)
工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)是說明其規(guī)格和性能的具體指標(biāo)。主要技術(shù)參數(shù)如下：
1.抓取重量：
抓取重量是用來表明機(jī)器人負(fù)荷能力的技術(shù)參數(shù)，這是一項主要參數(shù)。這項參數(shù)與機(jī)器人的運動速度有關(guān)，一般是指在正常速度下所抓取的重量。
2.抓取工件的極限尺寸：
抓取工件的極限尺寸是用來表明機(jī)器人抓取功能的技術(shù)參數(shù)，它是設(shè)計手部的基礎(chǔ)。
3.坐標(biāo)形式和自由度：
說明機(jī)器人機(jī)身、手部、腕部等共有的自由度數(shù)及它們組成的坐標(biāo)系特征。
4.運動行程范圍：
指執(zhí)行機(jī)構(gòu)直線移動距離或回轉(zhuǎn)角度的范圍，即各運動自由度的運
動量。根據(jù)運動行程范圍和坐標(biāo)形式就可確定機(jī)器人的工作范圍。
5.運動速度：
是反映機(jī)器人性能的重要參數(shù)。通常所指的運動速度是機(jī)器人的最大運動速度。它與抓取重量、定位精度等參數(shù)密切有關(guān)，互相影響。目前，國內(nèi)外機(jī)器人的最大直線移動速度為1000mm/s左右，一般為200～400mm/s；回轉(zhuǎn)速度最大為180 ...
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