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（毕业设计全套）五自由度机器人结构设计（打包下载）

动的自由度具有代表性，而且控制的方法很明确，可以使初学者对以前所学知识进行个全面系统的复习，也可以使学习者通过教学演示，适合于教学，达到教学目的。经济性这个教学演示的系统，机械结构部分，材料来源很广，而且价格不昂贵，控制部分的各种器件的来源也很广，估算大体价格在万元，这对于它所带来的间接的经济价值是很微不足道的，所以说从经济的角度来讲，其有很大的可行性。综上所述，这个课题的可行性很大，而且有很好的前景，也有很大的意义。第章教学机器人演示系统演示实验的设计教学机器人演示系统的主要目的是为学生开设机器人教学实验。可以讲前几张的工作主要是为本章服务的。根据实际需求我编制了两个规定的机器人演示实验。通过这些实验，使学生对机器人的结构控制方式以及功能特点等有个较深刻的了解。学生也可以根据实际的需要自己设计演示实验，输入机器人坐标值，然后执行，则机器人就会按学生设计的动作运行，下面介绍下这几个实验。.实验教学机器人演示系统的组成及结构实验目的准确理解机器人的定义组成及分类了解本系统的机械结构特点及控制原理了解机械结构的各自由度的驱动方式传动链构成了解控制系统的原理组成。了解保证机器人各项精度指标的主要设计原则和方法。二概述现代机器人技术是建立在计算机技术，传感技术，数控技术智能技术等基础上的门综合技术。是体现机电体化技术的前言科学。本演示系统是通过机器人的几个基本的动作，了解机器人的基本结构，加深机器人及其适用的工作环境的了解。本系统采用圆柱坐标形式，这种形式直观性强，占用空间小，便于观察，考虑到实验的条件和小型化轻型化的要求，个自由度均采用电机驱动整体结构参照装配图。机器人的传动系统，手爪回转及腕部回转采用电机直接驱动，其余采用丝杠螺母传动和蜗轮蜗杆传动。控制部分由两部分组成，既控制部分和驱动部分。步进电机采用单电压串电阻驱动，直流电机采用双极式功放电路驱动，控制部分采用为控制的核心，实现数据的采集处理及脉冲信号的控制输出。三实验用具机器人演示系统，包括电源箱，控制箱和机器人工件两件机器人结构总装图控制原理图四实验的内容和步骤借助总装图贯彻了解工业机器人的结构及传递组成，通过控制原理图了解控制原理通过控制键盘方向的坐标值，看各个自由度关节的运动情况，依次输入三个不同的方向上不同的坐标值，仔细观察按照上面的方法依次输入方向的坐标值，每个方向输入个不同的坐标值，观察运动的现象。在手爪的正下方放工件，控制手爪电机使其抓取工件，提起放下工件，观察手部夹持器的工作情况。借助图纸，指出个自由度环节的传动情况，以及结构特点，及各部分的设计原则五思考题腕部回转和手爪回转采用电机直接驱动的利弊，主要因素有那些在结构设计上有那些不合理的地方需要改进在手腕和手爪部分大都采用铝合金材料，为什么.实验二教学机器人控制系统的演示实验实验目的使学生了解步进电机在开环控制下的特点直流电机在闭环下的特点了解机器人控制的般方法和分时控制及多并行控制的差异。二概述本系统驱动采用步进电机和直流电机，其中臂部回转臂部伸缩腕部升降手爪的开合都用步进电机，腕部回转手爪的回转采用直流电机，由于步进电机有定的步距角，很难实现位置反馈，位精度不可能太高，同时步进电机用脉冲控制，速度不可能太高，由于断续通电，运行不够平稳，但我们的演示系统还是大量使用了步进电机，原因是此系统是为学生开设实验的，不要求电机有较高的性能同时步进电机便于开环控制，控制电路简单，有电路原理图可知，只要单片机发出环行脉冲，电路就可以驱动电机工作。直流电机在目前工业机器人控制系统中经常采用，直流电机反映速度快，运行平稳，尤其在目前的多并行控制系统中，应用更加广泛，由于直流电机加电立即转动，所以严格的说不呢功能在开环状态下工作，其必须有反馈元件，常用的反馈元件有电位器光电编码盘等，由于计算机技术的发展，数字控制越来越广泛，而光电码盘能直接输出脉冲信号，便于数字控制，且反馈精度高，因此工业机器人控制系统中，经常用做的电机的反馈元件。三实验用具机器人演示系统，包括电源箱控制箱和机器人本体。实验台，纸铅笔等工具。机器人总装图控制原理图。四实验内容和步骤程序控制下的机器人运动在单片机控制系统已经固化了机器人的运动形式，不需要输入机器人的运动位置。摆放好实验台铅笔纸张等。打开电源按键盘上的功能键，其按照固定的程序运动。观察运动轨迹，也可在机里输入学生自己编的运动运动程序，实现运动。输入数据控制机器人运动依次输如机器人的空间三坐标位置参数，观察机器人的运动情况注意运动参数的范围不要超过其运动的最大运动范围学生可分成几组分别做这个实验。五思考题为什么步进电机易于控制，但在工业机器人中很少使用直流电机为什么不能工作在开环状态试想机器人控制的其他控制方法。结论当今世界已有很多机器人，其中有以上都应用于制造业，无论在制造技术方面，还是在推广使用方面机器人都和工业自动化密切相关今年来我过机器人研究工作进入个崭新的新时期，然而机器人即使还没有真正的普及，其主要的原因在于，经费不足二缺少专门的机器人研究的高水平的技术人员。这无疑对教育培训提出高的要求，正是针对这要求，本文以为学生提供个可行的实验系统为目的，研制套便于学习者学习的机器人教学演示系统。本文所做的主要工作有总体方案的确定。经综合考虑，确定采用圆柱坐标形式，具备臂部回转臂部伸缩腕部升降腕部回转手爪开合五个自由度的运动。，使整体的结构小型化，在控制策略上采取开环闭环相结合的方法，个电机实现个自由度的运动。机械结构设计研制。机械结构比较复杂，从整体布局来看，实现了模块化，各自由度自成体系，由能协调的组织在起其各个部分连接处线条分明直观性好，其各个部分可以分别拆卸，快速更换，方便维修。控制部分的研制。控制以为控制核心。实现键盘的输入和显示，由单片机发出控制脉冲，来控制驱动电路驱动不同电机控制不同部件的运转。专题部分旋转电机的分类及其总结摘要旋转电机应用在许多现代工业领域，尤其是在电力电子工业控制系统调速和电力生产领域而熟悉各种旋转电机的性能是每个电气工程技术人员所必备的基本素质。本文对目前的各种旋转电机进行了比较清楚的分类，并对比较常用的旋转电机的特性和用途进行了比较系统的总结。关键词旋转电机，分类，特性，用途.,引言从广义上讲，电机是电能的变换装置，包括旋转电机和静止电机。旋转电机是根据电磁感应原理实现电能与机械能之间相互转换的种能量转换装置静止电机是根据电磁感应定律和磁势平衡原理实现电压变化的种电磁装置，也称其为变压器。这里我们主要讨论旋转电机，旋转电机的种类很多，在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有旋转电机的身影。与内燃机和蒸汽机相比，旋转电机的运行效率要高的多并且电能比其它能源传输更方便费用更廉价，此外电能还具有清洁无污容易控制等特点，所以在实际生活中和工程实践中，旋转电机的应用日益广泛。不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，例如，美国公司研制的无槽无刷直流电动机，日本公司研制的小功率混合式步进电机，我国自行研制适用于工业机床和电动自行车上的大力矩低转速电机等。转电机分类在旋转电机中，由于发电机是电能的生产机器，所以和电动机相比，它的种类要少的多而电动机是工业中的应用机器，所以和发电机相比，人们对电动机的研究要多的多，对其分类也要详细的多。实际上，我们通常所说的旋转电机都是狭义的，也就是电动机俗称“马达”。众所周知，电动机是传动以及控制系统中的重要组成部分，随着现代科学技术的发展，电动机在实际应用中的重点已经开始从过去简单的传动向复杂的控制转移尤其是对电动机的速度位置转矩的精确控制。由此可见，对于个电气工程技术人员来说，熟悉各种电机的类型及其性能是很重要的件事情。通常人们根据旋转电机的用途进行基本分类，分类结构如图所示，当然这只是个分类的基本结构，并没有包含所有的类型。下面我们就从控制电动机开始，逐步介绍电机中最有代表性最常用最基本的电动机控制电动机和功率电动机以及信号电机。制电动机伺服电动机伺服电动机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。伺服电动机有直流和交流之分最早的伺服电动机是般的直流电动机，在控制精度不高的情况下，才采用般的直流电机做伺服电动机。目前的直流伺服电动机从结构上讲,就是小功率的直流电动机,其励磁多采用电枢控制和磁场控制,但通常采用电枢控制。图旋转电机的分类直流伺服电动机在机械特性上能够很好的满足控制系统的要求，但是由于换向器的存在，存在许多的不足换向器与电刷之间易产生火花，干扰驱动器工作，不能应用在有可燃气体的场合电刷和换向器存在摩擦，会产生较大的死区结构复杂，维护比较困难。直流伺服电动机在电枢控制方式下的控制特性如图所示。交流伺服电动机本质上是种两相异步电动机，其控制方法主要有三种幅值控制相位控制和幅相控制。其定子上有两套绕组，在空间上相差电角，励磁绕组固定接在交流励磁电源上控制绕组接在控制电压上，其中般来自放大装置其绕组如图所示。般地，伺服电动机要求电动机的转速要受所加电压信号的控制转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化电动机的反映要快体积要小控制功率要小。伺服电动机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。步进电动机所谓步进电动机就是种将电脉冲转化为角位移的执行机构更通俗点讲当步进驱动器接收到个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动个固定的角度。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。目前，比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机永磁式步进电动机混合式步进电动机和单相式步进电动机等。步进电动机和普通电动机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电动机可以和现代的数字控制技术相结合。但步进电动机在控制精度速度变化范围低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电动机所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。由于步进电动机具有结构简单可靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域尤其是在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以直被认为是最理想的数控机床执行元件步进电动机的频率特性如图所示。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。此外，步进电动机也存在许多缺陷由于步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难控制并且，步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。力矩电动机所谓的力矩电动机是种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数换向片数和串联导体数，以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。其中，直流力矩电动机的自感电抗很小，所以响应性很好其输出力矩与输入电流成正比，与转子的速度和位置无关它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速，所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比，并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种，目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机，它具有低转速和大力矩的特点。般地，在纺织工业中经常使用交流力矩电动机，其工作原理和结构和单相异步电动机的相同，但是由于鼠笼型转子的电阻较大，所以其机械特性较软。开关磁阻