五自由度机器人结构的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

人控制的硬件系统，如下图毕业设计或论文说明书共页光电码盘机器人直流电机步进电机直流电机驱动器步进电机驱动器光电隔离以为核心以为扩展口的控制部分键盘和显示部分图教学机器人控制系统硬件框图二单片机控制口的分配本系统有六个电机需要控制，其中步进电机四个，直流电机个。

步进电机需要的环行脉冲由单片机系统直接发出，四个步进电机工条控制线，直流电机的功放电路驱动控制信号也由单片机直接发出，光电码盘反馈回的两路信号输入给单片机系统。

其具体的分配如下臂部回转臂部伸缩腕部升降手爪开合腕部回转手爪回转码盘反馈信号线外部计数器，液晶显示口及其他输出口，键盘输入有口三系统的工作过程单片机通过键盘接受机器人坐标参数或外部的命令后，控制电机驱动器，驱动电机运动，使机器人完成各项运动，其控制特点如下毕业设计或论文说明书共页分时控制机器人的个自由度运动均由个来管理，这样就必须采用分时顺序控制方式电位控制凡是本系统主要演示机器人搬运，抓取等功能，为降低成本采用点位控制方式步进电机开环控制步进电机采用开环控制，相应自由度的位置坐标转化成步进电机的步数，即单片机发给步进驱动器的脉冲数电机速度由发出的脉冲数决定直流电机的闭环控制由单片机控制直流电机的功放电路，同时接受光电码盘反馈回的电机位置信号，经数据处理形成数字闭环手爪有三种状态抓取放下，保持原状态单片机根据外部命令控制手爪状态毕业设计或论文说明书共页第章技术经济分析现在很多的高校都开设了机器人学习的课程，可以讲教学机器人研制的成功，可以使学习者尤其是当代大学生更好的学习机器人的结构和原理等知识。

下面我从三个方面说明对教学机器人进行可行性的分析。

实用性随着机器人技术的不断发展，机器人可以说在我们的生活中起着越来越重要的作用，但真正的掌握机器人技术的专业技术人员还是很少，让更多的人熟悉机器人是个必然的趋势，但现实的生活中不可能给那么多的学习者提供面对面学习的机会，而研制种用于教学的机器人，这样可以使更多的学习者大学生从最基础学习直观的学习，而且这种机器人是设计在实验台上的，这样也方便学生观察学习，通过些实验，可以使学生更方便更明确的了解机器人的结构组成原理控制方法等。

所以从这方面教学机器人的研制有很强的实用性。

适用性教学机器人用在课堂上用于教学，面向的是众多的学生，从结构上，这种机器人非常简单明了而且其运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。

毕业设计或论文说明书共页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。

三实验用具毕业设计或论文说明书共页机器人演示系统，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，毕业设计或论文说明书共页有电路原理图可知，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。

毕业设计或论文说明书共页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目前，在电力传动中大约有的机械使用交流异步电动机，所以，其用电量约占总电力负荷的半以上。

异步电动机的机械特性如图所示。

图异步电动机机械特性转差率速度转差率转矩异步电动机具有结构简单，制造使用和维护方便，运行可靠以及质量毕业设计或论文说明书共页较小，成本较低等优点。

并且，异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

异步电动机主要广泛应用于驱动机床水泵鼓风机压缩机起重卷扬设备矿山机械轻工机械农副产品加工机械等大多数工农生产机械以及家用电器和医疗器械等。

在异步电动机中较为常见的是单相异步电动机和三相异步电动机，其中三相异步电动机是异步电动机的主体。

而单相异步电动机般用于三相电源不方便的地方，大部分是微型和小容量的电机，在家用电器中应用比较多，例如电扇电冰箱空调吸尘器等。

同步电动机所谓同步电动机就是在交流电的驱动下，转子与定子的旋转磁场同步运行的电动机。

同步电动机的定子和异步电动机的完全样但其转子有凸极式和隐极式两种。

凸极式转子的同步电动机结构简单制造方便，但是机械强度较低，适用于低速运行场合隐极式同步电动机制造工艺复杂，但机械强度高，适用于高速运行场合。

同步电动机的工作特性如图所示与所有的电动机样，同步电动机也具有可逆行，即它能按发电机方式运行，也可以按电动机方式运行。

并且，同步电机的转速和频率之间有着严格的关系其中电机极对数，极数和转速定时，其感应交流电势频率也是定的。

毕业设计或论文说明书共页速度功率因数效率定子电流转矩图同步电机工作特性输出功率同步电动机主要用于大型机械，如鼓风机水泵球磨机压缩机轧钢机以及小型微型仪器设备或者充当控制元件其中三相同步电动机是其主体。

此外，还可以当调相机使用，向电网输送电感性或者电容性无功功率。

信号电机信号电机目前，最有代表性的位置信号电机旋转变压器感应同步器和自整角机。

旋转变压器本质上是可以随意改变次绕组和二次绕组耦合程度的变压器。

其结构和绕线式异步电动机相同，定子和转子各有两组相互垂直的分布绕组，转子绕组利用滑环和电刷与外电路联接。

当次绕组励磁以后，二次绕组的输出电压和转子的转角成正弦余弦线性或者其他函数关系，可以用于计算装置中的坐标变换和三角运算，还可以在控制系统中作为角度数据传输和移相器使用。

感应同步器是种高精度的位置或角度检测元件，有圆盘式和直线式两种。

圆盘式感应同步器用来测量转角位置而直线式感应同步器用来测量线位移。

自整角机是种感应式机电元件，被广泛地应用于随动系统中，作为角度传输变换和指示的装置。

在控制系统中经常两台或者多台联合使用，使机械上互不相连的两根或多根轴能够自动地保持相同的转角变化，或者同步旋转。

信号电机毕业设计或论文说明书共页最有代表性的速度信号电机是测速发电机，其实质上是种将转速变换为电信号的机电磁元件，其输出电压与转速成正比。

从工作原理上讲，它属于发电机的范畴。

测速发电机在控制系统中主要作为阻尼元件微分元件积分元件和测速元件来使用。

测速发电机有直流和交流之分而直流测速发电机又有他励和永磁之分，其结构和工作原理与小功率直流发电机相同，通常输出功率较小，作为计算元件时要求其输出电压的线性误差和温度误差低于个上限