多自由度机器人的设计

1、答辩人：阿平指导老师：曾老师多自由度机器人的设计机电工程学院机械设计制造及其自动化11级2班学号:XXXXXXXXContentContent (目录)研究现状存在的问题一、设计任务、目的和意义二、研究现状三、机器人机构的设计四、运动学分析五、控制系统的研究六、设计总结（研究工作结论）七、存在的问题和建议一、设计任务、目的和意义一、设计任务、目的和意义本设计要求制作机器人的整体方案和具体的机械结构，机器人全部采用转动关节，由主控器控制和驱动各个舵机，从而带动各个关节运动，能够实现位置控制、速度控制以及电流的控制，实现多种动作的演示。通过毕业设计，综合运用自己所学的知识，可以对自身有更好的定位，

2、也对机器人的设计有了充分的认识。在以后的学习中可以做得更好。二、二、BackgroundBackground ( (研究现状研究现状) ) 机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业,对未来生产和发展会起到越来越大的作用。 美国是机器人的诞生地，1962年研制出第一台工业机器人，它的基础雄厚，技术先进。美国汽车产业中每万个产业工人拥有的产业机器人数目达到740个，但仍然远远低于日本（1400个机器人）、意大利（1400个机器人）和德国（1000个机器人）。 号称机器人王国的日本拥有的机器人是全世界最多的，其消费、出口、制造的机器人都是最多的。 从某种角度上说，中国是最需要又最不需要

3、机器人的国家，中国人口众多，劳动力廉价。但是要想用最少的资源做更多的事，我们就得站在机器人的肩膀上来追赶那些技术先进的国家。 二、二、BackgroundBackground ( (研究现状研究现状) )我国于1972年开始研制自己的工业机器人。经过多年的研究，我国也开发出了一个特种机器人（如水下机器人，壁面爬行机器人）和先进的操作机。国内也建立了多条弧焊机器人生产线，装配机器人生产线。 我国在机器人研究方面起步较晚，和外国先进的技术，雄厚的基础相比还有很大的差距，经过多年的研究也取得了一定的研究成果。研究的研究的内容内容(1) 机器人机构设计实现一个五个自由度的关节机器人，包括机器人的方案设

4、计和机构设计。机器人的手臂与人的手臂是类似的，也有肩、肘、腕三个关节，有大臂、小臂两根连杆以及一个机械手组成。臂杆部分是开式连杆系，臂杆主要用于对物体的抓取、搬运、放置工作。(2) 运动学分析机器人运动学是进行机器人研究的基础，对运动学理论进行了研究，主要进行的是机器人各关节的位移关系的研究。(3)控制系统的研究控制器是机器人的灵魂，也可以说是机器人的大脑。控制器就是一个专门用于控制的计算机，它和一般的工控机在软件上是一样的。控制器上的主CPU板与一般的计算机系统是一样的，包括cpu，存储器和I/O接口。我们选用的控制器是JMDM-2038。三、机器人机构的设计三、机器人机构的设计机器人的大小

5、臂设计的结构一致，采用硬铝合金材料做成空心管，这样既能保证较高的刚度，又能使机器人的重量较轻，减少机器人的负载，满足本设计小巧机器人的要求。手臂是支撑手部的部件，用以改变工件的空间位置。该手臂的固定轴上安装的电机可以使得手臂能够实现升降运动，转角范围是180。手臂的设计三、机器人机构的设计三、机器人机构的设计本手爪采用直流电机通过丝杠螺母传动与齿轮齿条传动来实现手爪的张合。这样传动过程中运行平稳，无噪声，不会有冲击力并且也能实现自锁，这种设计的磨损小，传动效率高。手爪的设计三、机器人机构的设计三、机器人机构的设计机器人由移动底座和机械本体由螺栓连接而成，本体上有肩关节、肘关节。腕关节。整体效果

6、图四、运动学分析四、运动学分析运动学包括正运动学和逆运动学。正运动学是已知关节角度求手爪位姿；逆运动学正好相反，由手爪位姿求关节角度，解决机器人如何移动才能达到合适位姿这一问题。用D-H法建立坐标系五、控制系统的研究五、控制系统的研究一句话总结成果一句话总结成果结构简单、价格低廉、主要用在能实现简单基本功能的机器人上。我们选用的是JMDM-2038。JMDM-2038是一款多功能人机界面和单片机控制器一体机，它硬件采用具有高性能、工业级别的进口单片机及零部件、专业的稳定性、抗干扰电路设计，软件采用C语言编程，具有良好的可扩展性和多功能。可实现I/O、模拟量输入输出、步进伺服电机的人机交互多功能

7、控制。传感器的选用传感器的选用我们采用绝对式光电编码器来进行位置的检测，它可以将角位移和线位移转变为数字量，它精度高和可靠性好,在实际中位置检测元件大都安装在伺服电动机轴的非负载侧，通过检测电动机轴的转角来间接反映运动机构的直线位移，这就是半闭环控制，位置传感器都具有随电动机轴一起旋转的性质。速度传感器用于测量关节的速度，我们采用增量式光电编码器来进行速度的检测，增量式光电编码器可作为位置传感器也可以作为速度传感器。测速发电机没有定位功能，用它来作检测元件越来越少，我们就不采用了。六、设计总结（研究工作结论）六、设计总结（研究工作结论） 我们设计的是一个5自由度的串联连杆的关节型机器人，机器人由机构本体和移动底座用螺栓固定组装而成，有腰关节、肩关节、肘关节、腕关节、和手爪5个自由度，臂杆部分是开式连杆系。每个关节都有一个驱动伺服单元，由主控制器控制各个舵机驱动关节转动，实现手爪空间位姿的改变。关节由行星齿轮机构和涡轮蜗杆机构来实现传动。七、存在的问题和建议七、存