水平多关节型工业机器人设计—机身与大臂结构及控制系统设计

1、水平多关节型工业机器人设计机身与大臂结构及控制系统设计 摘 要 工业机器人没有明确界线，它包罗多门学科，涉及多方领域，包含有机械学、控制理论学和仿生学等。而水平多关节型工业机器人的研发更是行业内热点，它囊括机构学、控制理论和技术、计算机、传感技术、人工智能、仿生学等。工业机器人的应用情况，象征着一个国家的工业自动化程度。 本设计要求对机器人的总体结构中机身与大臂部分与控制系统进行设计，完成装配图和零件图的绘制。对机器人本体的各个零件进行受力分析，对各个关节需要转矩和功率进行初步的计算，选择满足要求的电动机作为动力装置。其次考虑电动机与传动装置连接，选取合适传动方式，并对传动中的零件进行计算校核

2、。控制系统部分选用mcs-51 单片机控制，按照预设的指令完成相应的动作。 关键词 机身；大臂；控制系统 abstract there is no clear boundary between industrial robots. it covers many disciplines and involves many fields, including mechanics, control theory and bionics. each joint are required to be preliminary calculated, and the motor that meets the

3、 requirements is selected as the power device. secondly, consider the connection between the motor and the transmission device, select the appropriate transmission mode, and calculate and check the parts in the transmission. the control system part is controlled by mcs-51 single-chip microcomputer,

4、and the corresponding action is completed according to the preset instruction. keywords： keywords： fuselage；boom ；control systems 目 录 1. 前 言 . 1 1.1 课题来源及研究意义 . 1 1.2 国内、外发展状况 . 1 1.2.1 国内发展状况 . 1 1.2.2 国外发展状况 . 2 1.3 设计任务的主要内容与要求 . 3 1.3.1 设计内容 . 3 1.3.2 设计要求 . 3 1.4 设计的主要技术指标和参数 . 3 2. 工业机器人工程概述 .

5、 4 2.1 工业机器人应具备的系统功能 . 4 2.2 工业机器设计中总体方案的论证 . 4 2.2.1 确定负载 . 4 2.2.2 驱动方式 . 4 2.2.3 传动系统设计 . 4 2.2.4 工作范围 . 4 2.2.5 运动速度 . 5 2.3 机器人机械传动原理 . 5 3. 机械部分的结构设计与计算 . 6 3.1 机身部分结构设计 . 6 3.2 大臂的结构设计 . 6 3.3 机械部分设计计算 . 7 3.3.1 选择电动机 . 错误! ! 未定义书签。 3.3.2 步进电机的控制 . 13 3.4 同步带部分传动设计计算 . 13 3.4.1 一级同步带传动计算 . 13

6、 3.4.2 二级同步带传动计算 . 15 3.5 轴系零件的设计 . 19 3.6 滚珠丝杠的设计计算 . 19 3.6.1 求计算载荷 . 19 3.6.2 计算额定动载荷 . 20 3.6.3 选择滚珠丝杠副 . 20 3.6.4 稳定性验算 . 20 3.6.5 刚度验算 . 21 3.6.6 效率计算 . 22 3.6.7 滚珠丝杠的精度标准 . 23 4. 电气系统设计 . 23 4.1 工业机器人的计算机控制系统 . 错误! ! 未定义书签。 4.2 控制系统硬件电路设计 . 24 4.2.1 确定硬件电路总体方案 . 错误! ! 未定义书签。 4.2.2 mcs-51 单片机硬件结构的特点 . 24 4.3 mcs-51 单片机的引脚描述及片外总线结构 . 25 4.3.1 单片机型号的选择 . 25 4.3.2 程序存储器扩展电路 . 28 4.3.3 静态数据存储器扩展 . 30 4.4 8155 可编程并行 i