毕业设计说明书-机器人手臂的开发与使用

1、。毕业设计规范设计主题：机器人手臂的开发和使用。摘要本设计以市场上的六自由度机械手为对象，详细介绍了其安装连接、几何结构、电路控制和上位机软件。根据上位机控制机械手的原理，建立了手动指令编写的标准。最后，在此标准的基础上，设计开发了自动编程软件输出程序、仿真软件检查程序和机械手执行程序系统，从而达到机械手离线编程的目的。关键字机械手；安装连接。几何结构；电路控制。自动编程；模拟摘要本设计以市场上的一款六自由度机械手为对象，对安装与连接、机械手几何、电路原理、上位机软件进行了较为详细的介绍。该设计基于主机软件的原理，开发了一个关于手写指令的标准。最终基于该标准，设计通过自动编程软件输出指令、仿真

2、软件测试、机械手实现，实现了离线编程的目标。关键字机械手；安装和连接；几何结构；电路结构；主机软件；自动编程；模拟内容总结，关键词一摘要、关键词二目录三导言12.机械手1简介2.1机械手在国家生产和生活中的重要性12.2物理操纵器介绍23.机械手连接导轨33.1接线连接33.2软件调试64.机械手7的几何部分4.1爪84.2臂94.3基础95.机械手电子控制单元105.1电气控制物理分析图：105.2电路原理图115.2.1电源模块125.2.2 JSP下载模块135.2.3串行端口模块145.2.4单片机模块155.2.5转向机信号输出模块176.个人电脑软件186.1端口19的连接和设置6

3、.2通道控制206.2.1转向机控制装置206.2.2电脑控制原理206.2.3实际操作206.3操作选项216.4命令库216.5速度调整和间隔调整216.6手册说明226.6.1机械手上位机程序(指令)编写规则226.6.2手动输入命令栏22的应用7.机械手手动编程的开发和使用237.1单步即时操作237.2编程连续动作247.2.1确定操纵器舵机和上位机24之间的数值关系7.2.2测量机械手尺寸297.2.3示例验证307.2.4时间、旋转量和速度之间的关系337.2.5机械手多轴联动优化编程347.2.6模块化编程368.三一离线编程平台378.1自动编程软件378.1.1软件接口介绍

4、388.1.2软件核心计算程序408.2模拟模块418.3操纵器执行44谢谢你参考文献46介绍本设计是在原有机械臂配置的基础上，为其进一步开发和使用操作，也是为了满足机械臂用户、机械臂维护和准备的需要。本设计的内容将包括：机械结构、电路控制、visual basic编程、三维仿真等。最后，在不改变硬件和软件的情况下，通过建立标准来实现离线编程功能开发的目标。2.机械手简介机械手出现于20世纪中叶，其运动的重复性和准确性得到了极大的发展，已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的主要标准。通常，机械臂有机械系统和控制系统。控制方法有很多种，早期是通过机械零件实现的。近几十年来，微机技术已经成为控制

5、的主要形式1。2.1机械手在国民生产和生活中的意义工业生产：机械手的出现加速了机械工业进入自动化、省力化和高效率领域。随着工业的发展，在国民生产劳动密集型产业中，劳动量与劳动价值的比例需要改革。降低成本是现代企业提高竞争力的有力手段。以日本为例，二战后，由于经济的快速发展，日本劳动力面临着严重的短缺困难。为此，日本于1967年从美国引进了机器人及其技术，在短短十多年的时间里，机器人被广泛应用于各个领域。机器人的特性大大降低了生产成本。日本的优质低价产品以绝对优势成功进入美国市场，迫使美、英、法等国采取措施迎头赶上。居民生活：栩栩如生的人形机器人为居民生活提供帮助3。随着第一个假肢的出现，机械假

6、肢被赋予了新的含义。根据这项调查，国际公认的世界残疾人比例约为世界总人口的10%。平均来说，十分之一的人是残疾人。机械肢体可以帮助一些残疾人恢复他们的自理能力。医疗设备的自动化也在深化。手术的简化和伤口的小型化可以大大提高手术成功率和术后恢复能力。微型医疗机器人不断被开发进入医院，以协助各种医疗援助5。2.2物理机械手的介绍本设计以市场上的机械手为对象，分析其几何机构和控制电路，并通过编程功能实现复杂的动作功能。本设计采用设备：1，6自由度铝合金机械手(实物如图1所示)2.32路控制系统图1 6自由度铝合金机械手这个机械手是一个带有六个伺服电机的机械臂。除了肩、肘和腕关节，人的手臂也有手指关节

7、。此操纵器模拟和模拟手指以外的其他关节。六个转向引擎用来实现简单的手部动作，比如抓鸡蛋。产品配置：1.一只机械臂2.一个机器人手臂控制器3.一条串行线4.一个电池盒5.一张光盘3.机械手连接指南在机械手移动之前，机械手必须与控制器正确连接，并且控制器必须正确设置。最后，上位机软件输出控制信号进行控制。3.1接线连接1.安装前必须准备好以下工具：图2工具2.控制器接口介绍：图3控制器界面备注：波特率设置图4波特率1控制器工厂设置的默认波特率为115200(即两个引脚都插入)。对于该控制器，只能设置4个波特率。插入销帽表示“1”，没有销帽表示“0”。四种波特率设置如下图所示：图5波特率23、连接伺

8、服电机电源图6伺服电机电源由于伺服电机的工作电流较大，我们采用DC稳定电源为六个伺服电机供电。根据图中的接线孔，将准备好的电线连接到DC稳定电源。注意电源的正负极性。(注意：电源连接过程中需要一字螺丝刀)4.连接伺服电机图7伺服电机连接控制器由总共32个电机驱动，我们使用第一至第六个电机。控制器有三排连接伺服电机的引脚。每个引脚的用途如图所示。每个伺服电机接线由三个电路组成，即电源线(中间为红色)、接地线(黑色或棕色)信号线(白色或棕色)。将六个伺服电机依次连接到控制器。5.连接控制器电源图9电池盒图8单片机电源输入控制器上有三个电源输入端口，中间是单片机电源输入端口。附件中的电池盒应正确连接

9、到该电源输入端口。6.将控制器连接到计算机串行端口图11计算机和控制器之间的连接图10控制器串行端口根据正确的接口方法，使用附件中的串行端口线路将控制器串行端口与计算机串行端口连接起来。3.2软件调试1、打开计算机上层软件图12上位机软件界面双击光盘上“电脑软件”文件夹中的“6伺服机械臂控制器. exe”文件，显示电脑中的电脑界面，如图12所示图13频道选择选择通道1-6的复选框，使数值栏有效2、机械手运动操作过程(1)首先将DC稳压电源旋钮调到最小，打开DC稳压电源开关，从小到大，将电压调至6V，将电流调至2A或更大。(2)将准备好的6节AA电池正确放入电池盒。(也可以使用DC稳压器代替)(

10、3)点击上位机软件左上角的“连接”按钮。(4)点击软件中的“复位”按钮，然后点击左下角的“运行”按钮移动机械臂。3.通电前的最终检查：伺服电机电源连接、六路伺服电机连接、单片机电源连接。注意：没有动作现象可以处理(1)检查单片机电源是否接反(2)、检查伺服电机接线方向是否正确(3)检查控制器板上的波特率跳线是否正确(4)检查上位机软件的串口设置。COM1是一个通用端口。对于大多数台式计算机，选择“COM1”端口将成功与计算机连接。如果COM1不成功，可以选择COM2。(5)、如果上述原因被消除，机器人手臂仍不能移动很远，可以检查伺服电机的电源电流，如电量不足，可以适当调整稳压电源输出。4.机械

11、手的几何部件机械手的几何结构：爪、臂和底座图15操纵器(3D)图14机械手(2D)4.1爪手(也称为夹持机构)是用于直接夹持工件的部件。根据其工作原理，该类可分为两类：抓握类和吸附类。本文设计的机械手是一只平移外夹式手，它的手由手指、传动机构和驱动装置组成6。图16爪平移式外夹紧手，夹紧力计算7图17夹紧力*AB是产品的直接夹紧部分，因此接触点应以实际夹紧测量为准。(5毫米d35毫米)*通过查询手动转向器参数，转向器输出扭矩为1.8公斤*厘米* =75度，BC=19.8mm毫米，c=31mm毫米，B=0毫米，根据实际测量值测量；因此，e=BCsin=19.13mm毫米从公式中；夹紧力的计算公式

12、为：手臂部分是机械手的主要抓取部分。它的功能是支撑手(包括工件或工具)并驱动它们在空间移动。手臂运动的目的：将手伸向空间运动范围内的任何一点。如果手的姿势(方向)改变了，这是通过手腕的自由度来实现的。因此，一般来说，手臂有三个自由度来满足基本要求，即手臂的伸展、左右旋转和提升(或俯仰)运动8。机器人手臂可以通过五个舵机在空间自由移动：A、B、C、D和e。舵机功能：旋转爪部，从多个方向抓取物品。转向机的功能没有。b、C、D:在平面内移动爪部，在大范围内方便快捷地定位爪部。转向器e的功能：实现机械手的爪部和臂部的旋转，最大限度的伸展机械手，配合b、c、d转向机构，实现爪部在三维空间自由移动的功能9

13、。4.2武器图18臂4.3基础机械手基座是一个承受机械手主体和夹紧对象的重量并定位机械手的部件。一般来说，机械手的底座可以分为两种类型：1 .不可移动型，机械手固定在底座上，不可移动，机动性低。2.活字。机械臂安装在一个可移动的基座上，具有很高的机动性10。5.机械手电子控制单元电子控制部分是机械手数据处理中心。5.1电气控制物理分析图：图19电子控制对象分析图A.无线扩展接口：无线是一种可以将个人电脑和手持设备(如PDA、手机)等终端无线连接起来的技术。无线控制可以通过加载WIFI设备来实现，并且可以取消串口控制11。B.232串行端口：串行端口是计算机上设备的一种非常常见的通信协议。大多数

14、计算机包含两个基于RS232的串行端口。串口也是仪器仪表常用的通信协议。许多兼容通用分组总线的设备也有RS-232端口。同时，串口通信协议也可以是u单片机：atmega168单片机是一种基于AVR增强型RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于先进的指令集和单时钟周期指令执行时间，atmega168的数据吞吐率高达1兆位/兆赫，这可以缓解功耗和处理器速度之间的矛盾13。d串口波特率跳线：在电子通信领域，波特率是调制率，指信号被调制后单位时间内的波特率，即单位时间内载波参数变化的数量。它是信号传输速率的度量，通常以“每秒波特率”(Bps) 14为单位。E.单片机ISP下载端口：ISP端口提供了在线编辑的可能性。当非ISP的单片机下载或编写程序时，需要将单片机从电路板上取下，通过专业的刻录机将程序刻录到单片机中。ISP功能支持直接在线编程和调试，无需安装单芯片计算机15。F.控制面板电源接口：控制面板电源的主要供电对象分为两种：一是提供单片机电源，单片机采用稳压技术支持6V12V的输入电压范围。第二，为转向器提供电源。机械臂采用