關節(jié)機械手設計（設計與控制編程）【含三維PROE】【7張cad圖紙+文檔全套資料】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 東莞理工學院城市學院 本科畢業(yè)論文 設計(論文)題目：關節(jié)機械手設計（設計與控制編程） 學生姓名： 指導教師： 二級學院： ?！　I(yè)： 班　　級： 學　　號： 日期： 年 月 日 摘要 摘 要 機器人技術是機電一體化產(chǎn)品，遭受的機器人成為一個領先的研究員專家反對。深藏在不同領域，如機械，電子，信息理論，人工智能，生物學和計算機，知識等諸多領域的發(fā)展機械接頭端的設計，機器人也導致了這些學科的發(fā)展。關節(jié)型機器人是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，工藝多關節(jié)運動的一個熱點手臂運動更多的領域進行合作研究。機械，電子，信息理論，人工智能，知識和生物和計算機許多學科，但其發(fā)展的多機構銜接所需組合治療也促成了這些學科的發(fā)展。多臂關節(jié)領導的多關節(jié)臂運動。 本文采用在結構設計上的關節(jié)型機器人，并完成圖紙和零件圖總裝配圖。為機器人模型的要求被分析以估計鴕鳥機的每個關節(jié)，充分的選擇所需要的轉矩和功率。完成關節(jié)型機器人的程序設計，總體設計，結構設計，運動學模型操盤分析，檢查，分析機器人模型，設計和生產(chǎn)機器人模型做的過程中強度的關鍵部件，繪制2D圖，3D圖，完整的運動仿真，編程。 關鍵詞：機械臂，結構設計，關節(jié)機械手，鴕機 Abstract Robotics is one of mechatronics products, articulated robot has become an important research scientist experts object. Design of mechanical joints hand deep into various fields, such as the development of machinery, electronics, information theory, artificial intelligence, biology, and computer and many other disciplines of knowledge, the robot also led to the development of these disciplines. Articulated robot is a typical mechatronics products, processes multi-joint movements is a hot arm movement more areas for joint research. Treatment of multi-institutional articulation required combination of mechanical, electronic, information theory, artificial intelligence, knowledge and biological and computer many disciplines, but its development also contributed to the development of these disciplines. Multi-arm articulation led multi-joint arm movement. This paper, an articulated robot used in the structural design, and complete drawing and part drawing general assembly drawings. Requirements for the robot model is analyzed to estimate the required torque and power of each joint, complete selection of ostrich machine. Complete articulated robot program design, general design, structural design, kinematics manipulator model analysis; key components of strength checking robot model, the design and manufacturing of robot models to do the process were analyzed; drawing two-dimensional maps, three-dimensional map, complete motion simulation, the programming language. Keywords: arm, structural design, articulated robot, ostrich machine 5 目 錄 摘 要 II Abstract III 1、緒論 1 1.1引言 1 1.2 關節(jié)機械手研究概況 2 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 2 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀 3 1.3 關節(jié)機械手的總體結構 4 2、總體方案設計 6 2.1 技術參考數(shù)據(jù) 6 2.2 關節(jié)機械手工程概述 6 2.3 工業(yè)關節(jié)機械手總體設計方案論述 7 2.4 關節(jié)機械手機械傳動原理 8 2.5 關節(jié)機械手總體方案設計 9 2.6 舵機的工作原理 11 3、關節(jié)機械手主要結構設計 12 3.1 末端執(zhí)行器負載計算 12 3.2 運動機構設計 14 3.2.1確定設計變量 20 3.2.2建立目標函數(shù) 20 3.2.3確定約束條件 21 3.2.4寫出優(yōu)化數(shù)學模型 23 3.3 機構受力分析 24 3.4 銷軸的計算校核 24 3.4 微型伺服電機（舵機）的選擇 28 3.4.1 舵機的選型 28 3.4.2 輝盛MG945舵機的控制特性 29 4、關節(jié)機械手PLC控制系統(tǒng)設計 30 4.1 關節(jié)機械手的工藝過程 30 4.2 PLC 控制系統(tǒng) 31 4.2.1 確定輸入/輸出點數(shù)并選擇 PLC 型號 31 4.2.2 分配 PLC 的輸入/輸出端子 31 4.2.3 所需元器件明細表 32 4.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設計 32 總 結 37 參考文獻 38 致 謝 39 1、緒論 1.1引言 關節(jié)型機器人是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，工藝多關節(jié)運動的一個熱點手臂運動更多的領域進行合作研究。機械，電子，信息理論，人工智能，知識和生物和計算機許多學科，但其發(fā)展的多機構銜接所需組合治療也促成了這些學科的發(fā)展。多臂關節(jié)領導的多關節(jié)臂運動。 1959年成為世界上第一個工業(yè)多關節(jié)手臂運動的誕生，創(chuàng)造發(fā)展胳膊的新時代的多關節(jié)。隨著科學技術的發(fā)展和運營研究部門的應用多聯(lián)快速發(fā)展。加藤一郎，日本早稻田大學手臂關節(jié)和更多的世界知名專家，教授說：“一個很大的特點，多關節(jié)手臂運動應該有工作?！钡姆绞绞牵谧詣踊潭雀叩?，電力系統(tǒng)更復雜。偉大的發(fā)明家愛迪生曾經(jīng)說過，“神造人的兩條腿是最美麗的杰作。”該系統(tǒng)具有豐富的動態(tài)環(huán)境的要求非常低，無論是在地面上，而且在非結構化地形復雜，適應性良好的環(huán)境狀態(tài)。為了延長多關節(jié)型機器人的功能和應用開辟無限廣闊的發(fā)展前景。 研究關節(jié)型機器人的原因和目的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：機構的發(fā)展，使他們對結構性和非結構性的工作，許多圈子，而不是個人或更新和人類活動的領域擴展;希望更多的人有一個內在的理解和認識，并使用這些功能對個人服務，如假肢。系統(tǒng)動力學與在此領域豐富的研究，其研究和臂運動更加危險的機器的擴展，多關節(jié)臂的運動可以作為一個多關節(jié)臂的移動智能播放在人工智能領域的一個重要的角色。 多關節(jié)臂的運動的定義，世界上唯一的格式是不一樣的。手臂運動協(xié)會與更多的企業(yè)的聯(lián)合國標準化最近在他的手臂采用了國際對美國帶來的多關節(jié)運動的定義：操作臂多聯(lián)合演習是一個多功能可編程的操作系統(tǒng)，你可以改變該程序的操作完成各種各樣的工作，尤其是對物料輸送，傳動部件。參照國際定義，和語言的組合的中國多臂關節(jié)的定義如下： 機械手的多關節(jié)運動是一個獨立的行動，更自由，靈活地改變程序，它可以放置在任何地方，自動化程度高的機器的自動化。汽車油漆或其他涂料行業(yè)鉸接多關節(jié)運動E'可用。 多關節(jié)運動臂高剛性臂，與其它可能的相比，必須要快，能夠進行重的東西，且精度非常高，可以基于外部信號，各種自動操作的。 處理的多關節(jié)臂的運動是一個計算機可編程的自動控制裝置的控制下。使用的多關節(jié)運動操作臂是提高了產(chǎn)品的質量和工作的生產(chǎn)率，生產(chǎn)過程的自動化，改善了工作條件，并降低了勞動強度的有效手段。誕生和多關節(jié)手臂運動的發(fā)展，雖然只有30歲，但已經(jīng)應用到國民經(jīng)濟的許多部門，民間的技術，應用，具有廣闊的發(fā)展前景，顯示出強大的生命力[1-2]。 1.2 關節(jié)機械手研究概況 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 人類和動物的運動原理的第一個系統(tǒng)研究是邁布里奇發(fā)明了照相機跟單，即設定的觸發(fā)相機的電源，并在1877年他成功地參加了四足和連續(xù)運行的許多照片。后來，這種方法使用的相機是用來研究人體運動Demeny。從1930年到1950年，蘇聯(lián)也伯恩斯坦從深入人類和動物研究的生物動力機制的角度看，并提出??的議案非常形象化的描述。 真正研究機構運動多關節(jié)全面，系統(tǒng)于1960年推出至今，聯(lián)合多月的手臂比較完整的理論體系只有形成，并在一些國家，如日本，美國和“蘇聯(lián)已成功開發(fā)出可以是靜態(tài)或動態(tài)的，多臂樞軸原型。在這一節(jié)中，我們介紹了1960年至1985年期間，臂多關節(jié)實地達到的運動的最重要的進展的團隊。 在20世紀60年代和70年代，武裝多關節(jié)運動控制理論產(chǎn)生三種類型的控制方法是非常重要的，這限制了國家控制，控制參考模型和控制算法。這三種控制的方法對所有類型的關節(jié)機械手都是適用的。國家控制是通過在1961年提出的模型的參考檢查于1975年由美國法恩斯沃思南斯拉夫托莫維奇限制，該算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊爾?羅多關節(jié)運動學專家鮑賓控制Vukobratovic博士1969 - 1972年的教堂中扣除。有這三種類型的控制方法之間的內在關系。有限狀態(tài)控制實質上是一個控制參考模型，并且該控制算法是這種情況[1]的中心。 在搜索步態(tài)，蘇聯(lián)Bessonov和Umnov定義“最佳步態(tài)”，Kugushev和Jaro- shevskij定義自由的步伐。這兩種步態(tài)不僅能適應，而且要適應胳膊多條腿多企業(yè)的動向。在這些中，對于自由路徑的步驟的條件的規(guī)則。如果地形是非常粗糙的，所以運動臂多關節(jié)，下一步應放在哪里腳不能基于對步驟序列來加以考慮，但應通過步驟以便攀登者去步驟通過一些優(yōu)化標準來確定哪個是所謂的自由速度。 穩(wěn)定性研究手臂動作的多關節(jié)，美國Hemami，該提議的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的控制的簡化模型作為振蕩器，反轉（倒立擺），它可以被解釋為在換能器存在的問題的向前運動。此外，減少了控制的考慮，Hemami，誰也研究手臂運動的多關節(jié)“減少型”問題的復雜性進行了研究。 此前我們指出了系統(tǒng)的Vukobratovic還人形能量分析，但它的力量是有限的關節(jié)和隨時間的整個系統(tǒng)的變化，并沒有太多涉及這個問題的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一個有用的結論，即平滑的姿態(tài)，類人型系統(tǒng)所消耗的功率就越少。 1.2.2 國內研究現(xiàn)狀 國內前機器人起步較晚，我國自1980年以來，在體育領域的多臂共同研究和應用。 1986年，國家啟動了“規(guī)劃綱要”的研究多動關節(jié)臂，中國的高科技“863”水平運動臂包括于1987年。目前聯(lián)合研發(fā)，中國移動手臂多企業(yè)的研究和開發(fā)應用單位主要與高校和科研院所。初步調查多關節(jié)型機器人技術的主要目的是更先進的技術來跟蹤國際風險手臂的運動，然后取得了一些成績。 1986年哈爾濱工業(yè)大學，他開始研究最為關節(jié)臂，腳靜手臂運動HIT-I和110厘米高，體重70千克多的企業(yè)，率先成功開發(fā)進度有10個自由度，以到達地面上的線，左，右，以及運動，上下樓梯，45厘米左右10秒/步，速度成功研制的HIT和HIT-II-III，重量為42千克，長度103厘米，它是12個自由度，以實現(xiàn)一個步驟每秒24厘米，2.3分速度。 HI目前正在開發(fā)第四樂章的下一個多關節(jié)臂，身體52度的自由，這是一個偉大的運動和速度的平衡三臂，多關節(jié)運動[3-7]。 在1988年春國防科技大學成功具有六個自由度的平面雙足運動臂多關節(jié)KDW-1，可以向前，向后和上下樓梯，每秒40厘米，四步開發(fā)的最大速度，在1989年今年的步伐，我們開發(fā)了一種空間KDW-II，具有10個自由度，最高的69厘米，重13公斤，包括更多的來回，上下樓梯和周圍的近靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性。 1990年兩縱縫互聯(lián)網(wǎng)KDW-II，在KDW-Ⅲ開發(fā)的，有12個自由度，并添加函數(shù)曲線，以獲得完整的測試環(huán)境。 1995年在步驟20厘米0.8秒?22厘米，13度的最大角度動態(tài)的步伐。 2000年KDW-III中國的第一個人形的手臂的“排頭兵”的成功結束的發(fā)展的基礎上，在一個不確定的環(huán)境下微小的變化動態(tài)每秒，兩步周期，1.4男，為20 kg的多關節(jié)的動作，有頭，眼睛，頸部，身體，手臂，腳，和一定程度的語言功能[8-13]中。 此外，清華大學正在開發(fā)一個人形的手臂培育更多升學銜接THBIP-I，高七米，體重130千克，32自由度的支持清華大學985項目，該項目是。南京航空航天大學有八個自由度機械手關節(jié)間隙靜態(tài)函數(shù)[13,14]的發(fā)展。 本文從“首屆全國研究生機械創(chuàng)新設計大賽”多關節(jié)手臂動作。此時，單臂，多關節(jié)運動通常在車輪的形式是為了實現(xiàn)功能相。事實上，模仿人類行走手臂和腿部的多關節(jié)的動作并不多，但也有六條腿，已經(jīng)出現(xiàn)四腿臂多關節(jié)運動，但多關節(jié)手臂運動尚不多見。我們的問題，簡單地探索設計巧妙的機械設備和簡單的控制來模擬人的手臂的多關節(jié)的動作。子功能是：替代大步，搖搖頭，擺動手臂，擺臂。 1.3 關節(jié)機械手的總體結構 關節(jié)型機器人和部分整體關系的概述： 它主要由機械系統(tǒng)（執(zhí)行系統(tǒng)，牽引系統(tǒng)），探測系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)。 （1）執(zhí)行系統(tǒng)：公用部分的執(zhí)行系統(tǒng)管理部門，機械零件最全面的定義，以必要的各種運動，包括手，手腕，來獲得身體。 1.末端執(zhí)行用于執(zhí)行，并且配置的工作直接涂漆。 2.手腕，手和連接元件的臂，具有安排作為任務或工作的端部的方向的改變。 3.臂和連接基團的手的手臂，手腕支撐體時，執(zhí)行負荷管理塊，手的空間位置，臂操作空間的變化滿足多個關節(jié)，在基座的任何類型的動力傳輸。 D：機身，多鉸接臂基部，支撐輥，由臂部件支承，并具有使所述臂的轉動，起重或傾斜運動的任務。 （2）驅動系統(tǒng)：提供電力的各種組件的系統(tǒng)是活動的，以及供應單元設備。通用機械傳動，機械傳動和電氣，氣動，電動。 （3）操作系統(tǒng)：驅動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的根據(jù)工作，故障報警或錯誤的信號的要求執(zhí)行。 （4）檢測系統(tǒng)：經(jīng)由各種傳感裝置，控制器官運動檢測裝置，保證作用，如果有的話反饋到控制系統(tǒng)相對于該組的運動的要求。 實踐證明，該小組可以取代繁重的體力勞動的多關節(jié)運動，顯著減輕勞動強度，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)率和自動化。經(jīng)常處理和工業(yè)生產(chǎn)在長期內往往體積龐大件，單調的操作，單臂，多聯(lián)合演習是有效的。此外，它可在高溫，低溫，深水，宇宙，環(huán)境條件和其他有毒放射性污染進行操作，同時也表現(xiàn)出優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景[4-8]。 2、 總體方案設計 2.1 技術參考數(shù)據(jù) 課題名稱：關節(jié)機械手機構 設計一款關節(jié)機械手，要求外形輕巧，可實現(xiàn)6個自由度，適用于物品搬運，取放堆疊，工件打磨。技術參數(shù)：六軸自由度，最大載重8kg，重復精度±0.2mm，周期時間0.15s，最大動作范圍2230mm。 2.2 關節(jié)機械手工程概述 關節(jié)機械手是一個技術集成的跨學科，涉及計算機技術和自動化技術的機器，機制，機械，氣動，液壓技術，檢測技術等領域。在科人得到有效解決組合問題綜合工程被稱為“系統(tǒng)工程”。手臂多關節(jié)運動設計，例如，系統(tǒng)工程，應作為一個綜合的方法來系統(tǒng)設計對外關系的系統(tǒng)，并從整個有機聯(lián)系的手臂運動環(huán)境的研究，開發(fā)和應用根據(jù)系統(tǒng)的內部部分多接頭。 從復雜機械系統(tǒng)，包括一定的規(guī)則的功能系統(tǒng)結合多個子系統(tǒng)，它是一個不可分割的整體。如果你失去了開放的系統(tǒng)，可根據(jù)特定的一組。因此，在一個復雜的機械設計，概念啟動機器，系統(tǒng)必須具有以下特征： （1）機械系統(tǒng)完整的完整性機械系統(tǒng)由幾個子系統(tǒng)具有不同的整體性能應具有的特定功能。 （2）作用的子系統(tǒng)之間的有機聯(lián)系，包括有機，相互關聯(lián)的。 （3）每個目標系統(tǒng)必須具有明確的目標和系統(tǒng)的功能，結構，功能，目標和手段，決策系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)結合起來。 （4）系統(tǒng)對環(huán)境的適應是適應環(huán)境在某些情況下，我們必須能夠適應變化的外部環(huán)境中。 所以，在設計機器人時，不僅要注意關節(jié)運動系統(tǒng)的部件的整個多部件設計臂應根據(jù)視工程系統(tǒng)的角度來看，這取決于一個單一的多關節(jié)臂的動作的功能要求，子系統(tǒng)，多臂關節(jié)，合理，產(chǎn)品的性能，需要在多關節(jié)臂的動作的作業(yè)的所有組件。一般來說，最復雜的行業(yè)手臂關節(jié)如下：在操作機器，是最大的，單臂多關節(jié)的運動來完成的任務，其中包括基地，手臂，手腕，副作用機構。傳輸系統(tǒng)，其中包括幾個傳輸零點電源，控制，驅動系統(tǒng)和伺服驅動系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)包括電子控制裝置的操作，記憶功能（計算機或其它版本控制裝置可編程），操作員接口裝置（鍵盤，學習盒等），數(shù)據(jù)處理裝置和各種傳感器，放大離線傳輸，傳感器編程接口設備通??信的I / O 14]內部和外部傳感器和其他設備（一般或特別。 特征行業(yè)臂多關節(jié)運動是普遍的調整，靈活的臂工業(yè)多關節(jié)運動可有效地用于柔性生產(chǎn)系統(tǒng)關鍵部件的發(fā)送處理單元組件或材料或其它柔性制造系統(tǒng)（例如，機床，鍛壓，焊接，裝配等生產(chǎn)設備），輔助設備，控制系統(tǒng)，多關節(jié)臂運動，各種不同形式的運動系統(tǒng)的組建多聯(lián)技術工藝機械行業(yè)其他生產(chǎn)部門。生產(chǎn)，如建筑，開采，生產(chǎn)和輸送臂移動多關節(jié)是參考系統(tǒng)。 2.3 工業(yè)關節(jié)機械手總體設計方案論述 （一）確定負載 目前，國內工業(yè)用運動的多關節(jié)臂，負載能力，最小額定負載5N或更小范圍很大，最多的為9000N。這篇文章5公斤載荷。 負載的大小主要取決于由于運動的沿的作用力和夫婦的機械接口上的多關節(jié)臂的運動的方向。其中下臂應該包括端部執(zhí)行器的更關節(jié)運動（重量），和工件的重量或處理對象接縫預定速度和加速度的條件下，產(chǎn)生的慣性力等。該項目的數(shù)據(jù)參考設計初步估算表明，這一項目可能屬于一個小負荷。 （二）驅動系統(tǒng) 由于伺服電機具有良好的控制性能，檢查的靈活性，允許速度，位置，環(huán)境，體積小，效率高，適用于更為苛刻的運動控制沒有影響的精確控制小臂運動多企業(yè)等特點，因此，該項目采用的是伺服電機。 （三）傳動系統(tǒng) 動臂多關節(jié)運動可以緊湊，重量輕，慣性小，傳動鏈條應考慮采取措施縮小差距，提高手臂多的移動和位置創(chuàng)業(yè)精密運動控制。臂傳遞機構機械運動多關節(jié)通常使用齒輪，蝸桿，滾珠絲杠，皮帶，鏈條傳動，行星齒輪，傳動齒輪和諧波鋼等，由于傳動齒輪具有效率高，準確，結構緊湊，工作可靠，壽命長等優(yōu)點，與大學學習和掌握更扎實的傳輸，所以這個設計選擇的旅行。 （四）工作范圍 操作過程中的工業(yè)手臂動作的工作范圍是多關節(jié)的多關節(jié)臂的運動取決于所述扇區(qū)的操作領域和確定的軌跡，用表示的工作空間。形狀和有關該結構的工作空間的大小坐標運動的多關節(jié)機械手，其大小和在數(shù)量和程度每個臂的自由操縱器公共軸線的長度的變化程度和所選擇的關節(jié)軸的每個角的 （五）運動速度 每個鉸接機械臂更堅定的臂的最大行程，按照循環(huán)時間來確定每個操作的時間的運動后，可以進一步確定每個動作的速度，單位為米/秒（°）/ s的，時間每個運動分配考慮在順序地或同時地等進行許多因素，如每個操作序列之間的周期的總時間長度。表做他們的操作時間，操作時間分配之外的運動進行比較，以考慮分配請求有關的過程，它也必須考慮慣性的行程的大小和驅動和控制，定位和精度要求。 2.4 關節(jié)機械手機械傳動原理 該關節(jié)機械手的本體結構組成如圖2.1 圖2.1 關節(jié)機械手本體組成 各部分部件的作用??： 基座： 基座構件包括底座，齒輪，軸承，步進電機。的基本作用是一個構件，支撐構件和支撐所述樞轉臂，支撐比基片的多關節(jié)臂的運動和行李的工作壓力的重量必須具有足夠的強度，剛度和承載能力。此外，圖書館還需要綽綽有余了實質性的安裝基礎，以確保輸送臂在工作場所和穩(wěn)定運行聯(lián)合決議。 通過正相分量關節(jié)型機器人手臂（例如，一個氣缸，氣缸，齒輪齒條機構，連桿機構，一個凸輪機構，并且螺旋機構等）和用于移動所述臂多于一個鉸鏈臂（例如一個驅動源，液壓或氣動臂誘導固定移動協(xié)作等），以實現(xiàn)不同的臂運動 手臂大臂以及小臂組成。其中所述臂是一棵樹，加速度分量和驅動馬達的構件上形成。由臂，驅動軸和同步帶等部件臂構件。手腕殼體，傳動齒輪和軸，從現(xiàn)有的機械連接的手腕部。 2.5 關節(jié)機械手總體方案設計 在關節(jié)工業(yè)用機器人的結構的形式，其主要由以下四個：構造直角坐標，圓柱坐標，球面坐標的結構，鉸接結構為四。每個結構和相關功能列舉如下[3]所述。 （1）直角坐標關節(jié)機械手 直角坐標關節(jié)機器人手臂空間坐標多關節(jié)運動是實現(xiàn)線性運動的三個相互垂直的方向，如圖2-1（a）在該直線運動的位置控制是容易實現(xiàn)，笛卡爾坐標臂關節(jié)運動往往是一個高的位置精度要獲得（微米）。對于多關節(jié)臂的在這方面的尺寸移動結構相對直角坐標，所述一個臂的空間多關節(jié)運動，是比較小的。為了獲得運動的一定的自由，該結構在垂直于多關節(jié)臂的尺寸坐標多關節(jié)臂比其它結構的大小。 工件笛卡爾坐標移動多關節(jié)臂矩形空間。笛卡爾臂運動最常見的是主要用于收集和處理交易，笛卡爾坐標在三個懸臂龍門式結構的多關節(jié)臂的運動。 （2）圓柱形的坐標關節(jié)機械手 空間運動臂圓柱坐標實現(xiàn)線性和多關節(jié)運動的旋轉運動，如圖2-1（b）中。此多臂關節(jié)運動是相對簡單的，精度，通?？梢栽谔幚碇惺褂?。他的工作空間是一個圓柱形空間。 （3）球坐標關節(jié)機械手 多運動空間球面坐標關節(jié)可動臂通過兩個旋轉運動和直線運動，如2-1（C）來獲得。這個簡單的手臂的動作的多關節(jié)結構，成本低，但精度不高。主要用于加工。他們的工作空間是一個球形的空間。 （4）聯(lián)合多關節(jié)型機器人的結構 三個多關節(jié)的旋轉運動的空間鉸鏈臂運動的要求，以便獲得，例如，2-1（d）如圖手臂關節(jié)聯(lián)合行動靈活，結構緊湊，占地面積小。多關節(jié)臂相對于所述相對較大的工作空間的主體尺寸。這樣的多關節(jié)臂的運動被廣泛應用于工業(yè)，如焊接，涂裝,,裝配等行為被廣泛用于這種類型的多關節(jié)型機器人的。 多關節(jié)機器人鉸接結構是由兩種格式的水平和垂直關節(jié)表示。 (a) 直角坐標型 (b) 圓柱坐標型 (c) 球坐標型 (d) 關節(jié)型 圖2-1 四種關節(jié)機械手坐標形式 根據(jù)任務書和具體要求，我們選擇（四）普通型。 具體地，對于這樣的設計，因為在區(qū)域考慮8公斤的設計要求，考慮到使用的操作的具體要求的工藝設計的具體形式，對系統(tǒng)的要求，并作為符合盡可能質量工件以簡化結構，成本也降低并提高了可靠性。多結臂的運動，并且定位的精確度更高，設計的多關節(jié)運動到臂的運動的臂范圍需要六個自由度，這是一個程度的腰，臂的旋轉自由度和??臂的俯仰臂自由和手腕自由旋轉和旋轉度字段的自由度。本文檔中的得到大關節(jié)臂，該結構設計臂的大小將因此該臂機構自由轉動地音調的詳圖。 多關節(jié)機器人的特征在于，相對大尺寸的工作，靈活性和通用性，更為結構緊湊，可以從事基礎對象的附近。合作機構提出使用和包括以下的技術參考 技術要求：（1）設計的多關節(jié)型機器人系統(tǒng)中執(zhí)行，旨在滿足重多臂關節(jié)運動系統(tǒng)的操作期間是同時滿足技術結構，經(jīng)濟等方面的要求短，效率高，速度和多功能性，柔韌性等性能要求。 （2）裝配圖，零件圖按照機械設計，尺寸，公差，幾何公差的國家標準，標簽嚴格繪制有合理的技術要求，規(guī)格。簡單不同端部（3），并進行所述機器人手臂與聯(lián)接的端部。 （4）寫的論文要求的明確描述，書寫規(guī)范。 2.6 舵機的工作原理 機器人的電源是研究對象劃船機，機器人控制系統(tǒng)，管理和控制系統(tǒng)有需要改變時，維護控制，原理劃船機的工作是：從信號控制馬達電路，速度輸出接收的信號。輸出軸和連接到旋轉電位器的位置反饋控制電路和一個信號到控制室節(jié)氣門位置的電位器，并根據(jù)該決定和旋轉速度以停止。 片材接收的接收信號的調制路徑，只留下激勵。這是一個內部參考，為期20，參考信號寬度為1.5ms，用于與電位器輸出接收DC電壓。最后，在馬達片的正面和負面的結果之間的張力，是相反的決定。讀取電機，齒輪，使級聯(lián)電壓你，0，馬達停止旋轉，其結構如下。最后，之間的電壓積極的和消極的結果，在電機芯片，決定是相反的。 （1）發(fā)動機。 （2）減速器：降低高速度，獲得的扭矩。 （3）主軸系統(tǒng)：提供你的反饋。 （4）電子控制板： 36 3、關節(jié)機械手主要結構設計 3.1 末端執(zhí)行器負載計算 手腕偏轉時，需要克服摩擦阻力矩、慣性力矩負荷啟動力矩時的強度和手腕。 轉矩的式子是：[15]： （3.1） （3.2） （3.3） （3.4） （3.5） （3.6） （3.7） （3.8） 式子里， --手腕偏轉所需力矩（N·m）； --摩擦阻力矩（N·m）； --負載阻力矩（N·m）； --手腕偏轉啟動時慣性阻力矩（N·m）； --工件負載對手腕轉動慣量（kg·m2）； --手腕部分轉動慣量（kg·m2）； --手腕偏轉角速度（rad/s）； --手腕質量（kg）； --負載質量（kg）； --啟動時間（s）； --手腕部分材料密度（kg/m3）； --手腕部分外徑和內徑（m）； --手腕的長度（m）； --手腕偏轉末端的線速度（m/s）。 已經(jīng)了解的數(shù)據(jù)：kg，m/s，m，m，m，s，手腕部分材質設為鑄鋼，密度kg/m3。 將數(shù)據(jù)代入計算得： kg r/s kg·m2 kg·m2 N·m N·m N·m 3.2 運動機構設計 連桿是最常見的機制，這使聯(lián)接機構設計的優(yōu)化是在機械設計非常重要的，研究工作進行了還使用最廣泛的。有很多文獻介紹有關四連桿機構，扁五具尸體，一個靈活的耦合機制，優(yōu)化程序如何曲軸離合器片離合器機構，凸輪離合器的組合機制，離合器齒輪等機構。鑒于典型的四桿連桿機構部的再現(xiàn)優(yōu)化設計的這種四桿連桿機構組合功能，離合機構所描述的一般的優(yōu)化方法和過程。 四合院建筑設計優(yōu)化參數(shù)特定的運動和機構最小流量之間的四連桿調整機制誤差范圍內的優(yōu)化。因此，四連桿機構設計優(yōu)化過程中，從而使四連桿機構是找到一組最小的運動誤差的機械設計參數(shù)。后確定所述四連桿機構的設計參數(shù)可被認為是達到設定的優(yōu)化設計。 四連桿機構的優(yōu)化設計包括一個四連桿機構的優(yōu)化模型和優(yōu)化模型解決了兩個主要過程。因為四連桿分析優(yōu)化程序來確定，以確定設計參數(shù)中，由于目標函數(shù)和機制設計的局限性，如釣竿長度的情況下，傳輸角度條件等寫入相應的限制，設計優(yōu)化機制來創(chuàng)建模型。 下面介紹設計模型的四連桿機構的功能重現(xiàn)優(yōu)化。切換功能的設計主要由輸入部件的選擇和根據(jù)多個位置的一個輸出元件再現(xiàn)時，確定的參數(shù)機制與圖形方法或機制分析。圖圖1示出一個典型的扁四鉸鏈機構，、、和代表四個構件的長度， AB桿是輸入構件。假設圖1所示的平面鉸鏈四桿機構再現(xiàn)給定函數(shù)為，那么，機構的位置由、、、鉸鏈A的位置來決定的、AD與機架x軸夾角以及輸人構件轉角等七個變量。 為簡化問題，可令A的位置為，，構件的長度為1(參考構件)，由此可將問題維數(shù)降為四維，并不影響構件輸入、輸出的函數(shù)關系。由此可以得到輸出構件轉角外與輸入構件轉角之間的函數(shù)關系式： （1） 機構優(yōu)化設計目標就是使得輸出構件轉角與給定值在，所有位置上的誤差最小。因此機構優(yōu)化設計的目標函數(shù)可用下式表示： （2） 當輸入構件轉角為時，輸出構件轉角外從下面式子算出： （3） 式子里， 所以 （4） 將上式代入式（3），并令代表設計變量、、及，機構優(yōu)化設計目標函數(shù)可寫為： （5） ????應根據(jù)機構設計的實際情況來確定優(yōu)化設計。例如，如果曲柄搖桿四連桿機構，以滿足下列關系： 或 （6） ????如果機構要求傳動靈活可靠，則傳動角應滿足： 或 其中 從上面式子知道，傳動角隨著的變化而變化，當為最大值時，則最小，在最小值時，則最大。要滿足條件，約束方程式子是： 曲柄搖桿機構有，因此，約束方程式子是： （7） ????當所選定的設計變量為構件長度時，則構件長度必須是正數(shù)，那么約束式子是： 式子里是為了使構件長度不小于而設的。 ??? 此外，由于具體結構尺寸的限制，往往對某些構件的長度限定在某一范圍內選取，比如，連桿BC的長度最短是的倍，最長是的倍，那么列出式子關系如下： 約束式子是： （8） ????以下，介紹再現(xiàn)函數(shù)是的曲柄搖桿機構的優(yōu)化設計。 ??? ?先變換給定函數(shù)為，并設輸人構件初始角為，輸出構件初始角為，選取輸入構件的轉角為,輸出構件的轉角為。當輸入構件從轉到時，輸出構件從轉到，輸入構件從轉到時，輸出構件則從回到。顯然有及，那么及。代入函數(shù)式算出： 設將輸入構件的轉角均分成20等分，那么，設定權因子，再令代表設計變量、、及，從式子（5）得曲柄連桿機構優(yōu)化目標函數(shù)為 ????曲柄搖桿機構優(yōu)化設計約束條件如下： ????從式子（6）得出： 要求傳動角滿足，從式子（7）逄出： 根據(jù)該結構的大小的控制機構，各組分相對于尺寸的給定范圍內的殼體要求的長度，從式子(8)算出： 所以，曲柄搖桿機構優(yōu)化設計模型如下： Min. s.t. 采用內點懲罰函數(shù)法和POWELL法求解曲柄搖桿機構優(yōu)化設計模型。選擇初始懲罰參數(shù)，遞減函數(shù)e = 0.01，初始點，取懲罰函數(shù)法收斂精度，POWELL法目標函數(shù)值收斂精度，一維搜索精度。 3.2.1確定設計變量 根據(jù)設計變量的機械原理知識設計要求L1、L2、L3、L4、。曲軸長度作為長度為1的單元，并且剩余的三個長度L1可以表示為的倍數(shù)。的幾何關系圖1的： =桿長的函數(shù)。進一步根據(jù)在該裝置的機構許可的空間，是在機架上，適當?shù)仡A選長度L4其中L 4= 100，上面的分析后僅L2，L3的兩個獨立的變量，因此，設計變量的優(yōu)化問題： 因此。本優(yōu)化設計為一個二維優(yōu)化問題。 3.2.2建立目標函數(shù) 根據(jù)軌跡的優(yōu)化設計，可把連桿的M點和預期軌跡點坐標偏差最小為尋優(yōu)目標，它的偏差式子是 和，如圖2。由此，蹺2-5間隔分成N個部分中，M點的坐標對應的對應點。每個被稱為參考點，根據(jù)均方根差可建立其目標函數(shù)，那么： ，S為運動區(qū)間的分段數(shù) 因此，從上面的表達式可以是目標函數(shù)的對應于各機構設計的形狀的數(shù)學表達式（給定），就可計算出均方根差。 圖 2 3.2.3確定約束條件 根據(jù)該草案的條件，限制，該機構有兩個方面：一是最小傳動角大于50度的過程中傳遞運動，二是四曲柄機構，以確保滿足存在的條件。線束的優(yōu)化來創(chuàng)建為基礎的條件。 ①保證傳動角 圖 3 按傳動條件，根據(jù)圖3可能發(fā)生傳動角最小值的位置圖，由余弦定理 （見圖3（a）） 所以 （a） （見圖3（b）） 所以 （b） 式子（a）和（b）是兩個約束條件，把，，，代入式（a）、（b），擺出式子如下： ②曲柄存在的條件 按曲柄存在條件，由機械原理知識了解， ，， ， 把它們寫成不等式約束條件（將，，，代到上面式子，得出 綜合分析后，上面的七個約束條件式子里，和=緊約束條件，=松約束條件，那也滿足和的，必滿足不等式，所以本優(yōu)化問題實際起作用的只有和兩個不等式約束條件。 3.2.4寫出優(yōu)化數(shù)學模型 以上得出，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學模型為 即本優(yōu)化問題具有兩個不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。 圖3.1 主要結構圖 3.3 機構受力分析 該步行機構的受力情況如圖3．12所示。由于該機構中所有連桿均為二力桿，即只受軸向力作用。設圖中所有連桿所受的拉力為正，壓力為負。Ⅳ為地面對車輪的支撐力，月川為11個連桿的內力， 2分別為連桿9和連桿5與水平線的夾角， y1、r2分別為連桿10和連桿6與水平線的夾角，妒為曲軸11與水平線的夾角。由力的平衡條件可得方程組： 以上五個方程，聯(lián)立方程3.1和3-6可以通過適當?shù)闹瘟Β?，曲軸11的水平角度，來解決≯時，在每個行走時足部機制聯(lián)系起來的力量的大小。假設在曲軸11標準輪的權力面前旋轉，每一個環(huán)節(jié)的內在力量也將發(fā)生變化。并運行曲軸旋轉的模擬。你可以得到曲軸旋轉一圈，連桿足功率曲線的內臟。每個鏈路可以是依賴于功率條件為每個鏈接大小合理的設計橫截面面積，以優(yōu)化機制，。 3.4 銷軸的計算校核 軸的受力圖見下方： 知道的條件：作用在銷軸上的 圓周力 徑向力 法相力 1) 求垂直面的支撐反力： 2) 水平面的支撐反力： 3） F在支撐點產(chǎn)生的反力： 可按最不利考慮 繪垂直面的彎矩圖： 5) 繪水平面的彎矩圖： 6) F產(chǎn)生的彎矩圖： a-a截面F力產(chǎn)生的彎矩為： 7) 算出合成彎矩圖： 考慮最不利的情況，把與直接相加 MA=+MAF= +41.1=70.1 N.m M'A=+MAF= +41.1=657 N.m 8) 算出軸傳遞的轉矩： N.mm 9) 算出危險截面的當量轉矩 如圖所示，a-a截面最危險，其當量轉矩為： 如認為軸脈動循環(huán)應變力，設折合系數(shù)a=0.6， 帶入上式可得： 10） 算出危險截面處軸的直徑 軸用45#鋼，調質處理， 找出表格得出δB=650Mp,從表格 14-3找出表格得出[δ-1b]=60Mpa,那么： 因鍵槽影響軸的尺寸，把d值加大5%，所以： d=22.8*1.05=24mm<32mm 滿足條件上。 因a-a處剖面左側彎矩大，有轉矩，且有鍵槽，故a-a左側為危險截面其彎曲截面系數(shù)為： 抗扭截面系數(shù)式子是： 彎曲應力為： 扭切應力為： 根據(jù)合成強度計算 使轉換系數(shù)＝0.6的當量應力： 從表格找出45鋼調質，抗拉強度極限=640Mpa，則從表格找出表格得出軸應力[δ-1b]=60Mpa,<[δ-1b],滿足要求。 3.4 微型伺服電機（舵機）的選擇 微型伺服電機在業(yè)余航?；顒又惺褂玫模€有很長的歷史，但最常用的家庭也“發(fā)送”，意思是“攪拌式機”伺服位置伺服驅動器。這是一個機器人，機械和電氣系統(tǒng)的重要模型飛機執(zhí)行器。它接收到特定控制信號，有一定角度的輸出，對于那些誰需要維護和角度變化的控制系統(tǒng)。標準伺服有三根線：電源線（紅色），接地線（黑色或灰色），控制線（白色或橙色）。輸入控制線是一寬度可調整的周期性方波信號（PWM）的，周期方波信號20毫秒（例如，50赫茲）中，當方波的脈沖寬度變化轉向軸角度取將其放置成比例的脈沖寬度的角度變化的變化而改變，這是與工作周期的說變化改變轉向的位置。訪問，這是主要用于控制部件控制的運動方向。因此，機器人模型也經(jīng)常用作關節(jié)的受控運動，對機械原理經(jīng)常自由聯(lián)合活動。 3.4.1 舵機的選型 本設計選用的舵機為“輝盛”MG945 12公斤全金屬齒大扭力舵機，圖和參數(shù)見圖3.11和表3.1所示。 圖3.11 “輝盛”MG945舵機 表3.1 “輝盛”MG945舵機參數(shù) 尺寸 重量 速度 扭力 使用電壓 40.8*19.9*37.3mm 56.3g 0.24sec/60度 12公斤/厘米 4.8V～7.2V 3.4.2 輝盛MG945舵機的控制特性 “輝盛”MG945 12公斤全金屬齒大扭力舵機全轉角為180度，它的對應的控制關系如表3.2所示。 表3.2 PWM波脈寬與舵機轉角關系 PWM波脈寬 舵機轉角 對應轉角簡圖 0.5ms 0度 0.9ms 45度 1.5ms 90度 2.1ms 135度 2.5ms 180度 4、關節(jié)機械手PLC控制系統(tǒng)設計 4.1 關節(jié)機械手的工藝過程 由電機驅動關節(jié)機器人的工作，它的上，下，左，右都馬達驅動旋轉螺桿完成。分析過程多關節(jié)型機器人的起始位置停在源頭，按下啟動按鈕后，將關節(jié)機器人的起源→→減少終端（T）→→右→降低→增加松弛（T）→增加→左的起源，行動完成一項工作。秋季多關節(jié)型機器人，上，右，左等動作來控制相應的限位開關的轉換，并進一步采取行動放寬轉換時間監(jiān)控。 為確保安全，關節(jié)機器人后，正確的地點，工件可如果在右表沒有減少，往右走當最后銀行文物未移動，關節(jié)機器人將自動停牌，以待。光開關來定位此設置，“無紙”的信號。 以滿足生產(chǎn)要求，多關節(jié)型機器人設置手動模式和自動操作模式，則自動模式分為單步，和一個連續(xù)的工作周期。 1）手動模式：使用對關節(jié)機械臂控制的每一步操作的按鈕。例如，“向下”按鈕，讓鉸接機器人，按下“上”按鈕，多關節(jié)型機器人的增加。手動操作可用于緊急停止和關節(jié)型機器人來調整原點后返回到工作位置。 2）單步工作：起源，根據(jù)工作循環(huán)每次按下停止按鈕自動關節(jié)機器人開始到完成動作一步時自動步序。 3）單曲循環(huán)模式，按下啟動按鈕，機器人聯(lián)合記者過程中自動自動完成動作周期，回國停止之后。 4）連續(xù)模式：按下按鈕，從原點關節(jié)型機器人，根據(jù)步驟序列是自動連續(xù)地重復，設置兩個停放在連續(xù)工作： 正常停機：停止正常情況下。按下復位按鈕，完成一個周期后關節(jié)型機器人，自動返回到原點了。 緊急停車：在發(fā)生事故或緊急情況下停車。按下緊急停止按鈕，關節(jié)機器人停在當前的狀態(tài)。當故障排除后，你必須手動回到原點。 4.2 PLC 控制系統(tǒng) 4.2.1 確定輸入/輸出點數(shù)并選擇 PLC 型號 1）輸入信號 定位信號：下，上，右極限，一共有四個限位開關的左側極限，需要四個輸入。 “沒有部分檢測”信號：用于檢測元件，一個終端需要光電開關。 “模式”選擇：手動，單步，連續(xù)單周期和4種類型的工作，如需要失去四個端子。 手動控制：需要下跌，上升，右，左，分期，放松六個按鍵也需要六個輸入。 自動運行沒有開始，正常停車，快停車3還需要三個輸入。此外，一共有18個輸入信號。 2）輸出 PLC控制輸出下降關節(jié)機器人，上，右，左，分期，輕??松在三個電機速度控制，共11個輸出。關節(jié)型機器人開始在家里工作，你應該需要一個原點指標也是一個起點。所以，至少六個輸出。 由于關節(jié)機器人控制部分的開關控制，功能不作特別要求。因此，任何小型PLC型號能滿足要求。根據(jù)I / O點數(shù)和總留下一些能力的需求，可用于FX2N-48RM，每24點的輸入和輸出，繼電器輸出類型。操作參數(shù)FX2N-48RM已經(jīng)在第二章中，而不是在此演示文稿。 4.2.2 分配 PLC 的輸入/輸出端子 PLC 的輸入輸出端子分配接線圖，如圖 4-2 所示。 圖 4-2 輸入/輸出分配接線圖 4.2.3 所需元器件明細表 4.3 PLC 控制系統(tǒng)程序設計 為了便于編程，可以編譯手動和自動程序相對獨立的模塊，與如圖4-3所示的分支指令選擇，過程控制系統(tǒng)框圖。如果您選擇手動模式下，X3的關系，跳過自動程序，執(zhí)行手動過程時自動選擇運行模式斷開X3，自動程序。 （1）是沒有必要的手動操作方案來手動步驟序列，可以設計成普通中繼方案。梯與手，在圖4-4，手動按鈕X20-X25，分別示出的控制下： 圖4-3 總程序結構框圖 圖4-4 手動程序 下，上，右，左，加緊放松每一個動作。為了保證系統(tǒng)的安全性和被提供有一些必要的鏈。 X11的溶液中加入作為在左側鏈和電路的右側運動，這是因為多關節(jié)機器人中，只有上端位置，允許左，右移動。 （2）如圖4-5所示自動程序自動模式。 1）連續(xù)和單周期操作。當在原點的多關節(jié)機器人，在初始狀態(tài)S0，下降動作的程序。當限位開關X10，且設置下一個狀態(tài)S21，然后進行下一個動作。當完成在該操作的執(zhí)行的最后步驟，則留到原點擊中左限位開關X13被接通，如果是單周期操作時，打破了M 0，返回到原來的狀態(tài)，如連續(xù)操作，M0接通，狀態(tài)向S20和在下一周期開始。 在操作中，包括正常停止按鈕后，則X1是上，M0復位，繼續(xù)鉸接式機器人動作用全線路循環(huán)回其原始狀態(tài)。由于緊急停止按鈕時，X2是，所有的復位狀態(tài)S0?S33，關節(jié)機器人停止工作。當你重新啟動時，先用關節(jié)機器人手動回到家自動運行一次。 2）單步操作。當自動運行程序，它使用了步說明，單步運行程序到達了“禁止狀態(tài)轉移”標志M8040，如圖4-6所示。當繼電器線圈被接通時，切割在過渡狀態(tài)下，當線圈電流，使得狀態(tài)轉換。 圖 4-5 自動程序止步 在與啟動按鈕X0為一單步操作信號X4的單步方法被接通。而不是當你按下啟動按鈕，X0斷開，常閉觸點閉合，M8040開啟時，狀態(tài)轉換禁止。 圖4-6 用“禁止狀態(tài)轉移”設計的單步操作梯形圖 在完成步驟操作完成后，按下啟動按鈕，X0,,原來的常閉觸頭將M8040斷開狀態(tài)，下一個步驟。 一些梯子步驟的，在圖4-6中所示被連接到在5-5的上端顯示的自動程序，也是單步，單周期，梯子的全自動操作，包括連續(xù)操作。在這一點上闡述機器人項目組件設計完成。基于手動和自動程序梯形圖梯形圖程序如圖4-3所示的總程序框圖嵌入，你會得到完整的程序梯圖。 總結 總 結 我們的機器人的研究和應用起步較晚，但隨著國內外機器人，社會需求的增加和技術的進步，機器人是一個快速發(fā)展的各種小批量，生產(chǎn)和提高產(chǎn)品質量和生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的需要，是促進發(fā)展的一個直接焊接。由于廉價的機器人，簡單的工作，機器人焊接。問題是在后臺。這個問題就是在這個背景下，這是一個重要的研究課題。本文的主要內容如下： 機器人必須有一個簡單的，簡單的原則，等等。為了這個目的，六度的機器人結構包括旋轉體部分的自由的設計，手臂，手腕。 金陵科技學院學士學位論文 參考文獻 參考文獻 [1] 汪愷. 機械設計標準應用手冊[M]. 機械工業(yè)出版社. 1997.8. 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