毕业设计（论文）-三自由度微型直角坐标机器人的设计.doc

1 设计任务书描述
设计题目
三自由度微型直角坐标机器人的设计
设计要求
设计目的
1了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。   
2初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。 
3通过学习掌握工业机器人的驱动机构、控制技术,并使机器人能独立执行一定的任务。
基本要求
1要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人;
2要求设计机器人的机械机构(示意图),传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。
3要有控制系统硬件设计电路。
、格式、字数的要求
(1) 课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体,一般不应少于3000字。
(2) 学生应撰写的内容为:中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计(论文)撰写规范》执行。应做到文理通顺,内容正确完整,书写工整,装订整齐。
(3) 论文要求打印,打印时按《沈阳工程学院毕业设计(论文)撰写规范》的要求进行打印。
(4) 课程设计论文装订顺序为:封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
2 设计思路
本次设计的题目是三自由度直角坐标机器人,直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴,通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置,其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单,定位精度高,空间轨迹易于求解;但其动作范围相对较小,设备的空间因数较低,实现相同的动作空间要求时,机体本身的体积较大。
首先,介绍了研究背景、要求和设计构思。阐述了控制系统的资源配置、资源需求与分配和核心处理器的寄存器,单片机寄存器资源。相比于其它类型的单片机,51单片机的功能更加强大,功能引脚较多,能够很好地满足智能车控制系统的需要。
其次,设计了三自由度直角坐标机器人控制系统的硬件电路,包括各个模块的电路设计方案以及相关电路。采用的方案以51单片机为核心,包括总体控制系统的设计,各部件需要的供电电源设计,传感器电路设计,速度检测电路的设计等。
然后,进行了软件和算法的设计。根据传感器采集的道路信息,经处理分析之后,控制转角和速度。并通过记忆算法,最后实现直角坐标机器人快速的完成任务要求。
最后,阐述了机器人机械结构调整,主要是调节其重心、前轮、后轮、舵机,使机器人在高速行走时,更加稳定。

3 设计方框图
接近觉传感器
转速传感器
传感器信号调理电路
A/D转换器
计算机
人
机
交
互
系
统
机器人控制器
PID控制算法
距离控制算法
电动马达
4 各部分电路设计及参数计算
直角坐标机器人,它由水平轴(X轴,Y轴),垂直轴Z轴及驱动电机组成。
此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓,下面分别予以介绍:
直线运动轴
也叫直线运动单元,它就是一个独立的运动轴,主要由支撑载体的铝型材或钢型材和被安装在型材内部的直线导轨、运动滑块以及作为带动滑块做高速运动的同步带组成。
运动轴的驱动系统
直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动,同步带带动直线导轨上的滑块运动。当驱动轴的最高转速低于60Or/min时通常选用步进电机,否则选用交流伺服电机。
直角坐标机器人的控制系统
机器人要在一定时间内完成特定的任务,在完成抓取,加速运动,高速运动,减速运动,释放工件等同时,还要与相关的设备通过通讯或I/O口实现一些时序上的协调同步。另外在涂胶应用上,各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数、I/O口数量和软件功能。通常选用数控系统,PLC,工控机加运动控制卡和带轴卡功能及I/O口的驱动电机来做控制系统。
直角坐标机器人的末端操作器—手爪系统
根据其具体应用情况,其手爪系统可能是气动吸盘、气动夹取手爪、电动夹取手爪、电磁吸取手爪、焊枪、胶枪、专用工具和检测仪器等。在很多场合可以一次抓取多个工件。
直角坐标机器人的特点
针对各种不同的应用,实际上可以方便快速组合成不同维数,各种行程和不同带载能力的壁挂式、悬臂式、龙门式或倒挂式等各种形式的直角坐标机器人。从简单的二维机器人到复杂的五维机器人就有上百种结构形式的成功应用案例。从电机到汽车等各行各业的自动化生产线中,更是各式各样的多台直角坐标机器人和其它设备严格同步协调工作。可以说直角坐标机器人几乎能胜任所有的工业自动化任务。下面是其主要特点:
(1)任意组合成各种样式:每根直线运动轴最长是6m,其带载能力从10kg到20Okg。在实际应用中