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工业机器人机械手及其控制系统设计.doc
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工业机器人机械手及其控制系统设计.doc
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摘要
工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一,是以微电子技术为主导的多种
新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合性的高新技术。这一技术在工业、农业、
国防、医疗卫生、办公自动化及生活服务等众多领域有着越来越多的应用。工业机器人在
提高产品质量、加快产品更新、提高生产效率、促进制造业的柔性化、增强企业和国家的
竞争力等诸多方面有着举足轻重的地位。而机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机
构,是机器人的关键部件之一;是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并
以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分;是提高生产过程自动化、改善劳动
条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带
有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。
本课题将设计一台四自由度的工业机器人,将会被用作自动送料装置。主要工作部件
及设计重点就是机械手。第一,本人将设计该机器人的底座、大臂、小臂以及执行机构机
械手爪的结构和模型;第二,再设计出适合于该机器人的驱动、传动方式,以期构成其的
结构平台。最后,在此基础上再将其控制系统设计出来,由下面几个步骤组成:数据采集
卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的
设计。其中重点要加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性,最终要实现的目标
包括:关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示
教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
关键词:工业机器人;机械手;驱动;控制
Abstract
Industrial robot technology is one of the important fields in the development
of new technologies in recent years, is a cross, a variety of emerging technology
and mechanical technology integration with microelectronics technology as the
leading into a comprehensive high and new technology. This technology has been
used more and more in the fields of industry, agriculture, national defense,
medical, office automation and service life. Industrial robots play a decisive
role in improving the quality of products, to speed up the update products, improve
production efficiency, promote manufacturing flexibility, strengthen enterprise
and national competitiveness etc. The manipulator is the traditional task
execution mechanism of industrial robot system, is one of the key components of
the robot; is a product of modern control theory and automation of industrial
production practice, and to become an important part of modern mechanical
manufacturing system; it is one of the effective ways to improve the production
process automation, improve working conditions, to improve the product quality
and production efficiency. Especially with a radioactive pollution in high
temperature, high pressure, dust, noise and occasions, more widely applied.
This topic will be the design of industrial robot with a four degree of freedom,
will be used for the automatic feeding device. The main working parts and design
focus is manipulator. First, the base, I will design the robot big arm, small arm
and gripper actuator structure and model; second, redesign drive, drive mode
suitable for the robot, in order to form the structure of platform. Finally, on
the basis of the designed control system, consisting of the following steps: the
design of data acquisition card and servo amplifier selection, feedback system
and the feedback component selection, terminal board circuit design and control
software. The key to strengthen the security of operation reliability and robot
control software, to achieve the ultimate goals include: Joint servo control and
brake problems, real-time monitoring the movement of each joint of robot, robot
teaching programming and online modify the program, set the reference point and
the reference point return.
Key Words:Industrial robot; Manipulator; Drive; Control
目录
1 绪论 .......................................................................1
1.1 工业机器人简介 .........................................................1
1.1.1 发展史 .............................................................1
1.1.2 特点 ...............................................................1
1.1.3 构造分类 ...........................................................2
1.1.4 应用 ...............................................................3
1.2 国内外发展状况 .........................................................4
1.2.1 国外发展 ...........................................................4
1.2.2 国内发展 ...........................................................5
1.3 工业机器人发展趋势 .....................................................5
2 工业机器人试验平台及机械手设计 ............................................6
2.1 机械手设计 .............................................................6
2.1.1 机械手简介 .........................................................6
2.1.2 机械手分类 .........................................................6
2.1.3 具体结构设计 .......................................................7
2.2 工业机器人基座与连杆设计 ...............................................9
2.2.1 基座的设计 .........................................................9
2.2.2 大臂设计 ...........................................................9
2.2.3 小臂设计 ..........................................................10
2.3 工业机器人自由度及关节的设计 ..........................................10
2.4 选择合适的驱动方式 ....................................................11
2.4.1 电机驱动 ..........................................................11
2.4.2 液压驱动 ..........................................................12
2.4.3 气压驱动 ..........................................................12
2.4.4 驱动方式的确定 ....................................................13
2.5 选择合适的传动方式 ....................................................13
2.6 选择合适的制动器 ......................................................14
3 控制系统硬件的组成 ........................................................15
3.1 选择合适的控制系统模式 ................................................15
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