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五自由度机器人结构设计说明书[带图纸].doc

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五自由度机器人结构设计说明书[带图纸].doc

毕业设计或论文说明书页I摘要随着机器人技术的飞速发展,工业机器人的应用领域正在不断的扩大,对教育培训部门提出了新的要求,为提高机器人教学的水平,我们研制了一套以实验教学为目的的机器人演示系统。本文阐述了机器人的发展历程,国内外的应用现状,及其巨大的优越性,提出具体的机器人设计要求,进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算对演示系统的控制部分的研制,其中包括进电机开环控制光电码盘为反馈元件的,以PWM型功放电路为驱动器的直流电机闭环控制以89C51单片机为核心,实现演示系统的键盘管理和LCD显示,并以单CPU分时控制形式,实现机器人运动的点位控制方式。最后设计制定出利用本演示系统所开设的几个实验的指导书。关键字教学机器人、结构设计、闭环控制、演示实验毕业设计或论文说明书页IIAbstractWiththedevelopmentofrobottechnology,thecontinualexpansionofapplicationofindustrialrobotspresentsnewrequirementsbeforeeducationandtrainingagencies.WehavedevelopedarobotdemonstrationsystemforexperimentsintrainingtoimprovetheteachingeffectofRobotTeaching.Firstly,thispaperdiscussesthedevelopmentcourse,thestudybothindemesticandinexternal,thesignificantadvantagesofrobotandthengivesthesupportingsourceofthestudyandthetechnicalrequirements,Secoundly,thispaperdiscussestheoveralldesignandcalculationoneachdegreeoffreedom,andaboutthestudyonthecontrolpartoftheTrainingRobotsystem,whichincludestheopenloopcontrolofthesteppingmotor,thedigitalclosedloopcontroloftheDCmotorwithanopticalelectricalencoderasfeedbackcellandthePWMpoweramplifierasdriver.ThekeyboardmanagementandtheLCDdisplayisbasedona89C51singalplatecomputer.ItisachievedinpointtopointcontrolbyasingalCPUwithsharetime.Attheend,itpresentsguidancestosomeexperimentsonthedemonstrationsystem.KeywordsTrainingRobot、StructureDesign、ClosedLoopControl、DemonstratingExperiment.毕业设计或论文说明书页III目录摘要...........................................................................................................................1Abstract....................................................................................................................2第1章绪论..........................................................................................................11.1机器人概述.............................................................................................11.1.1机器人的诞生与发展....................................错误未定义书签。1.1.2国内发展状况...............................................................................21.1.3国外机器人发展趋势...................................................................31.2机器人产业对教育、培训的要求及本课题的提出..............................3第2章总体设计方案..........................................................................................52.1总体设计的思路......................................................................................52.2总体方案的确定......................................................................................52.2.1坐标形式的选择...........................................................................62.2.2驱动系统的类型选择...................................................................62.2.3各部位传动机构的确定...............................................................62.2.4外形尺寸和运动范围的确定.......................................................72.2.5控制系统的确定...........................................................................7第3章结构设计及计算......................................................................................93.1手部夹持器的结构设计..........................................................................93.1.1概述...............................................................................................93.1.2手部的结构和手指形状的确定...................................................93.1.3手部驱动力的计算和电机的选择.............................................103.2腕部结构设计........................................................................................133.2.1概述.............................................................................................133.2.2腕部结构设计.............................................................................143.3臂部及机身(底座)的设计计算........................................................183.3.1概述.............................................................................................183.3.2结构设计计算.............................................................................19第4章控制系统设计........................................................................................254.1控制系统方案的确定............................................................................25毕业设计或论文说明书页IV4.1.1控制方案的确定.........................................................................254.1.2驱动方式的确定.........................................................................254.1.3控制系统类型的确定.................................................................254.1.4步进电机控制方式的确定.........................................................264.1.5直流电机控制方式的确定.........................................................264.1.6键盘及显示方式的确定.............................................................264.2演示系统的组成....................................................................................264.3驱动电路的研制....................................................................................294.3.1恒流源型步进电机驱动电路的研制.........................................294.3.2双极型PWM直流力矩电机的驱动电路的研制.....................314.3.3光电码盘的选择和辩向电路的研制,.....................................334.3.4直流电机的闭环控制系统的研制。.........................................364.3.5以单片机为核心的机器人控制系统的研制.............................36第5章技术经济分析........................................................................................46第6章教学机器人演示系统演示实验的设计................................................476.1实验一教学机器人演示系统的组成及结构......................................476.2实验二教学机器人控制系统的演示实验........................................48结论.........................................................................................................................50专题部分旋转电机的分类及其总结............................................................51致谢.........................................................................................................................61参考文献.................................................................................................................62毕业设计或论文说明书共62页1第1章绪论1.1机器人概述1.1.1机器人的诞生和发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。剧情是这样的罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场,让它去充当劳动力,以呆板的方式从事繁重的劳动。后来,罗萨姆公司使机器人具有了感情,在工厂和家务劳动中,机器人成了必不可少的成员。该剧预告了机器人的发展对人类社会的影响。在剧本中,卡佩克把捷克语Robota农奴写成了Robot(机器人)。这也是人类社会首次使用机器人这一概念。自动化技术的发展,特别是计算机的诞生,推动了现代机器人的发展50年代是机器人的萌芽期,其概念是一个空间机构组成的机械臂,一个可重复编程动作的机器。1954年美国戴沃尔发表了通用重复型机器人的专利论文,首次提出工业机器人的概念1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型1959年美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。60年代随着传感技术和工业自动化的发展,工业机器人进入成长期,机器人开始向实用化发展,并被用于焊接和喷涂作业中。70年代随着计算机和人工智能的发展,机器人进入实用化时代。日本虽起步较晚,但结合国情,面向中小企业,采取了一系列鼓励使用机器人的措施,其机器人拥有量很快超过了美国,一举成为机器人王国。80年代,机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及时代,开始在汽车、电子等行业得到大量使用,推动了机器人产业的发展。为满足人们个性化的要求,工业机器人的生产趋于小批量、多品种。90年代初期,工业机器人的生产与需求进入了高潮期1990年世界上新装备机器人81000台,1991年新装备76000台。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各条战线上。随后由于受到日本等国经济危机的影

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