机器人机械臂的设计.ppt

1、竞赛机器人模块化抓取系统设计,指导教师：孔繁征 鄂明成,组员：唐亚洲 李洪刚 张硕 赵旭昌 时靖 石维特,学院：机械与电子控制工程学院,目录,1立项依据 2创新点 3研究内容 4研究路线 4.1机械部分 4.1.1机械手的分类 4.1.2机械手接口 4.2控制部分 4.2.1步进电机的选取 4.2.2电机驱动电路设计 4.2.3主控系统的选择 4.2.4传感器融合 4.2.5传感器信息处理 5项目可行性分析 6经费预算 7项目任务规划 8参考文献,立项依据,机器人竞赛是近年来国际上迅速开展起来的机器人技术对抗活动，纵观近几年的机器人竞赛，机器人比赛任务的最终完成的好坏都取决于抓取机构的设计。对

2、于抓取机构这部分，因每年比赛的主题不同，参赛的机器人在这方面的设计也是年年都在不断的许多重复工作，而且由于学生的设计经验不足导致了每年都会面临许多类似的瓶颈问题。 本课题旨在对机器人竞赛中可能用到的抓取系统进行模块化设计，研究各个抓取机构的性能及参数，为以后竞赛机器人的抓取系统设计做技术参考同时设计出抓取系统与机器人其他模块的接口。,创新点,1.对于竞赛机器人可用的抓取机构进行模块化设计，可缩短整个机器人的设计和制作周期，同时也节约大量的人力、物力和财力。 2.夹持机构的优化创新设计。 3.机械手与机器人本体之间的接口模块化设计。,研究内容,1.研究多种夹持机构，最终完成智能机械手的机械本体制

3、作。 2.研究各个抓取机构的性能及参数，为以后竞赛机器人的抓取系统设计做技术参考。 3.设计出抓取系统与机器人其他模块的接口 4.整合优化不同特点的机械手，进行创新性设计,研究路线（机械部分）,机械手的种类有很多种类型，但是怎样对比赛中可能用到的抓取系统进行模块化设计，还需在种类上进行细分并进行汇总，最后进行创新性研究设计。,钳爪式机械手,1.回转式,这种手爪是目前使用最广泛的一种，当手爪抓紧和松开工件时，做回转运动。当被夹持物体大小变化时，要调整手爪位置才能保持物体位置不变 。,钳爪式机械手,2.移动式,当手爪抓紧和松开工件时，只做平移运动，姿态不变，但夹持空间减小，由于夹持过程的摩擦力过大

4、，产生一定的弹性变形，积聚的弹性变形的能量将是爪松开的时候产生不确定的偏移。,吸盘式机械手,吸盘式机械手适用于有较高位姿精度要求的曲面物件的自动抓取、搬运和精密装配,托持式机械手,对于重量大的工件，可以减少推动手爪的动力。同时可以提高搬运过程的稳定性。,关节式机械手,关节式机械手主要用途是抓一些不同尺寸的工件，可以做成三爪式或其他形状，但结构和控制较复杂,机械手与其他模块的接口,控制部分,1.步进电机 2.主控系统的选择 3.传感器融合 4.传感器信息处理,1.步进电机,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式

5、步进电机（HB）和单相式步进电机等。,电机驱动电路设计,电动机的驱动主要取决于电动机功率和电机固有步距角（它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度）的大小。 具体方案将根据所设计机械手的抓取能力选择合适步进电机。,2.主控系统的选择,传统的51单片机接口较少，主频低，功耗大，编程操作复杂，且不适合构建多CPU体系结构 ARM系列处理器是目前应用很广的32位CPU，在工控、通信、机电、仪表、机器人等很多领域使用，具有强大的处理性能和速度，丰富的接口集成在芯片中，加入嵌入式操作系统后性能更可以充分有效的发挥更大的优势，是主控CPU的优先选择。,3.传感器融合,角位移传感器用于机器人与被

6、抓取物之间角度的定位。 压力传感器用于机械手臂抓取应力大小的检测。 还有可能用到的传感器包括空间定位陀螺仪、巡线红外传感器，限位光电对管及接近开关等。,4.传感器信息处理,如何将各路传感信息的汇总并且分步处理，设计所选用的通信方式和通信协议综合应用现场总线技术 高精度检测与控制技术应用,项目可行性分析,1.已经学习过三维制图软件Solidworks和仿真软件ADAMS，根据往届机器人比赛，从技术理论方面分析方案可以完成。 2.已经完成单片机课程的学习和实验，正在学习步进电机和现场总线等课程，根据理论基础可以通过方案。 3.竞赛机器人的发展需要一种模块化抓取机构，我们应该尽量减少制作成本，从实际应用和经济支出方面分析方案可行,经费预算,文献检索及办公用品费 1000元 实验材料购买及电机购置 6000元 厂机械加工费 2000元 合计 9000元,项目任务规划,参考文献,【1】徐小云，颜国正，闫小雪.油气管道检测机器人.上海交通大学报.2003.11 【2】费仁元，张慧慧，机器人机械设计和分析 【3】何发昌，邵远，多