scara工业机器人设计工业机器人课程设计Word格式.doc

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（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）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。

1.2基本要求

（1）要求设计一个微型的三自由度的SCARA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。

1.3发挥部分

自由发挥

2设计过程及论文的基本要求：

2.1设计过程的基本要求

（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；

（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；

（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；

报告的电子档需全班统一存盘上交。

2.2课程设计论文的基本要求

（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸；

项目齐全、不许涂改，不少于3000字；

图纸为A4，所有插图不允许复印。

（2）装订顺序：

封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍等）、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图）。

3时间进度安排

顺序

阶段日期

计划完成内容

备注

讲解主要设计内容，布置任务

点名

搜集相关资料，检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误

打分

检查机械结构设计并指出错误及纠正；

继续机械机构和传动机构设计

进行控制系统设计

检查控制系统原理图设计草图

完善并确定控制系统

指导学生进行驱动机构的选择

进行传感器的选择和软件流程设计

检查任务完成情况

工业机器人技术课程设计成绩评定表

系（部）：

班级：

学生姓名：

指导教师评审意见

评价

内容

具体要求

权重

评分

加权分

调研

论证

能独立查阅文献,收集资料；

能制定课程设计方案和日程安排。

0.1

工作能力

态度

工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，

0.2

工作量

按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。

说明书的质量

说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。

0.5

指导教师评审成绩

（加权分合计乘以12）

分

加权分合计

指导教师签名：

年月日

评阅教师评审意见

查阅

文献

查阅文献有一定广泛性；

有综合归纳资料的能力

工作量饱满，难度适中。

0.3

评阅教师评审成绩

（加权分合计乘以8）

分

评阅教师签名：

课程设计总评成绩

中文摘要

随着人类认知领域的不断扩展和研究层次的不断深入，人类的作业环境也开始向着更为复杂的空间发展，例如核辐射场所、深海、太空、有毒环境或高温高压等。

这些环境的作业条件远远超出了人类所能够承受的极限，因此人们就开始寻找可以代替人来完成作业的物体，最终人们发明了机器人这种拟人化的机器。

机器人是一种智能型的机器，它能够代替人类的部分工作，从处理个别问题的速度和可靠性来看，它在一定程度上已经超过了人。

在国际上关于机器人的定义有好几种，但是这几种不同的定义都有一个共同的属性即：

象人或人的一部分，并模仿人的动作；

且具有智能或感觉与识别能力；

是人制造的机器或机械电子装置。

在研究机器人和制造机器人的领域必须要知道机器人学的三定律：

第一，机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸；

也不得见人受到伤害而袖手旁观。

第二，机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一定律相矛盾；

第三，机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第一或第二定律相矛盾。

所以无论在任何时候，我们都要遵守这三定律。

本次课程设计的题目是SCARA工业机器人设计，SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm）是一种水平关节型机器人，特别适合于在垂直方向进行装配作业。

本次设计通过四个部分来实现机器人的基本功能。

分别是机械结构、驱动部分、传感器部分以及机器人控制部分的设计。

其中，在机器人控制部分我选择C8051F020单片机对机器人的行动进行控制的。

驱动部分，我选择的是直流电动机，因为直流电机控制方便，只用一个简单的H桥电路就能实现电动机的正反转。

传感器部分，避障传感器我选择的是红外传感器，趋光传感器我选择的是光敏电阻。

机器人的行走机构我选择的是四轮式行走机构。

该机器人不仅是一种水平关节型机器人。

总之，我设计的机器人的整体结构包括两个驱动轮，两个转动轮，四个红外传感器，两个光敏电阻，单片机。

红外传感器分别位于机体的前、后、左、右，两个光敏电阻分别位于机体前部的左右两侧。

四个红外传感器，两个光敏电阻的测量电路分别与单片机连接，四个红外传感器用于检测障碍物，光敏电阻用于检测光强，单片机通过根据红外传感器，光敏电阻输入的信号来控制电机，进而控制驱动足。

关键词工业机器人，水平关节型，SCARA（SelectiveComplianceAssemblyRobotArm），

中文摘要 V

1设计任务描述 -1-

1.1设计题目 -1-

1.2设计要求 -1-

1.2.1设计目的 -1-

1.2.2基本要求 -1-

2设计思路 -2-

2.1机械结构的设计 -2-

2.1.1末端操作器的设计 -2-

2.1.2手腕的设计 -2-

2.1.3手臂的设计 -2-

2.1.4基座的设计 -3-

2.1.5制动器的设计 -3-

2.2驱动方式的选择 -3-

2.2.1液压驱动 -3-

2.2.2气压驱动 -3-

2.2.3电动机驱动 -4-

2.3传感器的选择 -4-

2.3.1避障功能传感器的选择 -4-

2.3.2光电编码器 -5-

2.4主控制器的选择 -5-

2.5软件功能的实现 -6-

2.6电机驱动芯片的选择 -6-

3设计方框图 -7-

4机械结构设计 -8-

4.1机械部分 -8-

4.2传动部分 -10-

4.2.1齿轮齿条装置 -10-

4.2.2普通丝杠 -10-

4.2.3滚珠丝杠 -10-

5硬件设计 -11-

5.1单片机模块 -11-

5.1.1电源电路 -11-

5.1.2复位电路 -12-

5.1.3液晶显示（LCD）接口电路 -12-

5.1.4晶振电路 -13-

5.2系统模块 -13-

5.2.1电源电路 -13-

5.2.2复位电路 -14-

5.3测光模块 -14-

5.3.1光敏电阻传感器 -14-

5.3.2光敏电阻的数量和布局 -15-

5.3.3光敏电阻的测量电路 -15-

5.4避障模块 -16-

5.4.1红外传感器 -16-

5.4.2红外传感器的测量电路 -17-

图5.8红外发射电路 -17-

5.5电机驱动模块 -18-

5.5.1LM298简介 -18-

5.5.2H桥原理简述 -18-

5.5.3驱动电路的设计 -19-

6软件设计 -20-

6.1软件流程图 -20-

7工作过程分析 -21-

8元器件清单 -22-

9主要元器件介绍 -23-

9.1光敏电阻CdS -23-

9.2红外传感器 -23-

9.3LM7805 -23-

9.4C8051F020 -23-

9.5LM298 -24-

9.6TLC555 -24-

小结 -25-

致谢 -26-

参考文献 -27-

附录1电路图 -1-

1设计任务描述

1.1设计题目

1.2设计要求

1.2.1设计目的

1.2.2基本要求

2设计思路

2.1机械结构的设计

2.1.1末端操作器的设计

末端操作器

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