毕业设计工业机器人机械手说明书.doc

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吉林大学珠海学院本科毕业论文

毕业设计

工业机器人机械手及其控制系统设计

Designofindustrialrobotmanipulatoranditscontrolsystem

系　　　　　　别：

机械与汽车工程系

专业名称：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

郭仕杰

学　　　　　　号：

06101315

指导教师姓名、职称：

贺秋伟副教授

完成日期2014年4月30日

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吉林大学珠海学院毕业设计任务书

姓名

郭仕杰

学号

06101315

班级

1013班

系别

机械与汽车工程系

专业

机械设计制造及其自动化

毕业论文（设计）题目

工业机器人机械手及其控制系统设计

指导教师

贺秋伟

所在单位

吉林大学珠海学院

任务：

研究内容：

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。

研究方法、手段及步骤：

1、研究机械手的机械结构，并绘制机械零件图和装配图

2、机械手驱动、传动方式的选择

3、控制系统模式的选择

4、研究所选控制系统的构成及搭建

5、控制系统软件的选择及操作

6、误差与性能提升分析

时间安排：

下发任务书时间2013年11月中旬至2013年12月31日

开题报告上交时间2014年1月15日（须经指导教师审核通过）

外文翻译上交时间2014年1月15日

毕业论文中期检查时间2014年3月15日

毕业论文、图纸完成时间2014年4月30日

答辩时间2014年5月初

参考资料：

1、工业机器人技术西安电子科技大学出版社

2、机电传动控制华中科技大学出版社

3、工业机器人图册机械工业出版社

4、机电一体化实用手册科学出版社

5、控制电气及应用清华大学出版社

6、C语言程序设计教程华南理工大学出版社

7、机械制造装备设计机械工业出版社

8、电工与电子技术高等教育出版社

9、机电一体化技术西安电子科技大学出版社

10、机械技术基础机械工业出版社

11、大学C++程序设计教程高等教育出版社

12、大学VisualC++程序设计案例教程高等教育出版社

13、IndustrialrobottechnologyOxfordPress

14、Craig,JohnJ.Introductiontorobotics

15、BasilioBonaandAldoCuratella.IdentificationofIndustrialRobotParametersforAdvancedModel-BasedControllersDesignProceedingsofthe2005IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation.Barcelona,Spain,April2005

16、IntroductiontoRoboticsMechanicsandControl-ThirdEdition-JohnJ.Craig

系专家组审核意见：

吉林大学珠海学院机械与汽车工程系

2014年01月01日

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

Industrialrobottechnologyisoneoftheimportantfieldsinthedevelopmentofnewtechnologiesinrecentyears,isacross,avarietyofemergingtechnologyandmechanicaltechnologyintegrationwithmicroelectronicstechnologyastheleadingintoacomprehensivehighandnewtechnology.Thistechnologyhasbeenusedmoreandmoreinthefieldsofindustry,agriculture,nationaldefense,medical,officeautomationandservicelife.Industrialrobotsplayadecisiveroleinimprovingthequalityofproducts,tospeeduptheupdateproducts,improveproductionefficiency,promotemanufacturingflexibility,strengthenenterpriseandnationalcompetitivenessetc.Themanipulatoristhetraditionaltaskexecutionmechanismofindustrialrobotsystem,isoneofthekeycomponentsoftherobot;isaproductofmoderncontroltheoryandautomationofindustrialproductionpractice,andtobecomeanimportantpartofmodernmechanicalmanufacturingsystem;itisoneoftheeffectivewaystoimprovetheproductionprocessautomation,improveworkingconditions,toimprovetheproductqualityandproductionefficiency.Especiallywitharadioactivepollutioninhightemperature,highpressure,dust,noiseandoccasions,morewidelyapplied.

Thistopicwillbethedesignofindustrialrobotwithafourdegreeoffreedom,willbeusedfortheautomaticfeedingdevice.Themainworkingpartsanddesignfocusismanipulator.First,thebase,Iwilldesigntherobotbigarm,smallarmandgripperactuatorstructureandmodel;second,redesigndrive,drivemodesuitablefortherobot,inordertoformthestructureofplatform.Finally,onthebasisofthedesignedcontrolsystem,consistingofthefollowingsteps:

thedesignofdataacquisitioncardandservoamplifierselection,feedbacksystemandthefeedbackcomponentselection,terminalboardcircuitdesignandcontrolsoftware.Thekeytostrengthenthesecurityofoperationreliabilityandrobotcontrolsoftware,toachievetheultimategoalsinclude:

Jointservocontrolandbrakeproblems,real-timemonitoringthemovementofeachjointofrobot,robotteachingprogrammingandonlinemodifytheprogram,setthereferencepointandthereferencepointreturn.

KeyWords：

Industrialrobot;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