毕业设计说明书-机器人手臂的开发与使用

毕业设计说明书

设计题目：机器人手臂的开发与使用

摘要

本设计以市场上某款6自由度机械手为对象，对其安装连接、几何结构、电路控制、上位机软件进行了详细介绍。并根据上位机指令控制机械手原理，制定了手工编写指令的标准。最终在此标准的基础上，设计开发了由自动编程软件输出程序、仿真软件检验程序、机械手执行程序的体系，从而达到机械手离线编程的目的。

关键词

机械手；安装连接；几何结构；电路控制；自动编程；仿真

Abstract

The design bases on a section of 6-DOF manipulator in the market for the object, and conducts a more detailed introduction about Installation and connection，manipulator geometry, circuit theory, host computer software. The design develops a standard about hand-written instructions, based on principles of host computer software.Ultimately based on this standard, the design achieves their goals of off-line programming by the automatic programming software output instruction, emulation software testing, manipulator implementation.

Key words

Manipulator； Installation and connections； Geometric structure； The circuit structure； Host computer software；Automatic programming； Simulation

目录

摘要、关键词 ........................................................... I Abstract、Key words ................................................... II 目录 ................................................................. III

1. 引言 (1)

2. 机械手简介 (1)

2.1 机械手在国民生产生活中的意义 (1)

2.2 实物机械手简介 (2)

3. 机械手连接指南 (3)

3.1 接线连接 (3)

3.2 软件调试 (6)

4. 机械手几何部件 (7)

4.1 爪 (8)

4.2 臂 (9)

4.3 底座 (9)

5. 机械手电控部件 (10)

5.1电控实物解析图： (10)

5.2 电路原理图 (11)

5.2.1 电源模块 (12)

5.2.2 JSP下载模块 (13)

5.2.3 串口模块 (14)

5.2.4 MCU模块 (15)

5.2.5 舵机信号输出模块 (17)

6. 上位机软件 (18)

6.1 端口的连接和设置 (19)

6.2 通道的控制 (20)

6.2.1 舵机控制 (20)

6.2.2 上位机控制原理 (20)

6.2.3 实际操作 (20)

6.3 操作选项 (21)

6.4 指令库 (21)

6.5 速度调节和间隔时间调节 (21)

6.6 手输指令 (22)

6.6.1 机械手上位机程序（指令）编写规则 (22)

6.6.2 手输指令栏的运用 (22)

7. 机械手手工编程的开发和使用 (23)

7.1 单步即时动作 (23)

7.2 编程连续动作 (24)

7.2.1 确定机械手舵机与上位机数值关系 (24)

7.2.2 测量机械手尺寸 (29)

7.2.3 举例验证 (30)

7.2.4 时间、转动量、转速关系 (33)

7.2.5 机械手多轴联动优化编程 (34)

7.2.6 模块化编程 (36)

8. 三位一体离线编程平台 (37)

8.1 自动编程软件 (37)

8.1.1软件界面介绍 (38)

8.1.2 软件核心计算程序 (40)

8.2 仿真模块 (41)

8.3 机械手执行 (44)

辞 (45)

参考文献 (46)

1. 引言

本设计是在原有机械手臂配置的基础上，为其更深一步的开发与使用而进行的作业，也是为满足机械手臂使用者，机械手臂维护者的需要而进行编制。本设计的容将涉及包括：机械结构、电路控制、visual basic编程、三维仿真等容，最终达到不改变硬件、软件条件下，通过制定规标准，完成离线编程功能开发的目的。

2. 机械手简介

机械手出现在20世纪中期，以其运动的重复性及准确性得到极大的发展，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的主要标准。通常机械手臂有机械系统，控制系统组成。其控制方式种类较多，早期以机械部件实现，近几十年微机技术成为控制的主要形式[1]。

2.1 机械手在国民生产生活中的意义

工业生产：机械手的出现加快了机械工业进入自动化，省人化，高效化的领域。

随着工业发展的进行，在国民生产劳动密集性行业中，劳动量与劳动价值比例需要进行改革。减少成本是现代企业增加竞争力的有力手段，以日本为例，在第二次世界大战后，日本劳动力对于经济的高速发展出现严重不足的困难。为此，日本在1967年从美国引入机器人及其技术，并在其后短短十几年的时间中机械人在各个领域中广泛被使用。机械人的特性使生产成本大为降低，成功的令日本物美价廉的产品以绝对优势进入美国市场，迫使美、英、法等国不得不采取措施，奋起直追[2]。

居民生活：逼真的人形机器人为居民生活提供帮助[3]。

随着第一款人造假肢的问世，机械肢便被赋予崭新的意义。据调查目前，国际社会公认的全球残疾人比例约为全球总人口的10%，平均每十个人就有一个人是残疾人，机械肢可以协助部分残疾人恢复自理能力[4]。

医疗器械的机器人化也在不断的加深。手术简单化，创口小型化可以大大提