基于labview的机器人手臂设计

成绩评定表

课程设计任务书

目录

1 目的及基本要求................................. 错误!未定义书签。

2 相关分析原理................................... 错误!未定义书签。

2.1 分析原理.......................................................................................... 错误!未定义书签。

2.2 设计步骤 (3)

2.3 程序框图 (4)

3 相关分析设计和仿真 (4)

3.1 机器人手臂设计的实现 (4)

4 结果及性能分析 (9)

4.1 运行结果 (9)

4.2 性能分析 (12)

参考文献 (13)

1 目的及基本要求

熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现相关分析实验设计和仿真。要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

手臂应满足下列要求：

A. 自由伸缩；

B.自由360度旋转；

C.有关节，具有一定的握力。

（1）界面美观简洁，程序应符合工程化思想。

（2）设计文档符合软件文档国标。

2 相关分析原理与方案

2.1 分析原理

在描述物体（如零件、工具或机械手）间关系时，要用到位置矢量、平面和坐标系等，例如用3×1的位置矢量来确定空间内任何一点的位置，即对于直角坐标系{A}，空间内任何一点P的位置可用3×1的阵列矢量表示：AP=[px py pz]T 空间物体B的方位（Orientation）可由某个固接于此物体的坐标系{B}的三个单位主矢量[xB yB zB]相对于参考坐标系A的方向余弦组成的3X3矩阵描述，即：

平移变换，坐标{A}和{B}有相同的方位，但原点不重合，则点P在两个坐标

系中的位置矢量满足下式，变换图如图2：

，

旋转变换，坐标系{A}，{B}有相同的原点但方位不同，则点P的在两个坐标系中的位置矢量有如下关系，

给出任意旋转换，能够由下式求得进行等效旋转θ角的转轴，

即：

机器人手的运动向，接近矢量a：夹持器进入物体的方向；z轴；方向矢量o指尖互相指向 Y轴；法线矢量n：指尖互相指向；x轴夹持器的关节为第六个，即位姿为T6,则：

运动位置和坐标，用柱面坐标表示末端运动位置，则沿x平移r，绕z轴转a，

沿z轴平移z的方程为：

即：

2.2 设计步骤

1、本设计有三个臂，分别从下到上是J1,J2，J3,。再加上三个圆轴。

2、六个关节轴的输入值范围作了一个初略的限制，六个轴可输入值得范围如下：

一轴： [-180 180]，即 -180 ≤θ1≤180（度），可以自由伸缩

二轴： [-180 180]，即 -180 ≤θ2≤180 （度）可以自由伸缩

三轴：可以自由张开或合并

2.3 程序框图

现在的一个机器人系统，一般由机械手、环境、任务、控制器四个相互作用的部分组成，其简化形式为下图1所示：

3 相关分析设计和仿真

3.1 机器人手臂的实现

图 2 为完整框图后面板

图2 完整框图图3为前面板

图3前面板

机器人手制作的程序图4

图4机器人手制作程序图

机器人手臂旋转的程序如图5

图5机器人手臂旋转程序图机器人关节颜色调整的程序如图6

图6机器人关节颜色调整的程序图

机器人手臂移动的程序如图7

图7机器人手臂移动的程序图机器人各个关节的控制程序如图8

图8机器人各个关节的控制程序图

机器人手的张合如图9

图9机器人手的张合图

机器人手臂位置控制图10

图10机器人手臂位置控制图

4 结果及性能分析

4.1 运行结果

1）控制面板图11

图11控制面板图

2）大臂的伸缩控制（lengthA）

根据lengthA的大小不同值可以改变大臂的长短如图12

图12大臂的伸缩

手臂缩回如图13

如图13手臂缩回

3）小臂的伸缩控制（lengthB）

根据lengthB的大小可以改变小臂的长短如图14

图14小臂的缩回

4）手的张合（Claw Value）

根据Claw Value的大小可以改变手的张合如图15

图15手的张开

5）大臂旋转（Joint A）

Joint A的值的大小可以控制大臂的旋转如图16

图16大臂的旋转

6）小臂旋转（Joint B）

Joint B的值的大小可以控制小臂的旋转如图17

图17小臂的旋转

4.2性能分析

本课程设计通过研究两类问题。1.动力学正问题：已知机械手各关节的作用力或力矩，求各关节的位移、速度、加速度、运动轨迹。2.动力学逆问题：已知机械手的运动轨迹，即各关节的位移、速度、加速度，求各关节的驱动力和力矩。简单举例推到动力学方程，达到了利用LabVIEW编程，完成相应的信号分析与处理课题，学习分析有关问题方法的目的。

参考文献

[1] LabVIEW完全自学手册.龙马工作室编著.人民邮电出版社.2005.10

[2] LabVIEW与信号处理技术的应用.王新宇编著.北京邮电出版社.2007.9

[3] 数字信号处理教程.程佩青编著.清华大学出版社.2005.12

[4] LabVIEW入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

[5] LabVIEW高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11

[6] LabVIEW印刷电路板设计教程.肖玲妮编著.清华大学出版社.2003.8