六自由度机械手课程设计

六自由度机械手设计

课程名称：机电系统设计

学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：

年级：任课教师：

2012年12月20日

目录

第一章前言..................................................................................... 错误!未定义书签。

1.1 机器人技术概述………………............................................... 错误!未定义书签。

1.2国外机器人技术发展情况………………............................... 错误!未定义书签。

1.3 设计任务 (4)

第二章总体设计 (5)

2.1 整体分析 (5)

2.2 各部分分析 (5)

2.2.1 机械部分 (5)

2.2.2 电气部分 (6)

第三章机械结构设计 (7)

3.1 底部设计 (7)

3.2 臂部设计 (8)

3.3 腕部设计 (8)

3.4 手部设计 (8)

第四章电气结构设计 (9)

4.1 计算机与AT89S52通信 (9)

4.2 AT89S52控制舵机 (10)

第五章程序分析 (12)

六自由度机械手设计

第一章前言

1.1 机器人技术概述

机器人技术是现代机电一体化技术的最高成果，涉及诸多学科，是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。作为应用最为广泛的机器人技术产物，机械手在工业生产中的应用非常普遍。近年来，由于劳动力成本上升等因素，我国许多企业已经开始将部分生产交给工业机器人处理，特别是在条件较为恶劣的环境，工业机器人发挥了稳定、高效、适应能力强的特点。

机器人技术是二十世纪的一项重要明，它的问世和应用在减轻劳动强度，提高生产率，把人从危险、恶劣环境下劳动替换出来等方面显示出极大的优越性；并且在宇宙、海洋开发及军事技术上具有重要的应用价值，对各类相关学科的发展也有很大的促进作用。

1.2 国外机器人技术发展情况

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：

1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操做和维修)，而单机价格不断下降。

2.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统三位一体化，由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品问世。

3.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

4.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。

5.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。

6.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用化阶段。

1.3 设计任务

本次课程设计实验对象为深圳德普施公司制造的六自由度机械手，该机械手采用电机驱动实现了伸缩、旋转、夹物等动作，共有六个自由度，我们主要对六自由度机械手的物理结构，关节安排，运动分析，驱动电路及程序控制进行研究。

第二章总体设计

2.1 整体分析

六自由度机械手由舵机、铝合金支架、单片机、控制板等部分组成，六个舵机分别控制六个转动关节，每个关节设计最大转动角度，以此来控制机械臂的运动范围，机械手应有装夹功能，因此设计一个机械式手钳机构；机械手采用AT89S52微控制器控制舵机的工作，其与80C51 产品指令和引脚完全兼容。用PC机编写好程序后，烧入控制器中，可以实现机械手的旋转、伸缩、装夹等功能。六自由度机械手实物图如下：

2.2 各部分分析

六自由度机械手分为两个部分：机械部分和电气部分。机械部分主要是机械手的结构，关节安排，材料选择等；而电气部分主要是机械手的控制选择，运动分析，程序指令，电路布置。电气部分控制机械部分实现规定的各项运动。

2.2.1 机械部分

机械部分由机身、臂部、腕部和手部四个部分组成，共有6个自由度，每个关节都由一个独立的舵机控制，其中J1能够实现机身360°的旋转，臂部J2和J3用来控制机械手在空间的位置，腕部的J4、J5用来控制手部的的姿态，而J6则用来控制机械手手

部的开合。各个关节中，J1和J5为360°转动关节，其余都为受限关节，只能在一定角度内转动。

六自由度机械手的关节布置简图如下，该机械手臂有6个关节，每一个关节的运动控制都是用舵机来实现的，只有一个自由度。

2.2.2 电气部分

六自由度机械手电气部分由控制器模块，舵机，串行总线，驱动模块和通讯模块组成。首先用keil软件编辑程序，调试正确无误后输出.hex格式文件，再用下载好的progisp下载软件将.hex格式文件烧到控制器上，然后运行程序，控制器产生的控制信号传输到舵机控制芯片，由P8X32A-M44分析信号后，发出6个舵机控制信号，通过YE08芯片将其电压放大，传输进舵机控制口，舵机带动各个关节运动，使机械手按照预定的动作运动。

第三章机械结构设计

机械结构是六自由度机械手的本体，其设计应该遵循灵活、简洁的原则。三维模型简图如下：

3.1 底部设计

六自由度机械手底部做成圆盘状，和臂部相连接，对臂部起支撑作用。底部只做旋转运动，结构虽然简单，但是它能带动机械手臂部做360°旋转，并且圆盘机构比较稳定，承载能力较强，适合于360°运转。

机身设计的要求：①机身要有足够的刚度、强度和稳定性；②运动要灵活，用于实现升级运动的导向套长度不宜过短，以避免发生卡死现象；③驱动方式要适宜；④结