2。2 机械手连杆坐标系和连杆参数 9

2。2。1 连杆描述 9

2。2。2 关于连杆连接的描述 9

2。2。3 连杆参数 10

2。2。4 对连杆坐标系的规定 10

2。3 机械手连杆变换和运动学方程 11

2。4 连杆之间的坐标变换 12

2。5 六自由度机械手正运动学分析 13

2。6 六自由度机械手逆运动学分析 14

第三章 硬件设计 17

3。1 硬件设计总体方案 17

3。1。1 设计思路 17

3。1。2 各模块选型及其功能 18

3。2 电机和减速器选型 23

3。2。1 电机的选型 23

3。2。2 减速器的选型 23

3。3 硬件电路原理图 24

3。4 PCB 板的制作流程 24

第四章 软件设计 27

4。1 软件功能 27

4。2 针对本课题所用电机的控制方法 27

4。3 软件实现 28

4。3。1 控制单个步进电机的程序 28

4。3。2 控制多个步进电机协同工作 29

4。3。3 直流电机的控制 30

4。4 基于硬件系统的软件调试 31

总结 33

致谢 34

参 考 文 献 35

第一章 绪论

1。1  选题背景

中国社会的迅速发展，人口老龄化程度愈来愈加剧，劳动力削减，劳动本钱增加， 而且，在工作环境不良的情况下，务必要有替代人工作的机械。为解决这一问题，工 业机器人应运而生。工业机器人一般是指面向工业范畴的关节型机械手或着多个自由 度的机器人。机械手需要完成的工作种类很多。从机械手自由度的角度来说，自由度 越多，那么能实现的动作愈复杂，同时肯定会使机械手的结构愈繁杂，关节也会增加。 按照机械结构的复杂度，可以将关节机器人分为直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系 和开链机器人[1]。设计一个机械手需要完成以下几个部分的设计：机械结构设计、运 动学分析、轨迹规划、控制系统软硬件设计[2]。一种便携式机械臂的研究与开发，每 一部分都应与彼此密切相关，相互配合。时代的进步使得机械臂技术的使用越来越遍 及，已逐步渗透到军事、航天、疗养、日常生活及文娱等各个范畴[3]。本文针对六自 由度机械手控制系统进行开发。

1。2 研究意义

机械手的优点是可以在其寿命结束之前一直做重复的工作并且能够保持恒定的 精度要求、可以在危险的情况下代替人去执行任务等，但它的缺点是是还不如人手那 样灵活。因此它可以应用于很多领域。比如装配零部件、机床加工工件的装卸（尤其 是在自动化车床，组合机床中的使用更普遍）。在机械手的机械结构和控制系统做好 以后，它可按预先制定的作业流程来完成规定的操作过程。发展智能化是机械手的一 个伟大目标。使它具有一定的传感能力，可以把外界条件的变化反馈给控制系统并作 出相应的变更。比如机械手位置产生稍许偏差时，即能改正并且进行自动检测。研究 视觉传感器和触觉传感器是使的机械手实现智能化目标的核心技术。高端工业机械手 的发展趋势是提高机械手精度、提高机械手响应速度、减轻机械手本体的体积和重量。 3M/S 是现代较高端的机械手可以达到的运行速度，定位精度可以满足微米及亚微米 级需要。将机械手、FMS 和 FMC 一体化也是一种发展趋势，如果实现了上面三者的结 合，那么这将取代制造业中的人工操作。同时，随着机械手不断地小型化和微型化， 它的应用范围将更加宽广如机械手在化工、电子、航空技术等领域的应用，此时的机械手不再是在传统的机械范畴。论文网