Labview专业课程设计机器人手臂设计.doc

芜湖职业技术学院

Labview课程设计

题 目 ：机器人手臂设计
设计人 ：
系 ：信息工程系
年 级 ：09计算机应用（4）班
学 号 ：
指导老师：
日 期：-6-15

目录
摘要………………………………………………………………………………….1第一章 课程设计 2
1.1 课程设计题目 2
1.2课程设计要求 2
1.3课题分析 3
1.4设计目标 3
1.5中国外发展及研究现实状况 4
第二章 运动方案设计 6
2.1手臂设计图 6
2.2机器人手臂预期功效要求 6
2.3程序模块设计 6
第三章机器人手臂程序 7
3.1机器人手臂完整图 7
3.2机器人手制作程序 8
3.3机器人手臂旋转程序 8
3.4机器人关节颜色调整程序 9
3.5机器人手臂移动程序 9
3.6机器人各个关节控制程序 2
3.7机器人手张合 2
3.8机器人手臂位置控制 3
3.9机器人关节跳动 3
第四章 机器人手臂功效介绍 4
4.1显示模块 4
4.2 手臂控制模块 4
4.3 颜色选择模块 8
4.4手关节控制按钮 10
4.5整体框图 10
第五章 心得体会 19
第六章 参考网站 20

摘要
虚拟仪器是对传统仪器重大突破，是计算机和仪器相结合产物，含有显著技术优势，代表着仪器发展最新方向和时尚。机器人手臂含有较高作业能力，所以对它控制成为机器人研究领域一个关键方向，含有较强理论意义和实际价值。机器人手
臂在很多领域得到广泛应用。

第一章 课程设计
1.1 课程设计题目：
机器人手臂设计
1.2课程设计要求
手臂应满足下列要求：
A. 自由伸缩；
B.自由360度旋转；
C.相关节，含有一定握力。
（1）界面美观简练，程序应符合工程化思想。
（2）设计文档符合软件文档国家标准。
（3）A4号纸打印，不得少于20页，最大字体不得大于四号字（除标题）。
（4）截止日期6月18日。

1.3课题分析
机器人是近30年发展起来一个经典、机电一体化、独立自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提升生产过程自动化，改善劳动条件，提升产品质量和生产效率有效手段之一，也是新技术革命一个关键内容。
自古以来,大家所设想机器人通常是一个在外形和功效上均能模拟人类智能机器。尤其是在20世纪20年代前后,捷克和美国部分科幻作家创作了一批相关未来机器人和人类共处中可能发生小说之类文学作品,更使机器人在大家思想中成为一个无所不能“超人”。在现实生活中,部分民间工匠依据这些文学描绘,也制造出部分仿人或仿生机器人。然而在当初科技条件下,要使机器人含有某种特殊“智能”而成为“超人”,显然是不可能。美国戴沃尔设想了一个可控制机械手,她首先突破了对机器人传统见解,提出机器人并不一定必需像人,不过必需能做部分人工作。1954年,她依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人试验装置,发表了《适适用于反复作业通用性工业机器人》一文,并取得了美国专利。
戴沃尔将遥控操纵器关节型连杆机构和数控机床伺服轴联结在一起,预定机械手动作一经编程输入后,机械等就能够离开人辅助而独立运行。这种机器人也能够接收示教而完成多种简单任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次经过工作任务各个位置，这些位置序列统计在数字存放器中，任务实施过程中，机器人各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。所以，这种机器人关键技术就是“可编程”和“示教再现”。

1.4设计目标
因为现代科技发展，很多危险工作已逐步由机械手臂所替换，尤其是多年来太空科技发展日新月累，很多外太空探勘工作也总少不了机械手臂帮助。机械手臂优点在于不会如同人通常会有疲惫感，对于指令能确实完成，也不易因为人为疏失而造成伤害，这些优点在不许可一点错误科技发展上含有极重大意义，也是为何机械手臂应用愈发广泛原因。藉由软件帮助，能自由控制手臂动作，是本课程设计关键目标。

1.5中国外发展及研究现实状况
中国外机器人领域发展近几年有以下多个趋势∶
1、工业机器人性能不停提升(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不停下降。
2、 机械结构向模块化、可重构化发展。比如关节模块中伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方法结构机器人整机；国外已经有模块化装配机器人产品问市。
3、工业机器人控制系统向基于PC机开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提升，控制柜日见小巧，且采取模块化结构；大大提升了系统可靠性、易操作性和可维护性。
4、 机器人中传感器作用日益关键，除采取传统位置、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，而遥控机器人则采取视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术来进行环境建模及决议控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已经有成熟应用。
5、虚拟现实技术在机器人中作用已从仿真、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感觉来操纵机器人。
6、现代遥控机器人系统发展特点不是追求全自治系统，而是治理于操作者于机器人人机交互控制，即遥控加局部自主系统组成完整监控遥控操作系统，使智能机器人走出试验室进入实用化阶段。美国发射到火星上“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用最著名实例。
7、机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究热点之一，纷纷探索开拓其实际应用领域。
国际机器人研究在经过了80年代低潮以后,展现出复苏和继续发展形势;中国机器人研究在国家七五’八五及863计划推进下也取得了很大发展。在70年代机器人浪潮相比,现在机器人研究有两个特点:一是对机器人智能定位有了愈加符合实际标准,也就是不要求机器人含有像人类一样高智商,而只是要求机器人在某种程度上含有自主处理问题能力。
中国工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家支持下，经过“七五”“八五”科技攻关，现在已基础掌握了机器人操作机设计制造技术、控制技术硬件和软件设计技术、运动学和轨迹计划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业近30条自动喷漆生产线（站）上取得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂焊装线上。但总来看，中国工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步晚，应用领域窄，生产线系统技术和国外比有差距；在应用规模上，中国已安装国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数万分之四。以上原因关键是没有形成机器人产业，目前中国机器人生产全部是应用户要求，“一用户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。所以迫切需要处理产业化前期关键技术，对产品进行全方面计划，搞好系列化、通用化、模块化设计，主动推进产业化进程。
中国智能机器人和特种机器人在“863”计划支持下，也取得了不少结果，其中最为突出是水下遥控机器人，6000m水下无缆机器人结果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、声觉、触觉等基础技术开发应用上开展了不少工作，有了一定发展基础。不过在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等开发应用方面则刚刚起步，和国外优异水平差距较大，需要在原有成绩基础上，相关键地系统攻关，才能形成系统配套可供实用技术和产品，以期在“十五”后期立于世界优异行列之中。

第二章 运动方案设计
2.1手臂设计图

2.2机器人手臂预期功效要求
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、六个关节轴输入值范围作了一个初略限制，六个轴可输入值得范围以下：
一轴： [-180 180]，即 -180 ≤θ1≤180（度），能够自由伸缩
二轴： [-180 180]，即 -180 ≤θ2≤180 （度）能够自由伸缩
三轴： 能够自由张开或合并
2.3程序模块设计

第三章机器人手臂程序
本章节关键介绍了本案例中包含到程序代码介绍，本章着重介绍了各个子程序编写：
3.1机器人手臂完整图

3.2机器人手制作程序

3.3机器人手臂旋转程序

3.4机器人关节颜色调整程序
3.5机器人手臂移动程序

3.6机器人各个关节控制程序

3.7机器人手张合

3.8机器人手臂位置控制

3.9机器人关节跳动

第四章 机器人手臂功效介绍
本章节介绍了怎样使用本案例机器人。机器人设计使基于LabVIeW设计，所以其正常使用时对前面板操作。本案例前面板共分为以下多个模块:
4.1显示模块

4.2 手臂控制模块
1）控制面板

2）大臂伸缩控制（lengthA）
依据lengthA大小不一样值能够改变大臂长短

(a)手臂缩回

(b)手臂伸开
3）小臂伸缩控制（lengthB）
依据lengthB大小能够改变小臂长短

(a)小臂缩回

（b）小臂伸开
4）手张合（Claw Value）
依据Claw Value大小能够改变手张合

（a）手张开

（b）手闭合
5）大臂旋转（Joint A）
Joint A值大小能够控制大臂旋转

（a）
6）小臂旋转（Joint B）
Joint B值大小能够控制小臂旋转

（a）
7）手旋转（Claw Joint）
Claw Joint值大小能够控制手旋转

（a）
4.3 颜色选择模块
1）颜色控制按钮

2）Joint A颜色控制

（a）

（b）
4.4手关节控制按钮

（a）

（b）4.5整体框图

第五章 心得体会

这次能够顺利完成此课程设计，很感谢老师教导和指点还有同学帮忙，才让我能够在有限时间内完成课程设计。
从这次课程设计使我领悟到了部分做课程设计技巧：
1.课程设计最关键是要有一条清楚设计思绪，在设计前，老师已为我们准备好了参考格式或资料，相当于已经给了设计路，关键就是靠自己深入思索各个步骤怎么设计.对每个步骤全部要做到分析、思索.设计，再去实施，再将全部部分组装在一起，就可完成该设计.
2. 此次课程设计要多练习多思索,弄懂每个试验设计思绪,而且能够设计自己东西,这么你会感到其乐无穷.
3.在以后试验设计当中还应注意培养自己独立思索设计思绪能力,不要怕难.
4.很多事情只有在自己亲手做了以后才会感觉到，其实它并不是你想象中那样难或简单,要善于用心深入思索问题，所学知识要常见。
学完这一门课程，使我知道了一个道理：可能只有用自己所学知识做出一个能够实际运行东西以后才能确实体到自己学习是有价值。 所以很感谢老师这次给我们这课程设计，给了我挑战自己机会，做什么事全部应该大胆尝试，主动心态是填补自信心不足最好路径，面对难题，不能逃避，因为逃避是处理不了任何问题，只有主动面对 ，才能取得良好成绩。

第六章 参考网站
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