Labview课程设计机器人手臂设计.doc

Labview课程设计机器人手臂设计

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2020年4月19日
文档仅供参考
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 课程设计的题目 2
1.2课程设计要求 2
1.3课题分析 3
1.4设计目的 3
1.5国内外发展及研究现状 4
第二章 运动方案设计 6
2.1手臂设计图 6
2.2机器人手臂预期的功能要求 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机器人手制作的程序 8
3.3机器人手臂旋转的程序 8
3.4机器人关节颜色调整的程序 9
3.5机器人手臂移动的程序 9
3.6机器人各个关节的控制程序 2
3.7机器人手的张合 2
3.8机器人手臂位置控制 3
3.9机器人关节的跳动 3
第四章 机器人手臂功能介绍 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的重大突破，是计算机与仪器相结合的产物，具有明显的技术优势，代表着仪器发展的最新方向和潮流。机器人手臂具有较高的作业能力，因此对它的控制成为机器人研究领域的一个重要方向，具有较强的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 课程设计的题目：
机器人手臂的设计
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.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。
（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年发展起来的一种典型的、机电一体化的、独立的自动化生产工具。在制造工业中，应用工业机器人技术是提高生产过程自动化，改进劳动条件，提高产品质量和生产效率的有效手段之一，也是新技术革命的一个重要内容。
自古以来,人们所设想的机器人一般是一种在外形和功能上均能模拟人类智能的机器。特别是在20世纪20年代前后,捷克和美国的一些科幻作家创作了一批关于未来机器人与人类共处中可能发生的故事之类的文学作品,更使机器人在人们的思想中成为一种无所不能的“超人”。在现实生活中,一些民间工匠根据这些文学描绘,也制造出一些仿人或仿生的机器人。然而在当时的科技条件下,要使机器人具有某种特殊的“智能”而成为“超人”,显然是不可能的。美国的戴沃尔设想了一种可控制的机械手,她首先突破了对机器人的传统观点,提出机器人并不一定必须像人,可是必须能做一些人的工作。1954年,她依据这一想法设计制作了世界上第一台机器人实验装置,发表了《适用于重复作业的通用性工业机器人》一文,并获得了美国专利。
戴沃尔将遥控操纵器的关节型连杆机构与数控机床的伺服轴联结在一起,预定的机械手动作一经编程输入后,机械等就能够离开人的辅助而独立运行。这种机器人也能够接受示教而完成各种简单任务。示教过程中操作者用手带动机械手依次经过工作任务的各个位置，这些位置序列记录在数字存储器中，任务的执行过程中，机器人的各个关节在伺服驱动下再现出那些位置序列。因此，这种机器人的主要技术就是“可编程”以及“示教再现”。

1.4设计目的
由于现代科技的发展，许多危险的工作已渐渐由机械手臂所取代，特别是近年来太空科技的发展日新月累，许多外太空的探勘工作也总少不了机械手臂的帮助。机械手臂的优点在于不会如同人一般会有疲劳感，对于指令能确实完成，也不易因为人为疏失而造成伤害，这些优点在不容许一点错误的科技发展上具有极重大的意义，也是为何机械手臂的应用愈发广泛的原因。藉由软件的帮助，能自由控制手臂的动作，是本课程设计的主要目的。

1.5国内外发展及研究现状
国内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、便于操作和维修)，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市。
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，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。
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，而是治理于操作者于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实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。
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的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。
国际机器人研究在经过了80年代的低潮之后,呈现出复苏和继续发展的形势;中国的机器人研究在国家七五’八五及863计划的推动下也取得了很大的发展。在70年代的机器人浪潮相比,现在的机器人研究有两个特点:一是对机器人智能的定位有了更加符合实际的标准,也就是不要求机器人具有像人类一样的高智商,而只是要求机器人在某种程度上具有自主处理问题的能力。
中国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，经过“七五”“八五”科技攻关，当前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制技术硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，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的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，中国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，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，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，中国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前中国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，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。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程。
中国的智能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果，其中最为突出的是水下遥控机器人，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先水平，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、触觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。可是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、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。

第二章 运动方案设计
2.1手臂设计图

2.2机器人手臂预期的功能要求
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），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
本章节主要介绍了本案例中涉及到的程序代码的介绍，本章着重介绍了各个子程序的编写：
3.1机器人手臂完整图

3.2机器人手制作的程序

3.3机器人手臂旋转的程序

3.4机器人关节颜色调整的程序
3.5机器人手臂移动的程序

3.6机器人各个关节的控制程序

3.7机器人手的张合

3.8机器人手臂位置控制

3.9机器人关节的跳动

第四章 机器人手臂功能介绍
本章节介绍了如何使用本案例的机器人。机器人的设计使基于LabVIeW设计，因此其正常的使用时对前面板的操作。本案例的前面板共分为以下几个模块:
4.1显示模块

4.2 手臂控制模块
1）控制面板

2）大臂的伸缩控制（lengthA）
根据lengthA的大小不同值能够改变大臂的长短

(a)手臂缩回

(b)手臂伸开
3）小臂的伸缩控制（lengthB）
根据lengthB的大小能够改变小臂的长短

(a)小臂的缩回

（b）小臂伸开
4）手的张合（Claw Value）
根据Claw Value的大小能够改变手的张合

（a）手的张开

（b）手的闭合
5）大臂旋转（Joint A）
Joint A的值的大小能够控制大臂的旋转

（a）
6）小臂旋转（Joint B）
Joint B的值的大小能够控制小臂的旋转

（a）
7）手的旋转（Claw Joint）
Claw Joint的值的大小能够控制手的旋转

（a）
4.3 颜色选择模块
1）颜色控制按钮

2）Joint A的颜色控制

（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

这次能够顺利的完成此课程设计，非常感谢老师的教导和指点还有同学的帮忙，才让我能够在有限的时间内完成课程设计。
从这次的课程设计使我领悟到了一些做课程设计的技巧：
1.课程设计最重要的是要有一条清晰设计思路，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的思考各个步骤怎么设计的.对每个步骤都要做到分析、思考.设计，再去执行，再将所有的部分组装在一起，就可完成该设计.
2. 此次课程设计要多练习多思考,弄懂每个实验的设计思路,而且能够设计自己的东西,这样你会感到其乐无穷.
3.在以后的实验设计当中还应注意培养自己独立思考设计思路的能力,不要怕难.
4.许多事情只有在自己亲手做了之后才会感觉到，其实它并不是你想象中的那样难或简单,要善于专心深入的思考问题，所学知识要常见。
学完这一门课程，使我懂得了一个道理：可能只有用自己所学的知识做出一个能够实际运行的东西之后才能确实体到自己的学习是有价值的。 因此非常感谢老师这次给我们这课程设计，给了我挑战自己的机会，做什么事都应该大胆的尝试，积极的心态是弥补自信心不足的最佳途径，面对难题，不能逃避，因为逃避是解决不了任何问题，只有积极面对 ，才能取得良好的成绩。

第六章 参考网站
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