主从机械手毕业设计论文(编辑修改稿)

主从机械手毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

人主要由类似人的手和臂组 成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手配件主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。 运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移 主从机械手 4 动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。 为了抓取空间中任意位置和 方位的物体，需有 6 个自由度。 自由度是机 械手设计的关 键参数。 自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。 一般专用机械手有 2～ 3 个自由度。 控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。 同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。 控制系统的核心通常是由单片机或 dsp 等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。 机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手。 在不同领域中使用的机械手也不尽相同 ,如注塑机机械手配件就有 :吸盘系列、抱具系列、夹具系列等等不同的种类。 机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。 有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。 机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。 机械手 的发展趋势 目前国内机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产 发展的需要。 所以，在国内 主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。 同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。 此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。 目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊 、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。 国外机械数的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。 使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。 如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。 目前已经取得一定成绩。 主从机械手 5 世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。 定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到 3M/S，量产产品达到 6 轴，负载 2KG的产品系统总重已突破 100KG。 更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根 本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。 主从机械手 6 第 2章 主从机械手的 硬件 配置 MultiFLEX控制器 MultiFLEX 介绍 MultiFLEX2AVR 控制器是一款小型机器人通用控制器。 控制器采用 AVR 系列ATmega128 单片机作为主处理器。 ATmega128 能够运行在 16MHz 的频率下，对于轻量级的自动控制系统而言有足够的数据处理能力。 MultiFLEX2AVR 控制器可以处理IO、 AD 和总线数据，控制 R/C 舵机、数字舵机，是构建小型机器人的最佳选择。 MultiFLEX 的特点  高运算能力、低 耗、体积小。 520MHz、 32 位的高性能嵌入式处理器和 Linux 操作系统 ，运算处理能力强大，而功耗不到 2W ；体积小巧。  控制接口丰富。 可以控制 R\C 舵机、机器人总线舵机，直流电机伺服驱动 等。  数据接口丰富。 12 路双向 IO 接口， 8 路 10 位精度的 AD 接口 ； RS422 总线、以太网接口、USB 接口。  多种开发环境。 配套 NorthSTAR 图形化集成开发环境 ，纯代码开发环境；  接口开放彻底。 MultiFLEX2AVR 开放所有底层函数接口 ，用户就可以直接 用这些函数编写程序。 如图 21 为 MultiFLEX 的模块。 主从机械手 7 图 21MultiFLEX 的模块 MultiFLEX 功能概述 控制器功能高度集成，具有 12 路 IO、 8 路 10 位精度的 AD 接口，能够控制 R/C 舵机、机器人舵机，具有 RS232 接口和 RS422 总线接口，足以胜任常规机器人控制； 控制器开发简单，使用配套的图形化集成开发环境 NorthStar，您只需编写程序逻辑流程图，程序就能够自动生成 C 代码，编译后下载到控制器后就可实现控制器的各种控制功能。 此外，控制器也支持 AVRStudio， Eclipse 等 IDE 开发环境。 我们为 控制器编写了功能完善的服务程序模板，并将所有功能函数做了封装，提供方便调用的 API 接口，如果您熟悉 C 语言，就可以直接调用这些函数接口编写程序，不用费心编写调试单片机底层程序，将注意力放在机器人上层控制算法上。 CDS5500 机器人舵机 CDS5500 的 功能概述 大扭矩： 10Kgf• cm 的持续转动输出扭矩，大于 20Kgf• cm 位置保持扭矩位置伺服控制模式下转动范围 0300176。 高转速：最高 176。 输出转速在速度控制模式下可连续旋转，调速 DC ～ 宽电压范围供电总线连接，理论可串联 254 个单 176。 位置分辨率高达 1M 通讯波特率双端输出轴，适合安装在机器人关节 主从机械手 8 的伺服更新率高精度全金属齿轮组，双滚珠轴承兼容 Robotis Dynamixel 通讯协议连接处 O 型环密封，防 尘防溅水具备位置、温度、电压、速度反馈 ，如图 22 舵机的外形。 图 22 舵机 CDS5500 的特点  控制精度高。 位置伺服控制分辨率可达 度。  响应速度快。 响应时间可达 2ms， 而传统航模舵机为 20ms。  通过串行总线控制，可最多连接数百个单元；每个单元均具有位置、速度、力矩等反馈，用 CDS 系列舵机搭建的机器人可以用人工示教来设定动作；即用户用手调整机器人的各个关节姿态，机器人舵机能够自动记录位置、速 度等参数，并由用户播放。 不再需要一个关节一个关节地设置参数，不再需要设置参数后再观察关节是否到位、参数是否合适。  能整周旋转，适合用在机器人关节上，也可作为轮式机器人的动力驱动。  具有强大的保护功能。 可以 限制电流、温度等参数，如果温度过高等可以报警 自动停机，防止损坏。 UPDebugger 多功能调试器 CDS55xx的参数设置和调试需要使用 UPDebugger 多功能调试器来完成。 调试时，将使用 UPDebugger 多功能调试器的 Servo 模式。 通过模式选择按钮可以让调试器的工作模式在 RS23 AVRISP、 SERVO 之间相互切换。 调试 CDS55xx 时，需要通过模式选择按钮将功能切换到 SERVO 模式。 具体功能及接口定义如图 23所示： 主从机械手 9 如图 23 多功能调试器接口 定义图 主从机械手 10 第 3章 主从机械手的软件 介绍 NorthSTAR软件 NorthSTAR 包括以下三个部分的功能  用图形化、可视化的方式给机器人编程，同步生成 C 语言代码，在后台编译、并下载到机器人控制器上执行；  集成 3D仿 真。 可进行动作仿真、步态及路径规划等。 仿真数据输入图形编程环 境；  集成 实时、可视化数据采集与显示。 类似虚拟示波器的功能，能在机器人运行的时候实时监控机器人各部分的数据，并用波形的方式显示在 PC机上 NorthSTAR 的 工程 界面如图 31 图 31NorthSTAR 的工程界 面 主从机械手 11 舵机调试软件 RobotSevo_Terminal ，是舵机专用调试软件。 调 试 CDS55xx 数字舵机时，首先建立正确的电气连接，然后在 PC 上运行 RobotSevoTerminal。 注意将 UPDebugger 多功能调试器切换到 Servo 模式。 下图为舵机的电气连接。 32 舵机电气连接图 主从机械手 12 第 4章 主从机械手的 搭建 舵机 组装 下图为 舵机的组装 图 41 舵机组装 机械 臂拼接 下图为 机械臂的拼接 图。