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1、闽南理工学院毕业设计（论文）题目移动机械手平台系统设计 系 别光电与机电工程系专 业机电一体化专业 班 级学 号姓 名指导教师完成时间2009年5月31日 评定成绩教务处制二00九年五月三十一日摘要从世界上第一台移动机器人在上世纪60年代诞生到现在，移动机器人得到了长足发展，并在机器人研究领域占据重要地位。移动机械手是由机械手固定在移动平台上构成的一类移动机器人系统。其中机械手用来实现如抓取、操作等动作，平台的移动用来扩展机械手的工作空间，使机械手能以更合适的姿态执行任务，同时机械手的加入也极大提高了移动机器人的性能。移动机械手一直都是世界机器人研究的热点。机械手主要由手部和运动机构组成。手部
2、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23个自由度。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。关键词:移动机械手；手部；运动机构；自由度；驱动方式ABSTRACT Si
3、nce the first mobile robot was born in 1960s, the mobile robot as an important branch of the field of robot has been of great interest and developed. The mobile manipulator is composed with the manipulator and the mobile platform. It is a kind of mobile robot system. Then the part of arm is to reali
4、ze some action such like catching, and the mobile platform is to expand the robots operation space. In this way the robot can manipulate in a better position and pose. So the mobile manipulator is always a hot point in robot reach field.The manipulator is mainly composed of the hand and the motion.T
5、he hand is uses for to grasp holds the work piece (or tool) the part, according to is grasped holds the thing shape, the size, the weight, the material and the work request has many kinds of structural styles, like the clamp, the request hold and the adsorption and so on. The motion, causes the hand
6、 to complete each kind of rotation (swinging), the migration or the compound motion realizes the stipulation movement, changes is grasped holds the thing position and the posture. Motions fluctuation, the expansion, revolving and so on independence movement way, is called manipulators degree-of-free
7、dom. In order to capture in the space the optional position and the position object, must have 6 degrees-of-freedom. The degree-of-freedom is the key parameter which the manipulator designs. The degree-of-freedom are more, manipulators flexibility is bigger, the versatility is broader, its structure
8、 is also more complex. Generally the special-purpose manipulator has 23 degrees-of-freedom. the manipulators type, may divide into the hydraulic pressure type, the air operated according to the drive type, electromotive type, the mechanical manipulator。 KEY WORDS: mobile manipulator；the hand；the mot
9、ion；degrees-of-freedom；the hydraulic pressure type目录1绪论111 移动机械手的发展现状1111 移动机器人概况1112 移动机械手技术的发展现状1113 移动机器人的几个研究方向312工业机械手概述32移动机械手的结构组成421 移动机械手的定义422 机械手的工作原理4 23 移动平台53机械手结构的设计631 机械手结构632 机械臂长度的设计6 33 运动控制734 电机与驱动器的选择84基于PLC的机械手控制设计941 气动机械手系统942 四轴联动简易机械手的结构与动作过程943 控制器件选型105系统软件设计1151 软件流程图1
10、152 程序部分11结束语13致谢14参考文献151 绪论11 移动机械手的发展现状111 移动机器人概况 移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院(SRI)的Nilssen和Charles Rosen等人，在1966年至1972年中研造出了取名Shakey的自主移动机器人。目的是研究应用人工智能技术，在复杂环境下机器人系统的自主推理、规划和控制。70年代末，随着计算机的应用和传感器技术的发展，移动机器人研究又出现了新高潮。特别是在80年代中期，设计和制造机器人的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制移动机器人平台，这些移动机器人主要作为大学与研究机构的移动机器人实验平台，从而促进
11、了移动机器人学多种研究方向的发展。90年代以来，以研制高水平的环境信息传感器和信息处理技术，高适应性的移动机器人控制技术，真实环境下的规划技术为标志，开展了移动机器人更高层次的研究。112 移动机械手技术的发展现状 移动机械手涉与到机械、电子、无线通讯、计算机视觉、模式识别与智能控制的许多学科，将为今后进行基于移动机器人技术的各方面研究(如机器人导航、视觉、模糊控制、神经网络等)提供理想的实验载体和平台。 把机械手安装在移动平台上，这种结构使机械手拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，并同时具有移动和操作功能，这使它优于一般的移动机器人和传统机械手;另一方面，移动平台和机械手不但具有不同
12、的动力学特性，而且存在强祸合，有的移动平台还受非完整约束。因此，研究这类系统的控制问题有十分重要的理论价值和实践意义。这种特殊结构的机器人在工业装配、无人恶劣环境中工作(如灭火、外星球探测和各类危险的科学研究)以与室内服务工作(如运送、导游和巡逻)等方面具有研究价值川。美国在2003年发射的两辆火星探测车“勇气”号和“机遇”号分别于2004年1月3日和24日在火星不同区域安全着陆，并完成了90个火星日的科研工作。这两辆先进的探测车又一次向世人展示了移动机器人强大的功能以与所涉与到的高精尖技术,见图1.1。此外，美国出售的专供高校进行研究的机器人移动平台系统都配备了机械手臂，可以在其上开展许多有
13、价值的研究。比较著名的有IRobot公司出品的Magellan Pro系列机器人和ActiveMedia公司的Pioneer系列机器人,见图1.2。我国对移动机械手的研究虽然起步较晚，但也取得了一定的成果。中科院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室开发的CASIA- I型机器人是集多种传感器、视觉、语音识别与会话功能于一体的智能移动机器人，它利用多传感器信息融合技术，使机器人能够理解自己的状态和所处的外部环境信息，并实时的做出自己的运动控制的决策躲避障碍物、寻找最优路径，实现自主移动、定点运动、轨迹跟踪、漫游等基本功能.由XX自动化研究所研制的“灵晰BH，型排爆机器人在XX市公安局特勤支队正式服役.该机器人为三段履带式设计，身上装置行走、机械手、云台三个摄像头，最大行走速度30cm/s，能抓取101kg重物，爬行40度斜坡和楼梯，越过40cm高障碍和5Ocm宽壕沟，自带电源可连续工作4小时。排爆人员可在远距离以无缆操作方式对机器人进行精确操控。这台机器人同时还选装了爆炸物销毁器，在对可疑物爆炸装置确认后，可对爆炸装置进行迅速销毁，如图1.3。图1.1 勇气号火星车图1.2 ActiveMedia公司的Pioneer系列机器人图1.3 灵蜥-B反恐机器人11
