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1、 毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：diamond机器人机电一体化设计 作者所在系部： 机械工程系 作者所在专业： 机械设计制造及其自动化 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 2 指导教师姓名： 月 摘要并联机器人是一类全新的机器人，它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小，动力性能好、控制容易等一系列优点，因而扩大了整个机器人的应用领域。本论文建立了2-DOF并联机器人的物理模型，详尽探讨了机器人的工作空间，给出了可达工作空间的计算方法，并通过对工作空间的位置分析和运动分析，得出了最佳的连杆长度和机构的运动空间的关系。并联机器人由于结构的限制不容易实现灵
2、活工作空间，针对这一特性，文中提出了并联机器人的灵活度和灵活空间等性能指标的概念。最后本文系统的论述了步进电动机的选用和硬件电路的设计，并给出了步进电动机的控制程序。空间模型是实现机器人机构计算机辅助设计的有效途径，因此本论文的研究对设计者设计并联机器人机构和开发这些并联机器人机构的计算机辅助设计软件有着重要的科学意义和明显的应用价值。关键词：物理模型 位置分析 运动分析 步进电动机 硬件电路 并联机器人AbstractParallel robot is a kind of new robot，with stiffness, and load-bearing capacity, and err
3、or and high precision, since the heavy load than the small, dynamic performance, and control a series of advantages such as easy. In this thesis, the physical models of the solution space for some parallel manipulators are planar 2-DOF parallel manipulators. The thesis studies the workspaces of the
4、parallel manipulators in detail . The numerical methods for calculating the workspaces are presented. Through the work space and the location analysis and motion analysis.The concepts of agility and the agile workspace for parallel manipulators are proposed and defined. The physical models of the so
5、lution space propose a useful approach for the computer-aided design of robotic mechanisms, the results and the techniques obtained by this thesis are very useful for the design of the parallel robotic mechanisms and the development of CAD software. Key words: Physical Model Position Analysis Motion
6、 Analysis Stepper motor Hardware circuit Parallel manipulatorII摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 概述11.2 并联机器人的发展历程11.3国内并联机器人的综合研究现状41.4论文选题的意义5机器人的机构性能分析52.1 并联机构的基本概念52.2 机构描述72.3抽象模型72.4运动学分析82.5算例9第三章 仿真分析1031三维仿真1032 C语言仿真103.3.电机控制153.4硬件电路的分析与选择1735结论19致 谢20参考文献21附 录22第一章 绪论1.1 概述很早以来，人类就幻想能有一种拟人的机械，能实
7、现如人的手、脚一样的灵活自由的运动，能代替人从事各种非固定变化的复杂的劳动。随着人类认识的不断深入和科学技术的进步，这种梦想正逐步变成现实。早在我过西周时期就流传有关巧匠偃师献给周穆王一个歌舞机器人的故事。我国东汉时期，张衡发明的指南车是世界上最早的机器人雏形。随着生产力的发展这种梦想最终成为了现实。目前广泛使用的工业机器人的主体大都是一个似人手臂的机电系统，这类机器人属于串联机器人的范畴。如果要移动一个很重的箱子，人们习惯用两个手臂同时工作，这种几个运动链并行工作的概念应用到机器人f1,21上就产生了另一类机器人并联机器人。并联机器人的拓扑结构中包含了一个或几个闭环，它由有一个或几个闭环组成
8、的关节点坐标相互关联的机器人。与传统的串联机器人相比，并联机器人的主要特点为: (1)驱动装置可以安放在或接近机架的位置; (2)机器人的运动部分重量轻、速度高、动态性能好; (3)没有累积误差，其精度较高; (4)并联机器人往往采用对称结构，其各向同性好; (5)并联机器人的工作空间较小; (6)运动学反解简单，正解复杂;1.2 并联机器人的发展历程20世纪60年代，世界上出现了第一台工业机器人以来，机器人得到了十分迅速的发展，被广泛地应用于汽车工业、电子工业、核工业、以及服务行业、医疗卫生等许多方面，在串联机器人方兴未艾时，又出现了新一类并联机器人，现已得到广泛地重视，成为新的研究热点。自
9、1987年Hunt提出并联机器人结构模型以来，并联机器人的研究受到许多学者的关注。美国、日本先后有Roney、Ficher 、Duffy 、Sugimoto等一批学者从事研究，英国、德国、俄罗斯等一些欧洲国家也在研究。国内燕山大学的黄真教授自1982年以来在美国参加了此项内容的研究，并于1983年取得了突破性进展。迄今为止，并联机构的样机各种各样，包括平面的、空间不同自由度的、不同布置方式的、以及超多自由度并串联机构。飞行模拟器:把并联机器人机构应用为飞行模拟器，是并联机器人较早的应用。在并联机器人领域，Stewart-Gough 平台机构”几乎就是“飞行模拟器”的代名词。国际上有很多公司研制
10、并联机构的飞行模拟器，如Frasca国际公司研制的MBB B0105型综合飞行训练装置，就是采用并联机构作为运动实现主体。德国跨国公司Daimler-Benz公司制造的Daimler-Benz超大型6-6六自由度Stewart型多媒体全真动态驾驶模拟器，在多媒体全真驾驶模拟器方面主导了世界领先水平的潮流。虚拟轴数控并联机床:虚拟轴六自由度数控机床是并联机器人在制造业中的一个重要应用。与传统的数控机床相比，并联式加工中心结构简单，传动链短，刚度大，质量轻，切削效率高，成本低，特别是很容易实现六轴联动，因而能加工复杂的三维曲面。Giddlings&Lewis公司在1994年美国芝加哥IMTS 94
11、博览会上推出的VARIAX虚拟轴机床，引起广泛的关注，被称为“21世纪的机床”，它在国内外已经成为研究热点。德国Mikromat公司的6X型并联机床是德国Fraunhofer机床和成形技术研究所为模具高速加工而开发的，该机床工作台尺寸为630 x 630mm, X, Y, Z行程均为630 mm，两个转动自由度范围为300，主轴最高速度为lOm/s2。瑞士技术院机床与制造技术院和机器人院联手研制出了名为工WF的Hexaglide虚拟轴机床。国内外还有很多公司和院校在研究虚拟轴数控机床，如日本的本田公司基于铣削加工线的六条腿机床，Hexel公司、英国的Geodetic公司、意大利的COMAU机床
12、公司和瑞典的NEOS机器人公司以及国内的清华大学、天津大学、哈尔宾工业大学和沈阳自动化所、东北大学等等。虚拟轴数控机床的可能应用前景还有:以蚂蚁啃骨头方式对大型构件进行加土或最后精整，灵活布置进行测量或装配和对实体模型进行数据采集或精修等等。微动机器人:在精密机械领域，如精密加工、医学和微电子机械等等，对多自由度精微运动的要求越来越多，这促使了机器人另一个新的应用领域微动机器人的发展。微型组织、微型机械、微电子和微型光学领域促进了微系统、集成光学元件的发展，这些微小的高科技产品要求机器人能够以很高的精度(如典型的0.1 fore)来操作并且装配微小元件。同时这些微动机器人机构必须是高精度机构，
13、不仅要无摩擦和无滞后作用，而且需要结构紧凑、重量轻、刚度好。1962年，Ellis就建议采用并联而不是串联的压电陶瓷驱动微动机器人，之后，为了适应不同的应用领域，如生物工程学和微外科等，许多并联结构的微动机器人样机相继诞生。Stoughton介绍了由两个并联结构组成的微型机器人，每个并联机构由6个压电式元件组成;Hudgens和Tesar提出了一种并联的Stewart平台微型机器人;Lee采用一个移动和两个转动的并联机构来作为微动机器人的机构;哈尔滨工业大学用六自由度的并联机构研制成了压电陶瓷驱动六自由度并联微动机器人;燕山大学研制了并联式六自由度误差补偿器;北航提出了一种由一个平面3-RRR
14、和一个空间并联3-RPS机构串联而成的微动操作的机器人和Delta型微动机器人。瑞士EPFL研制了并联六自由度微动机器人，该微动机器人由2自由度或多自由度的球面微电机通过压电式微传送器驱动，用于在集成光纤底片上定位一单模光纤。图1-4 燕山大学高峰教授研制的卧式并联机床（在机构构型上具有我国自主的知识产权，清华、天大及哈工大的机床都是采用国外已有的构型） 六维力和力矩传感器:由于智能化机器人的“触觉”和“力觉”可以借助于力传感器来实现，因此自七十年代以来，机器人关节(主要是腕关节)用的六维力与力矩传感器成为国内外学者研究的热点。在六维力传感器研究中，力敏感元件的结构设计是力传感器的关键核心问题
15、，因为力敏感元件的结构决定力传感器的性能优劣。国内外有许多学者把并联机构的思想引用到六维力传感器的力敏感元件结构设计上来，如Kerr, Nguyen和Ferraresi以及国内北大的陈滨、华中理工大学熊有伦ts,t6分别研究了Stewart平台结构六维力传感器的设计。燕山大学首次提出用弹性铰链来替代球面副，使Stewart平台机构可设计成小尺寸，从而可使Stewart平台机构适用于机器人手腕和手指上的六维力传感器该设计思想实现了力传感器力敏感元件的一体化，即力敏感元件是非组装结构，从而提高了力传感器的灵敏度和精度。 步行器的腿:在实际应用中，很多场合并不是需要实现六个自由度刚体的运动，如爬壁机器人的步行执行机构，仅仅需要两个或三个自由度。由于少自由度的并联机器人机构高刚度和动态性能好等特性，可以被用做步行器或爬壁机器人的
