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1、毕业设计(或论文)说明书页摘要随着机器人技术的飞速发展，工业机器人的应用领域正在不断的扩大，对教育培训部门提出了新的要求，为提高机器人教学的水平，我们研制了一套以实验教学为目的的机器人演示系统。本文阐述了机器人的发展历程，国内外的应用现状，及其巨大的优越性，提出具体的机器人设计要求，进行了本演示系统的总体方案设计和各自由度具体结构设计、计算；对演示系统的控制部分的研制，其中包括：进电机开环控制；光电码盘为反馈元件的，以PWM型功放电路为驱动器的直流电机闭环控制；以89C51单片机为核心，实现演示系统的键盘管理和LCD显示，并以单CPU分时控制形式，实现机器人运动的点位控制方式。最后设计制定出利
2、用本演示系统所开设的几个实验的指导书。关键字：教学机器人、结构设计、闭环控制、演示实验Abstract With the development of robot technology, the continual expansion of application of industrial robots presents newrequire-ments before education and training agencies.We have developed a robot demonstration system for experiments in training to imp
3、rove the teaching effect of “Robot Teaching”. Firstly, this paper discusses the development course ,the study both in demestic and in external, the significant advantages of robot and then gives the supporting source of the study and the technical requirements, Secoundly,this paper discusses the ove
4、rall design and calculation on each degree of freedom ，and about the study on the control part of the Training Robot system,which includes the open-loop control of the stepping motor ,the digital closed-loop control of the DC motor with an optical-electrical encoder as feedback cell and the PWM powe
5、r amplifier as driver .The keyboard management and the LCD display is based on a 89C51 singal plate computer .It is achieved in point to point control by a singal CPU with share time.At the end, it presents guidances to some experiments on the demonstration system.Keywords: Training Robot、Structure
6、Design、Closed-Loop Control 、Demonstrating Experiment.目录摘要1Abstract2第1章绪论11.1机器人概述11.1.1机器人的诞生与发展错误!未定义书签。1.1.2国内发展状况21.1.3国外机器人发展趋势31.2机器人产业对教育、培训的要求及本课题的提出3第2章总体设计方案52.1总体设计的思路52.2总体方案的确定52.2.1坐标形式的选择62.2.2驱动系统的类型选择62.2.3各部位传动机构的确定62.2.4外形尺寸和运动范围的确定72.2.5控制系统的确定7第3章结构设计及计算93.1手部夹持器的结构设计93.1.1概述93.1
7、.2手部的结构和手指形状的确定93.1.3手部驱动力的计算和电机的选择103.2腕部结构设计133.2.1概述133.2.2腕部结构设计143.3臂部及机身（底座）的设计计算183.3.1概述183.3.2结构设计计算19第4章控制系统设计254.1控制系统方案的确定254.1.1控制方案的确定254.1.2驱动方式的确定254.1.3控制系统类型的确定254.1.4步进电机控制方式的确定264.1.5直流电机控制方式的确定264.1.6键盘及显示方式的确定264.2演示系统的组成264.3驱动电路的研制294.3.1恒流源型步进电机驱动电路的研制294.3.2双极型PWM直流力矩电机的驱动电
8、路的研制314.3.3光电码盘的选择和辩向电路的研制，334.3.4直流电机的闭环控制系统的研制。364.3.5以单片机为核心的机器人控制系统的研制36第5章技术经济分析46第6章教学机器人演示系统演示实验的设计476.1实验一 教学机器人演示系统的组成及结构476.2实验二：教学机器人控制系统的演示实验48结论50专题部分:旋转电机的分类及其总结51致谢61参考文献62IV毕业设计(或论文)说明书共62页第1章 绪论1.1 机器人概述1.1.1 机器人的诞生和发展1920年克作家卡雷尔.卡佩克发表了科幻剧本罗萨姆的万能机器人。剧情是这样的 ：罗萨姆公司把机器人作为人类生产的工业产品推向市场，
9、让它去充当劳动力，以呆板的方 式从事繁重的劳动。后来，罗萨姆公司使机器人具有了感情，在工厂和家务劳动中，机器人成了必不可少的成员 。该剧预告了机器人的发展对人类社会的影响。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota”(农奴) 写成了“Robot”（机器人）。这也是人类社会首次使用“机器人”这一概念。自动化技术的发展，特别是计算机的诞生，推动了现代机器人的发展50年代是机器人的萌芽期，其概念是“一个空间机构组成的机械臂，一个可重复编程 动作的机器”。1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，首次提出“ 工业机器人”的概念；1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型；19
10、59年 美国UNIMATION公司推出第一台工业机器人。60年代随着传感技术和工业自动化的发展，工业机器人进入成长期，机器人开始向实用化发 展，并被用于焊接和喷涂作业中。70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入实用化时代。日本虽起步较晚，但结合国 情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施，其机器人拥有量很快超过了美国 ，一举成为“机器人王国”。80年代，机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。工业机器人进入普及 时代，开始在汽车、电子等行业得到大量使用，推动了机器人产业的发展。 为满足人们个性化的要求，工业机器人的生产趋于小批量、多品种。90年代初期，工业机器人的
11、生产与需求进入了高潮期：1990年世界上新装备机器人81 000台，1991年新装备76 000台。1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各 条战线上。 随后由于受到日本等国经济危机的影响，机器人产业也一度跌入低谷。近两年随着世界经济 的复苏，机器人产业又出现了一片生机。90年代还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人，产生了智能机器或机器人化机 器。随着信息技术的发展，机器人的概念和应用领域也在不断扩大。2000年出现了仿人机器人及其他仿生机器人，机器人的运动能力和智能水平进一步的提高，并以智能体的形式出现，应用领域进一步的扩大。1.1.2 国内发展状况我国的工业机器人从80年代
12、“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统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，我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较晚，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，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台
13、数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我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、模化设计，积极推进产业化进程。 我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机器人，6000米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、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有
14、了一定的发展基础。但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。 1.1.3 国外机器人发展趋势国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，平均单机价格从91年的103万美元降至97年的65万美元。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
15、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、易操作性和可维修性。 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，而是致力于操作者与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
