畢業(yè)論文-機(jī)械臂的研制設(shè)計

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1、1總體設(shè)計思路我們的目標(biāo)是設(shè)計一個機(jī)械臂，要求其可以完成簡單的抓舉任務(wù)，考慮到機(jī)械設(shè)計是我們的弱項，而四自由度完全可以達(dá)到我們的預(yù)期目標(biāo)，機(jī)械設(shè)計又比較簡單，最終決定采用四自由度結(jié)構(gòu)。2方案比較與論證2.1機(jī)械臂控制方案方案一：機(jī)械臂采用液壓控制，許多工業(yè)上的機(jī)械臂都采用此控制方法，是當(dāng)前機(jī)械臂控制的主流方案，其優(yōu)點是液壓控制的機(jī)械臂力矩大，可以將機(jī)械臂做的比較大，但其價格比較昂貴，對其骨架的加工精度要求比較高，但我們相應(yīng)的設(shè)備又比較缺乏，所以采用此方案控制難度比較大。方案二：機(jī)械臂采用氣壓控制，在許多要求精度不高的場合用此控制方法，其優(yōu)點是瞬時力矩較大

2、，成木低，控制也較方便，但其精度比較差，再次擴(kuò)展性利用難度較大，對材料的耍求又比較高，在我們現(xiàn)有的條件下很難實現(xiàn)。方案三：機(jī)械臂采用電機(jī)控制，現(xiàn)在許多機(jī)器人上面的機(jī)械臂都采用此控制方法，其優(yōu)點是電機(jī)體積小，重量輕，行動靈活，功耗相對較低，價格比較便宜，但其扭矩普遍較小，控制復(fù)雜，在超負(fù)荷運行時容易燒壞。考慮到結(jié)構(gòu)的簡潔性、可實現(xiàn)性和經(jīng)濟(jì)實用，所以本設(shè)計采用第三種方案。2.2電機(jī)的選型方案一：使用步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)它受力在其額定范圍之內(nèi)時，定位精度較高，缺點是它沒有減速機(jī)構(gòu)，扭矩普遍較小，再者它是開環(huán)控制，當(dāng)它在轉(zhuǎn)動過程中，特別是起步時，如果所受力矩稍微偏大，就

3、會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。方案二：使用伺服電機(jī)。其一，定位精度較高；其二，它帶有減速機(jī)構(gòu)，所以扭矩較大：其三，它是閉環(huán)控制，當(dāng)它在轉(zhuǎn)動過程中，即使所受力矩稍微偏大，也會轉(zhuǎn)到預(yù)定的位置，不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象（除非電機(jī)燒壞）。通過上述兩種方案的分析，結(jié)合機(jī)械臂具體功能及定位精度的要求，我們選1總體設(shè)計思路我們的目標(biāo)是設(shè)計一個機(jī)械臂，要求其可以完成簡單的抓舉任務(wù)，考慮到機(jī)械設(shè)計是我們的弱項，而四自由度完全可以達(dá)到我們的預(yù)期目標(biāo)，機(jī)械設(shè)計又比較簡單，最終決定采用四自由度結(jié)構(gòu)。2方案比較與論證2.1機(jī)械臂控制方案方案一：機(jī)械臂采用液壓控制，許多工業(yè)上的機(jī)械臂都采用此控制方法，是

4、當(dāng)前機(jī)械臂控制的主流方案，其優(yōu)點是液壓控制的機(jī)械臂力矩大，可以將機(jī)械臂做的比較大，但其價格比較昂貴，對其骨架的加工精度要求比較高，但我們相應(yīng)的設(shè)備又比較缺乏，所以采用此方案控制難度比較大。方案二：機(jī)械臂采用氣壓控制，在許多要求精度不高的場合用此控制方法，其優(yōu)點是瞬時力矩較大，成木低，控制也較方便，但其精度比較差，再次擴(kuò)展性利用難度較大，對材料的耍求又比較高，在我們現(xiàn)有的條件下很難實現(xiàn)。方案三：機(jī)械臂采用電機(jī)控制，現(xiàn)在許多機(jī)器人上面的機(jī)械臂都采用此控制方法，其優(yōu)點是電機(jī)體積小，重量輕，行動靈活，功耗相對較低，價格比較便宜，但其扭矩普遍較小，控制復(fù)雜，在超負(fù)

5、荷運行時容易燒壞?？紤]到結(jié)構(gòu)的簡潔性、可實現(xiàn)性和經(jīng)濟(jì)實用，所以本設(shè)計采用第三種方案。2.2電機(jī)的選型方案一：使用步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)它受力在其額定范圍之內(nèi)時，定位精度較高，缺點是它沒有減速機(jī)構(gòu)，扭矩普遍較小，再者它是開環(huán)控制，當(dāng)它在轉(zhuǎn)動過程中，特別是起步時，如果所受力矩稍微偏大，就會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。方案二：使用伺服電機(jī)。其一，定位精度較高；其二，它帶有減速機(jī)構(gòu)，所以扭矩較大：其三，它是閉環(huán)控制，當(dāng)它在轉(zhuǎn)動過程中，即使所受力矩稍微偏大，也會轉(zhuǎn)到預(yù)定的位置，不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象（除非電機(jī)燒壞）。通過上述兩種方案的分析，結(jié)合機(jī)械臂具體功能及定位精度的要求，我們選擇了方案二。

6、2.3機(jī)械鉗的設(shè)計方案方案一：如右圖所示，采用塑料加工而成，抓取物體時比較靈活，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工起來難度較大，鉗子在合閉時，始終有一定角度，這樣，當(dāng)它夾圓形且比較輕的物體時，物體會不斷地向前移動，丑電機(jī)需固定在鉗子正下方，增加了機(jī)械鉗的重量，這樣會加重機(jī)械臂臂部、肘部的受力，增加了轉(zhuǎn)動時的慣性，加大了控制難度。方案二：采用如右圖的結(jié)構(gòu)，也是用塑料加工而成，重量輕，行動靈活，電機(jī)可以岡定在肘部，減輕機(jī)械鉗自身重量，結(jié)構(gòu)雖然不太復(fù)雜，但對零件的精度要求較高，加工起來有一定難度;鉗子的左右兩邊是平行地向前合閉，夾取物體時，物體會稍微向前移動。基于我們現(xiàn)奮的

7、設(shè)備和功能的需求，決定采用第二種方2.4開發(fā)語言的選擇方案一：使用匯編語言。AVR單片機(jī)指令系統(tǒng)是RISC結(jié)構(gòu)的精簡指令集，是一種簡明易掌握、效率高的指令系統(tǒng)，但不同系列的器件對應(yīng)的指令和指令數(shù)量也有區(qū)別，例如我們使用的AT90S8535器件有118條指令，其指令與MCS-51有很大差別，如果采用匯編作為開發(fā)系統(tǒng)語言，則需要一段時間來熟悉其指令，這樣就會延長系統(tǒng)的開發(fā)周期。方案二：使用C語言。C語言可讀性和可移植性強(qiáng)，語言簡潔、緊湊，使用方便、靈活，又有結(jié)構(gòu)化的控制語句，語法限制不太嚴(yán)格，生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高,執(zhí)行效率也高，我們可以找到高效的單片機(jī)C語言開

8、發(fā)軟件ICCAVR,缺點是用C語言寫的代碼經(jīng)過編譯后生成的可執(zhí)行文件一般比較大，