1、 三自由度机械手臂设计 学 院： 专 业： 学生姓名： 学生姓名： 学生姓名： 指导教师： 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） - 2 - 摘 要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产 过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并 采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水 平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极 大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本 文将设计机器人的底座、大
2、臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、 驱动方式， 搭建机器人的结构平台； 在此基础上， 本文将设计该机器人的控制系统， 包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的 设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全 性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关 节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） - 3 - 目 录 第 1 章 绪论 5 1.1 机器人概述 5 第 2 章 机器人实验平台介绍及机械手的设计 6 2.1 自由度及
3、关节 6 2.2 基座及连杆 6 2.2.1 基座 6 2.2.2 机械臂 6 2.3 机械手的设计 6 2.4 驱动方式 8 2.5 传动方式 9 2.6 制动器 10 第 3 章 控制系统硬件 11 3.1 控制系统模式的选择 11 3.2 控制系统的搭建 11 3.2.1 工控机 12 3.2.2 数据采集卡 12 3.2.3 伺服放大器 13 3.2.4 端子板 14 3.2.5 电位器及其标定 15 3.2.6 电源 16 第 4 章 控制系统软件 16 4.1 预期的功能 16 4.2 实现方法 16 4.2.1 实时显示各个关节角及运动范围控制 16 4.2.2 直流电机的伺服控
4、制 16 4.2.3 电机的自锁16 4.2.4 示教编程及在线修改程序 17 第 5 章 总结 18 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） - 4 - 5.1 所完成的工作 18 5.2 设计经验 18 参考文献 20 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） - 5 - 第 1 章 绪论 1.1 机器人概述 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性 生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。 专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机 械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量 的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。机器人的出现并得到应用，为 这些作业的机械化奠定了良好的基础。 “工业机器人” （Industrial Robo
