【導(dǎo)讀】被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映。首先，本文對生產(chǎn)線布局進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)的工作效率，然后，實(shí)現(xiàn)各個自由度，從而實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動。在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人。體方案，設(shè)計(jì)了PCI總線接口電路和DSP。

　　

【正文】 設(shè)計(jì)（論文） 24 如 圖 37，圖 38 圖 37 圖 38 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第四章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及校核 腰部蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)及校核 腕部傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)及校核 傳動方案 齒輪的設(shè)計(jì)及校核 齒輪組設(shè)計(jì) 直 齒 圓錐齒輪的設(shè)計(jì) 軸的設(shè)計(jì) 圖 42 外套筒 結(jié)構(gòu) 示意圖 圖 43 中間套結(jié)構(gòu) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 44 手腕部傳動中心軸結(jié)構(gòu) 圖 45 小手腕部中心軸結(jié)構(gòu) 畫出軸的受力分析簡圖如圖 46 圖 46 小手腕部中心軸的受力分析 圖 47 水平面彎矩圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 1) 畫轉(zhuǎn)矩圖 圖 軸的轉(zhuǎn)矩和彎矩圖 本章小結(jié) 本章根據(jù)蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)了腰部蝸輪蝸桿并進(jìn)行了校核，還設(shè)計(jì)了腕部的傳動系統(tǒng)，整個傳動系統(tǒng)有電機(jī)，減速機(jī) ，直齒齒輪，錐齒輪及軸，前爪法蘭，前爪旋轉(zhuǎn)法蘭，對這些進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言 機(jī)器人控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分有計(jì)算機(jī)、控制的對象、數(shù)字和模擬輸入和輸出通道、開關(guān)量輸入和輸出通道、人機(jī)接口設(shè)備等。軟件部分包含了接口驅(qū)動程序和測試控制程序等。 本章主要研究了機(jī)器人控制系統(tǒng)的總體方案，簡單介紹了系統(tǒng)的原理， 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的類型選擇 機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心和樞紐 ，直接決定了機(jī)器人運(yùn)動精度和工作效率。機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù) CPU 提供的命令以及末端傳感器傳回的信號來控制機(jī)器人完成特定的動作，到達(dá)特定的位置，從而完成相應(yīng)的任務(wù)。[14] 本設(shè)計(jì)選用 PC 機(jī) +DSP 運(yùn)動控制卡的控制模式。 控制系統(tǒng)的硬件電路 本章研究的機(jī)器人控制系統(tǒng)的任務(wù)主要是由 PC 機(jī)發(fā)送各種控制命令 ,經(jīng) PC 程序進(jìn)行譯碼、預(yù)處理等處理后 ,再通過 PCI 總線接口芯片 PCI9052 與 CPLD 進(jìn)行通訊，將控制命令送入 CPLD，然后 CPLD 將控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖或電壓信號輸 入到 DSP 中，這些信號（包括脈沖方向輸出、脈沖計(jì)數(shù)、數(shù)字量輸出信號和輸入信號）對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，輸出頻率可調(diào)的脈沖串來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，通過改變脈沖串的頻率和個數(shù)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和位置控制，多軸聯(lián)動等功能，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在空間中的運(yùn)動。 [15] 控制系統(tǒng)硬件圖如圖 所示。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 PCI 的接口設(shè)計(jì) PCI9052 提供高性能的接口連接，把各種外 部電路和器件通過 PCI9052 與 PCI 總線相連，所以可以大幅度的提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，本地總線傳播速率最高可以達(dá)到 132MB/S 的傳輸速率 ??13 。對 PCI9052 編程可實(shí)現(xiàn)復(fù)用 /非復(fù)用的 8 位、 16 位、 32 位的本地總線接口。 PCI9052 還有內(nèi)部 FIFO 可以加速本地總線的操作。 [17 ]PCI9052 硬件電路接口圖如圖 52 所示。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用最大模式，雙口 RAM 的 8 根數(shù)據(jù)線和 PCI9052 的高 8 位數(shù)據(jù)線連接。 PCI9052 一共擁有四個主要接口： PCI 總線接口、串行 E2PROM 接口、局部總線接口 和 ISA 總線接口，由于在設(shè)計(jì)不需要使用 ISA 接口，所以在硬件電路圖中省略了 ISA 總線接口。 PCI9052 中局部總線接口和 ISA 總線接口的引腳是可以復(fù)用的。 PCI9052 在整個系統(tǒng)中有著非常關(guān)鍵的作用，它把 PCI 總線與外圍電路所有的局部總線聯(lián)系在一起，將 PCI 總線命令（如讀寫某個寄存、內(nèi)存、 I/O 端口）傳遞到局部總線上，再有局部總線傳遞給外圍控 制電路：同時，它還可以接受外圍電路傳回的反饋信號，并傳回 PC 機(jī)，由 CPU 進(jìn)行處理。 P C 機(jī) PCI 9052 CPLD DSP DSP DSP DSP DSP DSP 電機(jī) 電機(jī) 電機(jī) 電機(jī) 電機(jī) 電機(jī) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 52 PCI9052 硬件電路接口圖 DSP 的設(shè)計(jì) DSP 概述 DSP(Digital Signal Processor)是指數(shù)字信號處理器。 DSP 芯片是專門設(shè)計(jì)用在高速數(shù)字信號處理的微處理器。 TMS320LF2807A 是 TI 公司推出的一款面向數(shù)字控制系統(tǒng)，尤其是數(shù)字運(yùn)動控制系統(tǒng)的 DSP 芯片，由于它除了具有數(shù)字信號處理器的一般特點(diǎn)外，片內(nèi)還增加了經(jīng)過優(yōu)化的 、專門用于數(shù)字控制系統(tǒng)的外設(shè)電路，非常適合用來作為步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動控制器，所以在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)運(yùn)動控制器選用 TMS320LF2807A 作為 DSP 芯片。 [16] DSP 硬件電路 圖 53 為 TMS320LF2807A 結(jié)構(gòu)圖 圖 結(jié)構(gòu)圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 DSP 軟件 圖 54 為 DSP 中斷程序流程圖 圖 54 中斷程序流程圖 本章主要確定了控制系統(tǒng)的方案，采用了 PC 機(jī) +DSP 運(yùn)動控制卡的控制模式。 簡單介 紹了控制系統(tǒng)的原理，包括硬件電路， PCI 的接口設(shè)計(jì)， DSP 的設(shè)計(jì)等。 DSP 在系統(tǒng)中完成了將模擬信號轉(zhuǎn)化成為方向和脈沖信號的功能，然后通過輸出這些方向和脈沖信號來控制相關(guān)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)對輪轂生產(chǎn)線進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)了一個六自由度工業(yè)機(jī)器人，在設(shè)計(jì)過程中，搜集資料、向?qū)熣埥獭⑴c同學(xué)討論，為完成設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 所完成的任務(wù)有： （ 1） 在查詢了國內(nèi)外的輪轂生產(chǎn)線的布局的基礎(chǔ)上，對生產(chǎn)線布局進(jìn)行改造，采用兩個夾持機(jī)構(gòu)的機(jī)械手，提高了效率 30%，節(jié)約了時間，達(dá)到國 內(nèi)先進(jìn)水平。 （ 2） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成了六自由度工業(yè)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，確定了總體的設(shè)計(jì)方案， 選擇了合適的傳動方式、驅(qū)動方式，設(shè)計(jì)了機(jī)器人的腰部、大臂、小臂和腕部的具體結(jié)構(gòu)，并且對機(jī)器人的傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)器人為六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人，全部采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)處采用電機(jī)，減速機(jī)，齒輪傳動機(jī)構(gòu)，蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)來增實(shí)現(xiàn)各個自由度，從而實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)動。 并在此基礎(chǔ)上，確定了機(jī)器人的控制方案，并簡單介紹了它的控制原理。 （ 3） 用 SolidWorks 繪制出機(jī)器人的三維模型和生產(chǎn)線的示意模型，并且制作了機(jī)器人運(yùn)動的簡易動 畫。 由于本人水平有限和時間的限制，現(xiàn)階段對機(jī)器人的結(jié)構(gòu)還需進(jìn)一步完善，控制系統(tǒng)的研究還處于理論階段，沒能做更深入的研究。對今后的研究工作的 展望與設(shè)想 如下： （ 1）進(jìn)一步改善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 可以將電機(jī)放在機(jī)器人里面，不用外置，采用內(nèi)置，盡量讓設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加緊湊，剛性也隨之提高。 （ 2）研究控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，對 DSP 進(jìn)行深入設(shè)計(jì)。 （ 3） 可以做運(yùn)動學(xué)仿真，運(yùn)用 Matlab 軟件和 Adams 軟件對機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，包括手動仿真和軌跡的仿真。 （ 4） 可以用 Ansys 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 參考文 獻(xiàn) [1] 王巨光 . 中國鋁合金輪轂生產(chǎn)自動化勢在必行 . 哈爾濱 ： 輕合金加工技術(shù)， 2020， 10077235（ 2020） 04001103. 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