【正文】 率底的缺點，工作過程中有相當(dāng)一部分的能量要轉(zhuǎn)化成熱，在工業(yè)生產(chǎn)中要裝有散熱的裝置，由于本系統(tǒng)是為教學(xué)演示的，不需要長時間的工作，所以溫升不大，不必安裝散熱裝置。整體結(jié)構(gòu)布局的確定 在確定整體結(jié)構(gòu)時，考慮到課題的基本要求，覺得采用模塊式結(jié)構(gòu)，各部位自成體系，組裝方便，根據(jù)思想有圖的個構(gòu)想，臂部回轉(zhuǎn)電機(jī)1通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動2回轉(zhuǎn)，從 而帶動手臂回轉(zhuǎn)，又臂部電機(jī)帶動絲杠驅(qū)動4縮運動，5 固定載上實現(xiàn)腕部的升降，7為控制腕不粉回轉(zhuǎn)的位置傳感器，8實現(xiàn)手爪的旋轉(zhuǎn)，如圖所示： 綜合考慮此設(shè)計，可以認(rèn)為該結(jié)構(gòu)具有線條簡潔明快，能使初學(xué)者較快的得其要領(lǐng)，理解工作原理，很適合于機(jī)器人教學(xué)的需要。 坐標(biāo)形式的選擇有要求可知這是一個演示的系統(tǒng)，即機(jī)器人的幾個基本的動作的演示，了解機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)、控制方式等，加深對工業(yè)機(jī)器人及其適用的工作環(huán)境的了解，綜合考慮選用圓柱型坐標(biāo)，此坐標(biāo)的運動特點是各動作直觀性強(qiáng)，占用空間小，相對工作范圍大，也常用，而關(guān)節(jié)型、極坐標(biāo)型機(jī)器人的運動直觀性差，而直角坐標(biāo)型占地面積大、工作范圍小，靈活性差。經(jīng)費有限，要求成本低。 總體方案的確定提到總體方案的確定，讓我們重復(fù)下本課題的要求： 它是一個教學(xué)用的演示系統(tǒng)。 繪制機(jī)器人的零件圖，并確定尺寸。 擬訂控制系統(tǒng)的控制原理圖。 二、技術(shù)設(shè)計階段 根據(jù)系統(tǒng)的要求的自由度和允許的空間空做范圍，選擇機(jī)器人的坐標(biāo)形式 擬訂機(jī)器人的運動路線和空間作業(yè)圖。 根據(jù)機(jī)器人的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。第2章 總體設(shè)計方案在確定機(jī)器人總體設(shè)計方案前，必須對機(jī)器人設(shè)計基本步驟及其基本原則，使設(shè)計的方案更合理 總體設(shè)計的思路設(shè)計機(jī)器人大體上可分為兩個階段： 一、系統(tǒng)分析階段 根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，明確所采用機(jī)器人的目的和任務(wù)。3. 整體尺寸不宜過大，以擺放實驗臺為準(zhǔn)。但教學(xué)課程上，只是紙上談兵，沒有一點直觀的印象，關(guān)鍵是設(shè)備問題，研制一個價格低廉、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、能給學(xué)生以深刻印象的實驗用的教學(xué)演示系統(tǒng)，在這前提和背景下，提出本課題，它能達(dá)到以下目標(biāo)：1. 成本低，必要時可以降低精度要求，因為是實驗演示裝置。現(xiàn)在國外機(jī)器人制造廠家不僅自己開設(shè)機(jī)器人課程也向?qū)W校提供資助 ，為學(xué)校提供機(jī)器人教學(xué)系統(tǒng)，據(jù)資料顯示，美國有很多大學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程。對機(jī)器人，人們的頭一個問題就是：機(jī)器人是否會造成失業(yè)？應(yīng)該說大量采用機(jī)器人會使一部分人喪失工作，然而這一新的產(chǎn)業(yè)所創(chuàng)造的新的就業(yè)機(jī)會比其消滅的職業(yè)更多，新的職業(yè)需要新的技能，就再需要教育和培訓(xùn)，再次證明，機(jī)器人對社會的沖擊就是再培訓(xùn)的課題。 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對教育、培訓(xùn)的要求及本課題的提出采用機(jī)器人會給我們帶來很大的方便，機(jī)器人和其他自動化裝置最主要的區(qū)別在于機(jī)器人的功能和任務(wù)很容易修改或改變，僅需要改變軟件就可以了，同時機(jī)器人比一般自動化裝備更復(fù)雜，需要更多的軟件和硬件知識，故一旦大量采用機(jī)器人就需要專門的培訓(xùn)使用機(jī)器人的具有較高水平和技術(shù)人員，這無疑對教育和培訓(xùn)提出新的要求，大多數(shù)機(jī)器人專家都反復(fù)的強(qiáng)調(diào)需要制定培訓(xùn)計劃以為新的工作崗位準(zhǔn)備合格的勞動力。　7．機(jī)器人化機(jī)械開始興起。 6．當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實驗室進(jìn)入實用化階段。 4．機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 國外機(jī)器人發(fā)展趨勢國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢：1．工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從91年的10．3萬美元降至97年的6．5萬美元。其中最為突出的是水下機(jī)器人，6000米水下無纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機(jī)器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機(jī)器人、爬壁機(jī)器人、管道機(jī)器人等機(jī)種；在機(jī)器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、?；O(shè)計，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。但總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國已安裝的國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。2000年出現(xiàn)了仿人機(jī)器人及其他仿生機(jī)器人，機(jī)器人的運動能力和智能水平進(jìn)一步的提高，并以智能體的形式出現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步的擴(kuò)大。90年代還出現(xiàn)了具有感知、決策、動作能力的智能機(jī)器人，產(chǎn)生了智能機(jī)器或機(jī)器人化機(jī) 器。 隨后由于受到日本等國經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也一度跌入低谷。90年代初期，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與需求進(jìn)入了高潮期：1990年世界上新裝備機(jī)器人81 000臺，1991年新裝備76 000臺。工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入普及 時代，開始在汽車、電子等行業(yè)得到大量使用，推動了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。日本雖起步較晚，但結(jié)合國 情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵使用機(jī)器人的措施，其機(jī)器人擁有量很快超過了美國 ，一舉成為“機(jī)器人王國”。60年代隨著傳感技術(shù)和工業(yè)自動化的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入成長期，機(jī)器人開始向?qū)嵱没l(fā) 展，并被用于焊接和噴涂作業(yè)中。自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機(jī)的誕生，推動了現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展50年代是機(jī)器人的萌芽期，其概念是“一個空間機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械臂，一個可重復(fù)編程 動作的機(jī)器”。在劇本中，卡佩克把捷克語“Robota”(農(nóng)奴) 寫成了“Robot”（機(jī)器人）。后來，羅薩姆公司使機(jī)器人具有了感情，在工廠和家務(wù)勞動中，機(jī)器人成了必不可少的成員 。 36 以單片機(jī)為核心的機(jī)器人控制系統(tǒng)的研制 36第5章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 46第6章 教學(xué)機(jī)器人演示系統(tǒng)演示實驗的設(shè)計 47 實驗一 教學(xué)機(jī)器人演示系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu) 47 實驗二：教學(xué)機(jī)器人控制系統(tǒng)的演示實驗 48結(jié)論 50專題部分:——旋轉(zhuǎn)電機(jī)的分類及其總結(jié) 51致謝 61參考文獻(xiàn) 62附錄1 63附錄2 70附錄3 75第1章 緒論 機(jī)器人概述 機(jī)器人的誕生和發(fā)展　　《羅薩姆的萬能機(jī)器人》。最后設(shè)計制定出利用本演示系統(tǒng)所開設(shè)的幾個實驗的指導(dǎo)書。機(jī)器人五自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大，對教育培訓(xùn)部門提出了新的要求，為提高機(jī)器人教學(xué)的水平，我們研制了一套以實驗教學(xué)為目的的機(jī)器人演示系統(tǒng)。本文闡述了機(jī)器人的發(fā)展歷程，國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，及其巨大的優(yōu)越性，提出具體的機(jī)器人設(shè)計要求，進(jìn)行了本演示系統(tǒng)的總體方案設(shè)計和各自由度具體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算；對演示系統(tǒng)的控制部分的研制，其中包括：進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制；光電碼盤為反饋元件的，以PWM型功放電路為驅(qū)動器的直流電機(jī)閉環(huán)控制；以89C51單片機(jī)為核心，實現(xiàn)演示系統(tǒng)的鍵盤管理和LCD顯示，并以單CPU分時控制形式，實現(xiàn)機(jī)器人運動的點位控制方式。關(guān)鍵字：教學(xué)機(jī)器人、結(jié)構(gòu)設(shè)計、閉環(huán)控制、演示實驗Abstract With the development of robot technology, the continual expansion of application of industrial robots presents newrequirements before education and training have developed a robot demonstration system for experiments in training to improve 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 overall design and calculation on each degree of freedom ，and about the study on the control part of the Training Robot system,which includes the openloop control of the stepping motor ,the digital closedloop control of the DC motor with an opticalelectrical encoder as feedback cell and the PWM power amplifier as driver .The keyboard management and the LCD display is based on a 89C51 singal plate puter .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 Design、ClosedLoop Control 、Demonstrating Experiment.目　　錄摘要 1Abstract 2第1章 緒論 1 機(jī)器人概述 1 機(jī)器人的誕生與發(fā)展 1 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 2 國外機(jī)器人發(fā)展趨勢 3 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對教育、培訓(xùn)的要求及本課題的提出 3第2章 總體設(shè)計方案 5 總體設(shè)計的思路 5 總體方案的確定 5 坐標(biāo)形式的選擇 6 驅(qū)動系統(tǒng)的類型選擇 6 各部位傳動機(jī)構(gòu)的確定 6 外形尺寸和運動范圍的確定 7 控制系統(tǒng)的確定 7第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 9 手部夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 概述 9 手部的結(jié)構(gòu)和手指形狀的確定 9 手部驅(qū)動力的計算和電機(jī)的選擇 10 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 13 概述 13 腕部結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 臂部及機(jī)身（底座）的設(shè)計計算 18 概述 18 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 19第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計 25 控制系統(tǒng)方案的確定 25 控制方案的確定 25 驅(qū)動方式的確定 25 控制系統(tǒng)類型的確定 25 步進(jìn)電機(jī)控制方式的確定 26 直流電機(jī)控制方式的確定 26 鍵盤及顯示方式的確定 26 演示系統(tǒng)的組成 26 驅(qū)動電路的研制 29 恒流源型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的研制 29 雙極型PWM直流力矩電機(jī)的驅(qū)動電路的研制 31 光電碼盤的選擇和辯向電路的研制， 33 直流電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的研制。劇情是這樣的 ：羅薩姆公司把機(jī)器人作為人類生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品推向市場，讓它去充當(dāng)勞動力，以呆板的方 式從事繁重的勞動。該劇預(yù)告了機(jī)器人的發(fā)展對人類社會的影響。這也是人類社會首次使用“機(jī)器人”這一概念。1954年美國戴沃爾發(fā)表了“通用重復(fù)型機(jī)器人”的專利論文，首次提出“ 工業(yè)機(jī)器人”的概念；1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機(jī)器人原型；1959年 美國UNIMATION公司推出第一臺工業(yè)機(jī)器人。70年代隨著計算機(jī)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器人進(jìn)入實用化時代。80年代，機(jī)器人發(fā)展成為具有各種移動機(jī)構(gòu)、通過傳感器控制的機(jī)器。 為滿足人們個性化的要求，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)趨于小批量、多品種。1991年底世界上已有53萬臺工業(yè)機(jī)器人工作在各 條戰(zhàn)線上。近兩年隨著世界經(jīng)濟(jì) 的復(fù)蘇，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)又出現(xiàn)了一片生機(jī)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的概念和應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人；其中有130多臺套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。以上原因主要是沒有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。 我國的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人、智能裝配機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品?！?．機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。 3．工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件