Labview課程設(shè)計(jì)機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)

1、蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院labview課程設(shè)計(jì)題 目 ：機(jī)器人手臂設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人 ：系 ：信息工程系年 級(jí) ：09計(jì)算機(jī)應(yīng)用（4）班學(xué) 號(hào) ：指導(dǎo)老師： 日 期：2011-6-15目錄摘要.1第一章 課程設(shè)計(jì)21.1 課程設(shè)計(jì)的題目21.2課程設(shè)計(jì)要求21.3課題分析31.4設(shè)計(jì)目的31.5國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀4第二章 運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)62.1手臂設(shè)計(jì)圖62.2機(jī)器人手臂預(yù)期的功能要求62.3程序模塊設(shè)計(jì)6第三章機(jī)器人手臂程序73.1機(jī)器人手臂完整圖73.2機(jī)器人手制作的程序83.3機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)的程序83.4機(jī)器人關(guān)節(jié)顏色調(diào)整的程序93.5機(jī)器人手臂移動(dòng)的程序93.6機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的控制程序23.7機(jī)器人手

2、的張合23.8機(jī)器人手臂位置控制33.9機(jī)器人關(guān)節(jié)的跳動(dòng)3第四章 機(jī)器人手臂功能介紹44.1顯示模塊44.2 手臂控制模塊44.3 顏色選擇模塊84.4手關(guān)節(jié)控制按鈕104.5整體框圖10第五章 心得體會(huì)19第六章 參考網(wǎng)站20摘要虛擬儀器是對(duì)傳統(tǒng)儀器的重大突破，是計(jì)算機(jī)與儀器相結(jié)合的產(chǎn)物，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流。機(jī)器人手臂具有較高的作業(yè)能力，因此對(duì)它的控制成為機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，具有較強(qiáng)的理論意義和實(shí)際價(jià)值。機(jī)器人手臂在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。第一章 課程設(shè)計(jì)1.1 課程設(shè)計(jì)的題目：機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)1.2課程設(shè)計(jì)要求手臂應(yīng)滿足下列要求：a. 自由伸縮；b.

3、自由360度旋轉(zhuǎn)；c.有關(guān)節(jié)，具有一定的握力。（1）界面美觀簡(jiǎn)潔，程序應(yīng)符合工程化思想。（2）設(shè)計(jì)文檔符合軟件文檔國(guó)標(biāo)。（3）a4號(hào)紙打印，不得少于20頁(yè)，最大字體不得大于四號(hào)字（除標(biāo)題）。（4）截止日期2010年6月18日。1.3課題分析機(jī)器人是近30年發(fā)展起來(lái)的一種典型的、機(jī)電一體化的、獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)工具。在制造工業(yè)中，應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，改善勞動(dòng)條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一，也是新技術(shù)革命的一個(gè)重要內(nèi)容。自古以來(lái),人們所設(shè)想的機(jī)器人一般是一種在外形和功能上均能模擬人類智能的機(jī)器。特別是在20世紀(jì)20年代前后,捷克和美國(guó)的一些科幻作家創(chuàng)作了一批關(guān)于未來(lái)機(jī)

4、器人與人類共處中可能發(fā)生的故事之類的文學(xué)作品,更使機(jī)器人在人們的思想中成為一種無(wú)所不能的“超人”。在現(xiàn)實(shí)生活中,一些民間工匠根據(jù)這些文學(xué)描繪,也制造出一些仿人或仿生的機(jī)器人。然而在當(dāng)時(shí)的科技條件下,要使機(jī)器人具有某種特殊的“智能”而成為“超人”,顯然是不可能的。美國(guó)的戴沃爾設(shè)想了一種可控制的機(jī)械手,他首先突破了對(duì)機(jī)器人的傳統(tǒng)觀點(diǎn),提出機(jī)器人并不一定必須像人,但是必須能做一些人的工作。1954年,他依據(jù)這一想法設(shè)計(jì)制作了世界上第一臺(tái)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置,發(fā)表了適用于重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人一文,并獲得了美國(guó)專利。戴沃爾將遙控操縱器的關(guān)節(jié)型連桿機(jī)構(gòu)與數(shù)控機(jī)床的伺服軸聯(lián)結(jié)在一起,預(yù)定的機(jī)械手動(dòng)作一經(jīng)編程

5、輸入后,機(jī)械等就可以離開(kāi)人的輔助而獨(dú)立運(yùn)行。這種機(jī)器人也可以接受示教而完成各種簡(jiǎn)單任務(wù)。示教過(guò)程中操作者用手帶動(dòng)機(jī)械手依次通過(guò)工作任務(wù)的各個(gè)位置，這些位置序列記錄在數(shù)字存儲(chǔ)器中，任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)在伺服驅(qū)動(dòng)下再現(xiàn)出那些位置序列。因此，這種機(jī)器人的主要技術(shù)就是“可編程”以及“示教再現(xiàn)”。1.4設(shè)計(jì)目的由于現(xiàn)代科技的發(fā)展，許多危險(xiǎn)的工作已漸漸由機(jī)械手臂所取代，尤其是近年來(lái)太空科技的發(fā)展日新月累，許多外太空的探勘工作也總少不了機(jī)械手臂的幫助。機(jī)械手臂的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)如同人一般會(huì)有疲勞感，對(duì)于指令能確實(shí)完成，也不易因?yàn)槿藶槭枋Ф斐蓚Γ@些優(yōu)點(diǎn)在不容許一點(diǎn)錯(cuò)誤的科技發(fā)展上具有極重大的意

6、義，也是為何機(jī)械手臂的應(yīng)用愈發(fā)廣泛的原因。藉由軟件的幫助，能自由控制手臂的動(dòng)作，是本課程設(shè)計(jì)的主要目的。1.5國(guó)內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個(gè)趨勢(shì)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(jià)格不斷下降。2、 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)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(guó)外已有模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問(wèn)市。3、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于pc機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維

7、護(hù)性。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(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)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。5、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺(jué)來(lái)操縱機(jī)器人。6、當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)不是追求全自治系統(tǒng)，而是治理于操作者于機(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(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段。美國(guó)發(fā)射到火星上的“索杰納”機(jī)

8、器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實(shí)例。7、機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起。從94年美國(guó)開(kāi)發(fā)出“虛擬軸機(jī)床”以來(lái)，這種新型裝置已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一，紛紛探索開(kāi)拓其實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。國(guó)際機(jī)器人研究在經(jīng)過(guò)了80年代的低潮之后,呈現(xiàn)出復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展的形勢(shì);我國(guó)的機(jī)器人研究在國(guó)家七五八五及863計(jì)劃的推動(dòng)下也取得了很大的發(fā)展。在70年代的機(jī)器人浪潮相比,現(xiàn)在的機(jī)器人研究有兩個(gè)特點(diǎn):一是對(duì)機(jī)器人智能的定位有了更加符合實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn),也就是不要求機(jī)器人具有像人類一樣的高智商,而只是要求機(jī)器人在某種程度上具有自主處理問(wèn)題的能力。我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始起步，在國(guó)家的支持下，通過(guò)“七五”“八五”科技攻

9、關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制技術(shù)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)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(kāi)發(fā)出噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人；其中有130多臺(tái)套噴漆機(jī)器人在二十余家企業(yè)的近30條自動(dòng)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(chē)制造廠的焊裝線上。但總的來(lái)看，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離，如：可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人應(yīng)用工程起步晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，我國(guó)已安裝的國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人約200臺(tái)，約占全球已安裝臺(tái)數(shù)的萬(wàn)分之四。以上原因主要是沒(méi)有形成機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國(guó)的機(jī)器人生產(chǎn)都是

10、應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。我國(guó)的智能機(jī)器人和特種機(jī)器人在“863”計(jì)劃的支持下，也取得了不少成果，其中最為突出的是水下遙控機(jī)器人，6000m水下無(wú)纜機(jī)器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開(kāi)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(jué)、力覺(jué)、聲覺(jué)、觸覺(jué)等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上開(kāi)展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。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)

11、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(kāi)發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，需要在原有成績(jī)的基礎(chǔ)上，有重點(diǎn)地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實(shí)用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”后期立于世界先進(jìn)行列之中。 第二章 運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1手臂設(shè)計(jì)圖2.2機(jī)器人手臂預(yù)期的功能要求1、本設(shè)計(jì)有三個(gè)臂，分別從下到上是j1,j2，j3,。再加上三個(gè)圓軸。2、六個(gè)關(guān)節(jié)軸的輸入值范圍作了一個(gè)初略的限制，六個(gè)軸可輸入值得范圍如下：一軸： -180 180，即 -180 1180（度），可以自由伸縮二軸： -180 180，即 -180 2180 （度）可以自由伸縮三軸： 可以自由張開(kāi)或合并2.3程序模塊設(shè)

12、計(jì) 第三章機(jī)器人手臂程序本章節(jié)主要介紹了本案例中涉及到的程序代碼的介紹，本章著重介紹了各個(gè)子程序的編寫(xiě)：3.1機(jī)器人手臂完整圖3.2機(jī)器人手制作的程序3.3機(jī)器人手臂旋轉(zhuǎn)的程序3.4機(jī)器人關(guān)節(jié)顏色調(diào)整的程序3.5機(jī)器人手臂移動(dòng)的程序3.6機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的控制程序3.7機(jī)器人手的張合3.8機(jī)器人手臂位置控制3.9機(jī)器人關(guān)節(jié)的跳動(dòng)第四章 機(jī)器人手臂功能介紹本章節(jié)介紹了如何使用本案例的機(jī)器人。機(jī)器人的設(shè)計(jì)使基于labview設(shè)計(jì)，所以其正常的使用時(shí)對(duì)前面板的操作。本案例的前面板共分為以下幾個(gè)模塊:4.1顯示模塊4.2 手臂控制模塊1）控制面板2）大臂的伸縮控制（lengtha）根據(jù)lengtha的大

13、小不同值可以改變大臂的長(zhǎng)短(a)手臂縮回(b)手臂伸開(kāi)3）小臂的伸縮控制（lengthb）根據(jù)lengthb的大小可以改變小臂的長(zhǎng)短(a)小臂的縮回（b）小臂伸開(kāi)4）手的張合（claw value）根據(jù)claw value的大小可以改變手的張合（a）手的張開(kāi)（b）手的閉合5）大臂旋轉(zhuǎn)（joint a）joint a的值的大小可以控制大臂的旋轉(zhuǎn)（a）6）小臂旋轉(zhuǎn)（joint b）joint b的值的大小可以控制小臂的旋轉(zhuǎn)（a）7）手的旋轉(zhuǎn)（claw joint）claw joint的值的大小可以控制手的旋轉(zhuǎn)（a）4.3 顏色選擇模塊1）顏色控制按鈕2）joint a的顏色控制（a）（b）4.4手

14、關(guān)節(jié)控制按鈕 （a） （b）4.5整體框圖 第五章 心得體會(huì)這次能夠順利的完成此課程設(shè)計(jì)，非常感謝老師的教導(dǎo)和指點(diǎn)還有同學(xué)的幫忙，才讓我能夠在有限的時(shí)間內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)。 從這次的課程設(shè)計(jì)使我領(lǐng)悟到了一些做課程設(shè)計(jì)的技巧：1.課程設(shè)計(jì)最重要的是要有一條清晰設(shè)計(jì)思路，在設(shè)計(jì)前，老師已為我們準(zhǔn)備好了參考格式或資料，相當(dāng)于已經(jīng)給了設(shè)計(jì)路，關(guān)鍵就是靠自己深入的思考各個(gè)步驟怎么設(shè)計(jì)的.對(duì)每個(gè)步驟都要做到分析、思考.設(shè)計(jì)，再去執(zhí)行，再將所有的部分組裝在一起，就可完成該設(shè)計(jì).2. 此次課程設(shè)計(jì)要多練習(xí)多思考,弄懂每個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路,并且能夠設(shè)計(jì)自己的東西,這樣你會(huì)感到其樂(lè)無(wú)窮.3.在以后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)當(dāng)中還應(yīng)注意培養(yǎng)自己獨(dú)立思考設(shè)計(jì)思路的能力,不要怕難.4.許多事情只有在自己親手做了之后才會(huì)感覺(jué)到，其實(shí)它并不是你想象中的那樣難或簡(jiǎn)單,要善于專心深入的思考問(wèn)題，所學(xué)知識(shí)要常用。 學(xué)完這一門(mén)課程，使我懂得了一個(gè)