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六自由度教学机器人手臂系统研究

作 者: 侯忠坤
导 师: 肖世德
学 校: 西南交通大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 机器人手臂 伺服控制器 Arduino 教学实践
分类号: TP242
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 159次
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内容摘要


机器人手臂是机器人重要构成部件,体现了机电一体化多学科互相结合、互相渗透的特点,涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等领域,为多学科交叉实践学习提供了很好的平台,非常适合用于机械电子工程相关专业的教学和实训。本论文研究设计了具有开放性结构的六自由度教学机器人手臂。该机器人手臂实验系统由六自由度机械手、PC机、Arduino模块、伺服电机驱动器和辅助功能模块五大部分组成,既可以进行演示实验,也可以进行拆装、电器接线和软件编程等实验。论文首先介绍了机器人的应用与发展趋势,比较详细地综述了国内外教学机器人的研究与发展状况,介绍了机器人手臂研究的相关技术和机器人手臂控制的基础概念、其次对机器人手臂进行了运动学详细分析,对机器人的硬件系统进行了设计。该六自由度机器人手臂采用基于Arduino和伺服电机控制器的模块化系统设计。以"PC+Arduino+伺服控制器”开放式体系结构作为机器人手臂控制系统硬件和软件核心构架,并基于Eclipse软件开发环境实现了机器人手臂控制的核心功能。最后在AS-6DOFB型六自由度机械臂的基础上,对设计的六自由度机器人手臂进行了实验和分析,得出了机器人手臂控制速度和路径规划相关的数据,可为机器人手臂实验教学和实际研制提供参考。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题背景与研究意义  10-12
    1.1.1 课题背景  10-11
    1.1.2 机器人分类  11
    1.1.3 机器人市场与应用  11-12
  1.2 国内外研究状况  12-14
    1.2.1 全球机器人的发展状况  12-13
    1.2.2 国内研究状况  13-14
    1.2.3 机器人发展趋势  14
  1.3 机器人手臂关键技术  14-15
  1.4 教学机器人手臂基本组成  15-16
  1.5 论文主要内容与章节安排  16-17
第2章 机器人手臂系统原理  17-30
  2.1 机械手控制原理  17-23
    2.1.1 机器人手臂建模  17
    2.1.2 机器人手臂坐标系  17-19
    2.1.3 机器人手臂位姿描述  19-22
    2.1.4 机器人手臂自由度  22-23
  2.2 机械手运动学分析  23-28
    2.2.1 连杆与连接的描述  23-24
    2.2.2 连杆坐标系  24-25
    2.2.3 坐标系的变换  25-28
  2.3 路径规划  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 机器人手臂硬件系统设计  30-38
  3.1 机器人手臂总体结构  30-31
  3.2 Arduino硬件平台  31-32
  3.3 32路伺服电机控制器  32-35
    3.3.1 舵机工作原理  32-33
    3.3.2 舵机控制器  33-35
  3.4 传感器与演示设备  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 机器人手臂软件设计  38-48
  4.1 编程软件介绍  38-43
    4.1.1 工业机器人编程  38
    4.1.2 基于Eclipse的软件开发环境  38-39
    4.1.3 Arduino基本语言概述  39-40
    4.1.4 伺服电机控制软件  40-43
  4.2 软件控制  43-47
    4.2.1 软件总体结构  43-44
    4.2.2 伺服电机调试程序  44-45
    4.2.3 Arduino控制演示程序  45-47
  4.3 本章小结  47-48
第5章 机器人手臂实验  48-54
  5.1 硬件平台元件  48-51
    5.1.1 机械元件  48-50
    5.1.2 电子控制模块  50-51
  5.2 硬件平台组装  51-53
  5.3 本章小结  53-54
总结与展望  54-55
  1 总结  54
  2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
附录1 Arduino2009模块电路图  59-60
附录2 Arduino语言说明  60-63
附录3 总体程序  63-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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