智能关节驱动 开题报告.doc

2014 届毕业设计（论文）开题报告 二级学院： 电子信息与电气工程学院 班 级： 10 自 二 学 生： 顾 朝 娟 学 号： 指导教师： 王 雁 平 职 称： 副 教 授 课题名称 机器人智能关节驱动器 课题类型 √□ 毕业设计　 　　　　□ 毕业论文 起止时间 2014年3月10日~6月30日 开题报告 （毕业设计：含课题来源及现状、设计要求、工作内容、设计方案、技术路线、预期目标、时间安排及参考文献等。字数为3000以上。） （毕业论文：含课题来源、研究价值，国内外研究现状，研究内容，研究方法，研究思路，论文提纲，预期目标，时间安排及参考文献等。字数为3000以上。） 课题来源及课题现状： 课题来源：结合社会生产实践 课题现状：我国对机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步，“八五”、“九五“的科技攻关，已经基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。 机器人关节的种类有很多，根据机器人的功能不同，关节的配置和运动系统的形式也都各不相同。应用最多的工业机器人是多关节机器人，它主要是由多个回转关节和连杆组成，模拟人的肩关节、肘关节和腕关节等的功能。工业机器人关节根据输出运动形式的不同可以分为：移动关节和转动关节；根据传动机构的不同可以分为：齿轮传动、连杆传动和摆线针轮减速传动；根据驱动器形式的不同可以分为：电驱动关节、气压驱动关节、液压驱动关节和特种驱动关节等。 仿人机器人是当今机器人爱好者研究的热点之一，仿人机器人由于外型类人则其关节可以分为：上肢关节和下肢关节同时仿人机器人主要分为：仿人手臂型和仿人双足型。仿人手臂型主要是研究7自由度手臂、多自由度操作臂、多指灵巧手及手臂和灵巧手的组合。仿人双足型主要研究步行机构及步行特性，下肢关节结构是步行质量好坏的关键；双足机器人与其它轮式、履带式、爬行式移动机器人相比，由于其能够在复杂的非结构化环境中能行走，因而具有更高的灵活性和适应性。 仿生机器人一直是我国机器人领域的研究热点。对机器人鱼的研究集中在它的驱动单元上，因机器鱼有较高的液体推进性能，其推进方法可以是尾鳍或者胸鳍推进。尾鳍推进机器鱼游动速度快，但灵活性较差，胸鳍推进则使机器鱼游动速度慢，但稳定性高、机动性好。 微型机器人则是利用集成电路微细加工，将驱动器、关节传动装置以及传感器控制器和电源等集成在很小的多晶硅上。 工业机器人与仿人机器人的肩、肘、髋关节所不同的是自由度的个数。通常工业机器人的肩、肘、髋的关节的自由度均为1。 总体来看，机器人关节呈现出朝着大力矩、高精度、反应灵敏、小型化、机电一体化、标准化和模块化等趋势来发展。 设计要求： 1.设计一个智能6关节驱动器，该驱动器能够通过人机界面控制机器人关节的动作：正反发行运动、速度及精确位置控制、显示当前关节的实际位置以及6关节联动等； 2.可以通过人机界面人工设定电机的转速以及加速度等； 3.可以和上位机实现通信。 技术参数： 1.驱动器功率大于100W； 2.电机功率大于50W； 3.位置分辨率小于±0.36o； 4.电机转速：600-3000r/m。 整个装置要求有较好的工艺，能够可靠的演示。 三、工作内容： 1.系统硬件设计： 系统硬件设计主要包括：电机驱动器、轴角编码器、控制器、人机界面、关节减速电机和电源。 2.系统软件设计： 本课题的软件采用C语言或汇编语言进行编写；利用编译器进行编译及调试。 四、设计方案及技术路线： 设计方案： 1.硬件设计部分：系统可分为上位机监控和下位机执行两部分，采用分散控制集中管理的思想。如图1所示，图1为总系统的结构图： 图1 总系统结构图 下位机主要由单片机、运动控制器、驱动器、电机、光电编码器组成，每个从机所带动的各个运动控制器将控制信号经过驱动器进行信号放大，从而有足够的电压来驱动电机。又因为此课题是要对电机进行转速、位移以及加速度等信号的高精度控制，所以采用闭环控制：在电机上安装一个光电编码器，通过光电编码器来对电机当前位置的一个采集，然后反馈给电机运动控制器，这样就构成了下位机的系统如图2，图2是下位机的系统框图： 图2 下位机的系统框图 2.软件设计部分：整个系统的功能是在硬件电路配合软件的基础上来实现的，当硬件基本定型后，软件的功能也就确定下来了。 以软件的功能不同可分为两大类：一是上位机软件部分（主程序），它是整个系统的核心部分，专门用来协调各执行部件和操作者的关