二自由度并聯(lián)機器人

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計 姓 名： 李霖李霖 學(xué) 號： 0307103071171171 學(xué) 院： 機電工程學(xué)機電工程學(xué)院院 專 業(yè)： 機械工程及機械工程及自動化自動化 設(shè)計題目： 二自由度并二自由度并聯(lián)機器人聯(lián)機器人 專 題： 指導(dǎo)教師： 楊雪鋒楊雪鋒 職 稱： 講師講師 二二 O 一一一一 年 六 月 徐州 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)院 機電工程學(xué)院 專業(yè)年級 機自 07-8 班 學(xué)生姓名 李霖 任務(wù)下達日任務(wù)下達日期：期：2011 年年3 月月 15 日日 畢業(yè)設(shè)計日畢業(yè)設(shè)計日期：期： 2011 年年3 月月 15 日日至至 2011年年 6 月月 21日日 畢業(yè)設(shè)計題

2、畢業(yè)設(shè)計題目：目：二自由度并二自由度并聯(lián)機器人聯(lián)機器人 畢業(yè)設(shè)計專畢業(yè)設(shè)計專題題目：題題目： 畢業(yè)設(shè)計主畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要要內(nèi)容和要求：求： 1. 機構(gòu)總體設(shè)計，繪制三維裝配圖 2. 平面 2-RRR 機構(gòu)的運動學(xué)、動力學(xué)分析； 3. 設(shè)計集驅(qū)動、控制、檢測三位為一體閉環(huán)電路，繪制電路圖 院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字： 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內(nèi)容 的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評 價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)

3、設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決 實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度； 總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書 評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決 實際問題的能力；工作量的大??；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度； 總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績 答 辯 情 況 回 答 問 題 提 出

4、問 題 正 確 基本 正確 有一般 性錯誤 有原則 性錯誤 沒有 回答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負責(zé)人： 年 月 日 摘 要 并聯(lián)機器人是一類閉環(huán)結(jié)構(gòu)的機器人，具有精度高、承載能力強等優(yōu)點，與串聯(lián)機 器人在結(jié)構(gòu)和性能方面形成互補，極大地擴展了整個機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著機器人高 速化和輕型化的發(fā)展要求，各構(gòu)件彈性變形給并聯(lián)機器人整體性能帶來的影響已經(jīng)不容 忽略，因此開展柔性并聯(lián)機器人方面的研究就成為當(dāng)前機器人領(lǐng)域的前沿課題。目前， 國內(nèi)外研究主要集中在理論研究而實驗研究卻很少。本文以平面2-RRR 并聯(lián)機器人為研 究對

5、象的平面精密工作臺設(shè)計。 平面2-RRR并聯(lián)微操作臺通過2條支鏈的相互配合控制動平臺中央針的微操作。本文 完成了平面2-RRR機構(gòu)的總體設(shè)計，硬件選型。主要是電動機，聯(lián)軸器，二級行星減速器， 主動桿，從動桿，動平臺，定平臺的設(shè)計。并用PEOE繪制了三維機構(gòu)圖。本文采用的伺 服電機驅(qū)動，由旋轉(zhuǎn)編碼器控制轉(zhuǎn)角。采用激光位移傳感器對動平臺中央針的位置進行 實時監(jiān)測。用單片機控制電路，實現(xiàn)了包括機器人回零限位、軌跡規(guī)劃與控制、系統(tǒng)狀 態(tài)監(jiān)測等主要功能對驅(qū)動，控制，檢測系統(tǒng)繪制了待反饋的閉環(huán)控制電路。 關(guān)鍵詞：并聯(lián)機器人；平面 2-RRR 機構(gòu)； 伺服電機驅(qū)動； 二級行星減速器； ABSTRACT Th

6、e parallel robot is akind of closed-loop robot that has many advantages such as low inetia and high accuracy. It is a complement to the serial robot in the structure and performance,and expands the application field of robotics. On the command of high-speed and lightness, the slastic deformations th

7、at have impacted on the performances of parallel robot can not be neglected. Therefore, the flexible parallel robot has become a new hotpot. At present, most of the studies are focused on theory, and experimental study is seldom. This article is based on a 3-RRR flexible robot system. THE 2-RRR plan

8、ar parallel micro-console through three branched-chain interaction with the central control of the moving platform pin micro-operations. This paper completed the 3- RRR planar body design, hardware selection. The Mainly design are motor, coupling, two planetary reducer, active bar, driven rods, the

9、moving platform and fixed platform . Three- dimensional Chart is drawed by PRO/E . Planar 3-RRR institutions is analysised by kinematics, dynamics ,and solved out of the bar and the moving platform position, velocity, acceleration and force. In this paper, the servo motor drive is used for power, an

10、d this paper use laser displacement sensors to the central moving platform for real-time monitoring of needle position. The drive, control and detection system to be drawn closed-loop feedback control circuit. KeyKey wordswords: parallel manipulators; 2-RRR mechanism; servo-motor drive; 目目 錄錄 1 1 緒論

11、緒論 .1 1.1 課題研究的背景和意義 .1 1.1.1 并聯(lián)機器人的特性 .1 1.1.2 并聯(lián)機器人的應(yīng)用 .1 1.1.3 課題研究意義 .3 1.2 平面 2-RRR 并聯(lián)微操作臺簡介 .4 1.2.1 機構(gòu)部分簡介 .4 1.2.2 驅(qū)動、控制、檢測部分簡介 .4 1.2.3 運動學(xué)、動力學(xué)仿真部分簡介 .4 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題.4 1.3.1 運動學(xué)研究 .4 1.3.2 動力學(xué)研究 .5 1.3.3 驅(qū)動系統(tǒng)研究 .5 1.4 課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線.6 2 2 平面平面 2-RRR2-RRR 機構(gòu)機構(gòu)的總體設(shè)計的總體設(shè)計 .7 2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .7

12、 2.2 桿組平臺幾何參數(shù)確定 .7 3 3 電路控制系電路控制系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)設(shè)計 .9 3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計.9 3.2 驅(qū)動組件選型.9 3.2.1MSA042C1C型伺服電機.9 3.1.2YL2 型凸緣聯(lián)軸器 .9 3.1.3 二級行星齒輪減速器.10 3.2 減速器的設(shè)計與計算.12 3.2.1 總傳動比的計算 .12 3.2.2 傳動形式選擇 .13 3.2.3 齒輪材料、熱處理工藝及制造工藝的選定 .13 3.2.4 傳動比的分配.13 3.2.5 高速級計算 .14 3.2.6 幾何尺寸計算.16 3.2.7 嚙合要素驗算 .17 3.2.8 齒輪強度校核 .18 3.2.9 c-

13、b 傳動 .25 3.3 低速級計算.30 3.3.1 低速級計算 .30 3.3.2 幾何尺寸計算.32 3.4 齒輪強度校核.34 3.4.1a-c 傳動 .34 3.4.2c-b 傳動 .44 3.4.3 輸入軸的設(shè)計與計算.50 3.4.4 伺服電機驅(qū)動器 .53 3.4.5 ABC-RII 型旋轉(zhuǎn)編碼器 .53 3.5 控制系統(tǒng)組件選型.53 3.5.1 AT89S52 單片機 .53 3.5.2 并行接口芯片 8255 .55 3.5.3 擴展鍵盤74HC573 .56 3.5.4 程序存儲器 29C010.57 3.5.5 數(shù)據(jù)存儲器 HY62256.58 3.5.6PLD 片選信號 16V8D.58 3.5.7 直流伺服電機的驅(qū)動與控制原理 .60 3.6 檢測系統(tǒng)組件