五自由度工业机器人（包括设计说明书、CAD图纸、外文翻译全套毕业设计）

目　录

中英文摘要    ………………………………………………………………………2

绪论 …………………………………………………………………………………3

第一章              工业机器人的概述 ……………………………………………………4

    1.1　工业机器人的组成  ……………………………………………………4

1.2　工业机器人的分类  ……………………………………………………4

1.3　工业机器人的主要技术参数 ……………………………………………5

第二章　工业机器人的结构设计 ……………………………………………7

2.1         五自由度工业机器人的主要参数  ………………………………………7

2.2         五自由度工业机器人的结构  ……………………………………………7

2.3         五自由度工业机器人的动力计算  ………………………………………9

第三章　工业机器人的计算机控制系统 …………………………………19

3.1.  工业机器人控制系统的特点      ………………………………………19

3.2.  计算机控制系统的设计方案     ………………………………………19

3.3.  硬件电路的组成     …………………………………………………20

3.4.  电路接口说明    ……………………………………………………20

译文 ………………………………………………………………………………23

结束语   …………………………………………………………………………25

参考文献 …………………………………………………………………………26

中英文摘要

中文摘要：

         在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。本设计主要介绍关于工业机器人的一些基本常识和原理，包括工业机器人的组成、分类、主要技术性能参数和工业机器人的运动分析，并参考通用型机器人的结构，进行五自由度工业机器人的结构设计和其计算机控制系统的设计。本文所设计的可编程控制器控制系统主要是针对五自由度工业机器人的控制。可编程控制器是通过软件来实现控制的,只需改变软件就可以实现不同的控制要求。

关键词：五自由度，工业机器人，控制系统

Abstract:

         Industrially, automatic control systems are found in numerous applications, such as automation machine tool control, computer systems and robotics. Industrial robots are relatively new electromechanical devices that are beginning to change the appearance of modern industry. This scheme introduced some basic information and theory of the industrial robots. It is included that the composition of the robot, the group of the robot, the main capability of technology and some movement analyze of the robot. It consulted the structure of the common robot to design the structure and computer control system of five degrees of freedom industrial robot.

In this paper, the system is used for controlling the industrial robot of five degrees of freedom. The PLC is controlled by software, so some changes of software can fulfill variable requirement.

Key words : Five degrees of freedom, Industrial robot, control system

绪论

机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。

目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：

工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。

工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。

工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：

第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。

第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。

第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。

第一章                                        工业机器人的概述

1.1           工业机器人的组成

机械加工中使用的机器人大多是代替人上肢的部分功能，按给定的程序、轨

迹和要求进行工作。它主要由执行系统、驱动系统、控制系统及检测系统组成。

1.          执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需

的机械部件，它包括手部、腕部、机身和行走机构等。

（1）         手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。

（2）         腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。

（3）         臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的管理管理荷重，并把它传递到预定的位置。

（4）         机身：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。

（5）         行走机构：目前大多数工业机器人没有行走机构，本次设计“五自由度工业机器人”没有行走机构。

2.          驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的

机械传动、液压传动、气压传动和电传动。

3.          控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。

4.          检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。

1.2           工业机器人的分类

工业机器人的分类方法很多，这里主要以工业机器人的驱动方式、控制功能、

编程方式、控制机构、坐标形式、自由度数以及抓取重量的不同进行分类。

1.　按驱动方式分为液压传动，气压传动和电动。

2.　按控制功能分为重复型和智能型。

重复型机器人能够按照事前编制的程序重复自动的工作。目前，机械加工系统中应用的工业机器人几乎都是这种。

智能型机器人除具有重复型的功能外，还具有视觉、触觉、识别和判断

功能等。

3.          按编程方式分为可编程序式和示教再现式。

4.          按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。

点位控制是指机器人的运动，只控制空间点的位置，而不控制由一个定

位点到另一个定位点之间的运动轨迹。

             连续轨迹控制是指能控制机器人的运动轨迹为空间任意曲线。

5.          按控制机构分为开关型和佩服型。

开关型机器人是通过机械挡块、行程开关等电器触头的开关动作，得到

位置信号，从而控制运动部件定位。这种机器人结构比较简单，只能用于点位控制，难于实现复杂运动。

           佩服型机器人是根据连续输入指令，经过信号扩大，由佩服驱动机构控制运动。通常采用位置检测机构，检测机器人运动部件的位置和姿态变化，以控制机器人运动部件的准确定位。这种机器人可获得良好的运动特性，定位精度高，不仅适于点位控制，而且适于连续轨迹控制。

6.          按坐标形式分为直角坐标式机器人、极坐标式机器人、圆柱坐标式机器

人和多关节式机器人。

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