服务机器人手臂模块化关节的研制

论文摘要

随着机器人技术的日益发展,服务机器人开始走向市场,但机器人商品化,标准化问题并没有很好的解决,一台机器人能完成任务的范围受其自身的机械结构的限制,而机器人的模块化正是解决该问题的关键技术之一。模块化机器人能够利用模块通过“搭积木”重构的方式重新组合,满足不同任务的需要。机器人模块化领域中,服务机器人模块化手臂越来越得到重视,结合国家863计划先进制造及自动化领域“助老助残机器人关键技术研究”重点项目的基础研究,本文研制了一种服务机器人手臂模块化关节。总体设计思想为机械传动与驱动控制一体化设计。该关节单元含有独立的控制,驱动和通信系统,能够完成一个自由度的回转运动。独特的机械结构设计实现电机驱动,运动控制一体化。合理的机械接口和电气接口,保证相邻两模块之间的机械方便,快捷,有效的连接和信号的传递。采用中心孔走线方式避免导线的磨损和绕线现象。控制系统是基于CAN总线结构,以AT89S52为主处理器,通过运动控制芯片LM629和功率放大芯片LMD18200的组合实现电机的驱动和运动控制。整个关节伺服控制器集驱动,控制和通信于一体化。最后,对模块化关节单元进行了实验。通过与上位机进行通信,验证了该模块化关节能够响应命令的准确性和通信控制的实时性。经过实验测试,本文所设计的模块化关节重1.32kg,输出力矩达2 N? m,重复定位精度为0.2019o,基本满足设计要求,采用高度集成设计思想,具有体积小,重量轻,结构紧凑,成本低等优点。±

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 模块化机器人技术的国内外综述
• 1.3 模块化设计的优势
• 1.4 课题研究意义和来源
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 手臂关节结构的模块化设计
• 2.1 引言
• 2.2 机器人手臂的模块化关节设计原理
• 2.2.1 机器人手臂模块的划分
• 2.2.2 机器人手臂关节模块设计准则和步骤
• 2.3 三维模型在模块化设计中的作用
• 2.4 模块化关节的功能分析
• 2.5 关节的模块化结构
• 2.5.1 关节的驱动和减速机构
• 2.5.2 关节的走线方式设计
• 2.5.3 关节的连接器设计
• 2.5.4 关节的组合
• 2.6 关节主要零部件的校核
• 2.6.1 关键零件的校核
• 2.6.2 轴承的校核
• 2.6.3 齿轮的校核
• 2.7 本章小结
• 第3章 关节控制器模块化设计
• 3.1 引言
• 3.2 关节伺服控制器设计方案
• 3.2.1 机器人关节伺服控制方法
• 3.2.2 关节控制器设计
• 3.3 单片机系统
• 3.4 电机伺服控制模块设计
• 3.4.1 LM629 的特点
• 3.4.2 LM629 的电路设计
• 3.5 电机驱动模块设计
• 3.5.1 电机驱动模块设计方案
• 3.5.2 LM18200 的电路设计
• 3.6 CAN总线通信模块设计
• 3.6.1 CAN总线通信节点的实现方法
• 3.6.2 基于单片机的CAN通信节点设计
• 3.7 电压转换模块
• 3.8 关节伺服控制器
• 3.9 软件系统总体程序结构和流程
• 3.10 LM629 软件设计
• 3.11 单片机CAN总线软件设计
• 3.11.1 CAN的初始化
• 3.11.2 CAN的数据传输
• 3.12 本章小结
• 第4章 服务机器人手臂模块化关节试验样机
• 4.1 模块化关节试验样机
• 4.2 模块化关节主要性能参数测试
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢