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摘 要

现在技术水平正在蓬勃发展，各种产品也出现了。 机器人等高科技产品不断彻底的改变了技术。尤其在现代工业中，机器人广泛应用于各种复杂的环境。工业机器人是一种相对较新的科技产品，正在逐渐开始改变当代工业。 对于机器人来说，手腕是连接手爪和手臂的关节，是连接手和手臂的关键部分，其作用主要基于手臂的运动来使手部在空间的位置和姿态改变和调整，以便机器人能够做出复杂的位姿变换。本毕业设计为三自由度机械手腕，能够进行臂转，腕摆和手转三个自由度的转动。假设腕部末端结构，比较步进电机和伺服电机，最终选择直流伺服电机作为驱动电机。还对手腕的主要传动零件锥齿轮进行了详细设计。控制部分硬件选择了AT89C51单片机进行控制，软件通过C语言进行编程，还查找文献确定C语言控制电机正反转等程序。用SolidWorks软件对设计的结构进行三维建模与运动仿真。

关键词：三自由度 工业机器人 机械手腕

Three-joint mechanical wrist design and control (5kg load)

Abstract

Now the technology level is booming, a variety of products have appeared. High-tech products such as robots are constantly changing technology. Especially in modern industry, robots are widely used in a variety of complex environments. Industrial robots are a relatively new technological product that is beginning to change contemporary industry. For the robot, the wrist is the joint connecting the claws and arms, is the key part of the connection between the hand and arm, its role is mainly based on the movement of the arm to change the position and attitude of the hand in space changes and adjustments, so that the robot can make complex position changes. This graduation design is three degrees of freedom mechanical wrist, can carry on the arm turn, wrist swing and hand turn three degrees of freedom rotation. Assuming the end structure of the wrist, compare the stepper motor with the servo motor, and finally choose the DC servo motor as the driving motor. The main drive part cone gears of the wrist are also designed in detail. The control part of the hardware selected THE AT89C51 microcontroller for control, the software is programmed in C language, but also look for literature to determine the C language control motor is reversing and other programs. SolidWorks software to the design of the structure of 3D modeling and motion simulation.

Keywords: three degrees of freedom; Industrial robot; mechanical wrist

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1机器人手腕简介 1

1.2机器人手腕的国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 3

1.3研究内容与研究手段 5

第二章 机器人手腕的总体设计 7

2.1概述 7

2.2腕部的结构特点 8

2.2.1概述 8

2.2.2单自由度手腕 9

2.2.3二自由度手腕 9

2.2.4三自由度手腕 10

2.2.5柔顺手腕结构 10

2.3腕部的驱动机构 11

第三章 机械手腕部设计 12

3.1机械传动机构结构设计 12

3.1.1臂转运动 13

3.1.2腕转运动 13

3.1.3腕摆运动 14

3.2机械传动装置设计 14

3.2.1锥齿轮8,18的结构设计 14

3.2.2锥齿轮8,18的参数设计 15

3.2.3锥齿轮16,17的结构设计 16

3.2.4锥齿轮16,17的参数设计 16

3.3机械传动机构位姿描述与运动规划 17

3.3.1位姿描述 17

3.3.2运动规划 18

第四章 机械手腕的控制系统设计 20

4.1控制系统总体分析 20

4.2控制系统硬件设计 20

4.2.1三自由度机械手腕的技术参数列表 20

4.2.2电机的类型与选择 21

4.2.3 AT89C51单片机 22

4.2.4 驱动器与编码器 23

4.3控制系统软件设计 23

4.3.1 C语言的特点 24

4.3.2 C语言控制程序 24

第五章SolidWorks软件三维建模和运动仿真 26

5.1软件简介 26

5.2三维建模 26

5.3运动仿真 27

5.3.1臂转运动仿真 29

5.3.2腕摆运动仿真 30

5.3.3手转运动仿真 31

第六章 总结与展望 33

6.1经济分析 33

6.2安全和环保分析 34

6.3结论 34

6.4展望 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

1.1机器人手腕简介

工业机械手是最近几十年发展起来的一种新的科学技术，并且已经成为现代机械制造工业领域不可缺少的一个重要部分，有很大的发展前途。它可以做出人手的某些动作，可以按照人所想的设计来完成工作，大大的提高了劳动生产率。它不仅可以减轻人们日常的繁重工作，从而可以改变生产的自动化和机械化，还可以在比较复杂的环境下比如高压，高温，高强度等来操作，可以保护人的生命安全，所以不论是过去的行业，还是新兴行业都在广泛应用。

机械手腕是机械手重要的一部分。手腕是连接手爪和手臂的关节，是连接手和手臂的关键部分，其作用主要基于手臂的运动来使手部在空间的位置和姿态改变和调整，以便机器人能够做出复杂的位姿变换，来使机械手腕完成各种复杂的转动来达到预期的目标。它可以在空间上完成各个方向的转动。

1.2机器人手腕的国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

机器人手腕不仅在科学发明中，还在工业上都非常重要，所以现代科学家们对机械手腕部的研究投入很大，机械手腕也有很大的发展。我国很多高等学校和科研院所对机械手腕的研究也有重大的发现。

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