競賽機器人模塊化抓取系統設計 指導教師 孔繁征鄂明成 組員 唐亞洲李洪剛張碩趙旭昌時靖石維特 學院 機械與電子控制工程學院 目錄 1立項依據2創新點3研究內容4研究路線4 1機械部分4 1 1機械手的分類4 1 2機械手接口4 2控制部分4 2 1步進電機的選取4 2 2電機驅動電路設計4 2 3主控系統的選擇4 2 4傳感器融合4 2 5傳感器信息處理5項目可行性分析6經費預算7項目任務規劃8參考文獻 立項依據 機器人競賽是近年來國際上迅速開展起來的機器人技術對抗活動 縱觀近幾年的機器人競賽 機器人比賽任務的最終完成的好壞都取決于抓取機構的設計 對于抓取機構這部分 因每年比賽的主題不同 參賽的機器人在這方面的設計也是年年都在不斷的許多重復工作 而且由于學生的設計經驗不足導致了每年都會面臨許多類似的瓶頸問題 本課題旨在對機器人競賽中可能用到的抓取系統進行模塊化設計 研究各個抓取機構的性能及參數 為以后競賽機器人的抓取系統設計做技術參考同時設計出抓取系統與機器人其他模塊的接口 創新點 1 對于競賽機器人可用的抓取機構進行模塊化設計 可縮短整個機器人的設計和制作周期 同時也節約大量的人力 物力和財力 2 夾持機構的優化創新設計 3 機械手與機器人本體之間的接口模塊化設計 研究內容 1 研究多種夾持機構 最終完成智能機械手的機械本體制作 2 研究各個抓取機構的性能及參數 為以后競賽機器人的抓取系統設計做技術參考 3 設計出抓取系統與機器人其他模塊的接口4 整合優化不同特點的機械手 進行創新性設計 研究路線 機械部分 機械手的種類有很多種類型 但是怎樣對比賽中可能用到的抓取系統進行模塊化設計 還需在種類上進行細分并進行匯總 最后進行創新性研究設計 鉗爪式機械手 1 回轉式 這種手爪是目前使用最廣泛的一種 當手爪抓緊和松開工件時 做回轉運動 當被夾持物體大小變化時 要調整手爪位置才能保持物體位置不變 鉗爪式機械手 2 移動式 當手爪抓緊和松開工件時 只做平移運動 姿態不變 但夾持空間減小 由于夾持過程的摩擦力過大 產生一定的彈性變形 積聚的彈性變形的能量將是爪松開的時候產生不確定的偏移 吸盤式機械手 吸盤式機械手適用于有較高位姿精度要求的曲面物件的自動抓取 搬運和精密裝配 托持式機械手 對于重量大的工件 可以減少推動手爪的動力 同時可以提高搬運過程的穩定性 關節式機械手 關節式機械手主要用途是抓一些不同尺寸的工件 可以做成三爪式或其他形狀 但結構和控制較復雜 機械手與其他模塊的接口 控制部分 1 步進電機2 主控系統的選擇3 傳感器融合4 傳感器信息處理 1 步進電機 步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件 包括反應式步進電機 VR 永磁式步進電機 PM 混合式步進電機 HB 和單相式步進電機等 電機驅動電路設計 電動機的驅動主要取決于電動機功率和電機固有步距角 它表示控制系統每發一個步進脈沖信號 電機所轉動的角度 的大小 具體方案將根據所設計機械手的抓取能力選擇合適步進電機 2 主控系統的選擇 傳統的51單片機接口較少 主頻低 功耗大 編程操作復雜 且不適合構建多CPU體系結構ARM系列處理器是目前應用很廣的32位CPU 在工控 通信 機電 儀表 機器人等很多領域使用 具有強大的處理性能和速度 豐富的接口集成在芯片中 加入嵌入式操作系統后性能更可以充分有效的發揮更大的優勢 是主控CPU的優先選擇 3 傳感器融合 角位移傳感器 用于機器人與被抓取物之間角度的定位 壓力傳感器 用于機械手臂抓取應力大小的檢測 還有可能用到的傳感器包括空間定位陀螺儀 巡線紅外傳感器 限位光電對管及接近開關等 4 傳感器信息處理 如何將各路傳感信息的匯總并且分步處理 設計所選用的通信方式和通信協議綜合應用現場總線技術高精度檢測與控制技術應用 項目可行性分析 1 已經學習過三維制圖軟件Solidworks和仿真軟件ADAMS 根據往屆機器人比賽 從技術理論方面分析方案可以完成 2 已經完成單片機課程的學習和實驗 正在學習步進電機和現場總線等課程 根據理論基礎可以通過方案 3 競賽機器人的發展需要一種模塊化抓取機構 我們應該盡量減少制作成本 從實際應用和經濟支出方面分析方案可行 經費預算 文獻檢索及辦公用品費1000元實驗材料購買及電機購置6000元廠機械加工費2000元合計9000元 項目任務規劃 參考文獻 1 徐小云 顏國正 閆小雪 油氣管道檢測機器人 上海交通大學報 2003 11 2 費仁元 張慧慧 機器人機械設計和分析 3 何