服务机器人手臂模块化关节的研制

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2N·m，重复定位精度为±0.2019°，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。

目录

服务机器人手臂模块化关节的研制

DESIGN OF THE MODULARIZED JOINT FOR THE MANIPULATOR OF SERVICE

摘 要

Abstract

目 录

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

2.3 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

2.6 关节主要零部件的校核

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

3.3 单片机系统

3.4 电机伺服控制模块设计

3.5 电机驱动模块设计

3.6 CAN总线通信模块设计

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

3.12 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

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢