基于labview的机械人手臂设计.docx

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基于labview的机械人手臂设计

成绩评定表

学生姓名

王莉莉

班级学号

06

专业

通信工程

课程设计题目

基于labview的机器人手臂设计

评

语

组长签字：

成绩

日期

20年月日

课程设计任务书

学院

信息科学与工程

专业

通信工程

学生姓名

王莉莉

班级学号

06

课程设计题目

实践教学要求与任务:

1．学习LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧；

2．掌握简单LabVIEW程序的编程实现；

3．掌握简单通信系统设计和分析方法；

4．采用LabVIEW语言，实现相关分析。

（1）通过检索、查资料、调查研究、确定方案、画出组成系统结构方框图；

（2）采用LabVIEW实现相关分析；

（3）系统调试与改进，调整系统参数，分析系统运行结果；

（4）写出设计总结报告。

工作计划与进度安排:

19周（上）:

学习LabVIEW虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，掌握简单LabVIEW程序的编程实现，掌握简单通信系统设计和分析方法。

19周（下）:

采用LabVIEW语言，实现相关分析，并对系统进行性能分析。

指导教师：

201年月日

专业负责人：

201年月日

学院教学副院长：

201年月日

1目的及大体要求

熟悉LabVIEW开发环境，把握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方式和实现技术，运用专业课程中的大体理论和实践知识，采纳LabVIEW开发工具,实现相关分析实验设计和仿真。

要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，把握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方式和实现技术，使学生把握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做预备，为以后的学习及尔后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

手臂应知足下列要求：

A.自由伸缩；

B.自由360度旋转；

C.有关节，具有必然的握力。

（1）界面美观简练，程序应符合工程化思想。

（2）设计文档符合软件文档国标。

2相关分析原理与方案

分析原理

在描述物体（如零件、工具或机械手）间关系时，要用到位置矢量、平面和坐标系等，例如用3×1的位置矢量来确信空间内任何一点的位置，即关于直角坐标系{A}，空间内任何一点P的位置可用3×1的阵列矢量表示：

AP=[pxpypz]T

空间物体B的方位（Orientation）可由某个固接于此物体的坐标系{B}的三个单位主矢量[xByBzB]相关于参考坐标系A的方向余弦组成的3X3矩阵描述，即：

平移变换，坐标{A}和{B}有相同的方位，但原点不重合，则点P在两个坐标系中的位置矢量知足下式，变换图如图2：

，

旋转变换，坐标系{A}，{B}有相同的原点但方位不同，则点P的在两个坐标系中的位置矢量有如下关系，

给出任意旋转换，能够由下式求得进行等效旋转θ角的转轴，

即：

机械人手的运动向，接近矢量a：

夹持器进入物体的方向；z轴；方向矢量o指尖相互指向Y轴；法线矢量n：

指尖相互指向；x轴夹持器的关节为第六个，即位姿为T6,则：

运动位置和坐标，用柱面坐标表示结尾运动位置，则沿x平移r，绕z轴转a，沿z轴平移z的方程为：

即：

设计步骤

一、本设计有三个臂，别离从下到上是J1,J2，J3,。

再加上三个圆轴。

二、六个关节轴的输入值范围作了一个初略的限制，六个轴可输入值得范围如下：

一轴：

[-180180]，即-180≤θ1≤180（度），能够自由伸缩

二轴：

[-180180]，即-180≤θ2≤180（度）能够自由伸缩

三轴：

能够自由张开或归并

程序框图

此刻的一个机械人系统，一样由机械手、环境、任务、操纵器四个彼此作用的部份组成，其简化形式为下图1所示：

3相关分析设计和仿真

机械人手臂的实现

图2为完整框图后面板

图2完整框图

图3为前面板

图3前面板

机械人手制作的程序图4

图4机械人手制作程序图

机械人手臂旋转的程序如图5

图5机械人手臂旋转程序图

机械人关节颜色调整的程序如图6

图6机械人关节颜色调整的程序图

机械人手臂移动的程序如图7

图7机械人手臂移动的程序图

机械人各个关节的操纵程序如图8

图8机械人各个关节的操纵程序图

机械人手的张合如图9

图9机械人手的张合图

机械人手臂位置操纵图10

图10机械人手臂位置操纵图

4结果及性能分析

运行结果

1）操纵面板图11

图11操纵面板图

2）大臂的伸缩操纵（lengthA）

依照lengthA的大小不同值能够改变大臂的长短如图12

图12大臂的伸缩

手臂缩回如图13

如图13手臂缩回

3）小臂的伸缩操纵（lengthB）

依照lengthB的大小能够改变小臂的长短如图14

图14小臂的缩回

4）手的张合（ClawValue）

依照ClawValue的大小能够改变手的张合如图15

图15手的张开

5）大臂旋转（JointA）

JointA的值的大小能够操纵大臂的旋转如图16

图16大臂的旋转

6）小臂旋转（JointB）

JointB的值的大小能够操纵小臂的旋转如图17

图17小臂的旋转

性能分析

本课程设计通过研究两类问题。

1.动力学正问题：

已知机械手各关节的作使劲或力矩，求各关节的位移、速度、加速度、运动轨迹。

2.动力学逆问题：

已知机械手的运动轨迹，即各关节的位移、速度、加速度，求各关节的驱动力和力矩。

简单举例推到动力学方程，达到了利用LabVIEW编程，完成相应的信号分析与处置课题，学习分析有关问题方式的目的。

参考文献

[1]LabVIEW完全自学手册.龙马工作室编著.人民邮电出版社.

[2]LabVIEW与信号处置技术的应用.王新宇编著.北京邮电出版社.

[3]数字信号处置教程.程佩青编著.清华大学出版社.

[4]LabVIEW入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.

[5]LabVIEW高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.

[6]LabVIEW印刷电路板设计教程.肖玲妮编著.清华大学出版社.