六自由度机械臂自动取书装置论文.docx

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1、六自由度机械臂自动取书装置制作者：孔超指导教师：朱弘峰【内容摘要】：本文分析介绍了六自由度机械臂自动取书装置的设计，包括工作原理、各个模块的的设计，重点分析了技术方案，在项目制作过程中遇到的难点，编程的设计。【关键词】：六自由度、机械臂、编程1.项目背景及意义该项目来源于我们的日常生活的发现，在图书馆的日常管理中，我们发现当我们想借阅书本时，往往先通过系统查找自己想要借阅的书籍，然后去书库按照号码来寻找，但在寻找的过程中，有时会出现找不到书，或者废了好大劲才找到，我们发现人工取书并不能很好的满足图书借阅人的日常需求，因此亟需一个图书馆

2、自动取书装置，来实现书籍借阅的自动化。在国内外，自动取书装置还不够完善，最先近的德国也只是实现了书籍的自动传送，并没有涉及从书架取书的自动化装置。该装置能完成的任务有能够分辨不同的书籍；将指定的书籍从书架中取出以及把取出的书放在篮子里的一系列动作。2.工作原理六自由度机械臂自动取书装置的工作原理是由摄像头采集图像信号并传递给单片机，由单片机对图像信号进行处理，分辨出不同的书，然后控制机械臂上的舵机执行夹持书本的动作，最后将书放到指定位置。3.模块设计六自由度机械臂自动取书装置分为机械臂模块和摄像头探测模块，由单片机连接并控制。图1原理

3、图机械臂模块：由6个舵机和一个手抓组成。负责夹持书本的执行，由单片机予以控制。单片机：负责对摄像头信号的处理和对机械手的控制。摄像头：负责对不同书本的信号采集，并将信号传给单片机。23图2电气原理图图3程序流程图231.机构原理图4六自由度机械臂结构原理图如图4所示，基座和滑台组成一个移动副A，它们能够沿直线相对滑动；B是一个旋转副，在X-Y平面进行旋转；C是一个旋转副，在X-Z平面进行旋转；D是一个旋转副，在X-Z平面内进行旋转；E是一个旋转副，在Y-Z平面进行旋转；F是一个旋转副，在X-Z平面进行旋转；G是一个旋转副，在Y-Z平面

4、进行旋转。四、驱动原理1.电动滑台1)简介：电动滑台是直线滑台的一种，工业上又常称为电动缸，线性模组等，由直线滑台与马达驱动的结合构成。（我们采用的事步进电机马达驱动）通过马达驱动实现带动工件自动线性运动。通过多方向轴的组合，组成设备上的运动执行机构，这种机构常被称为：工业机械手、XYZ轴机械手、坐标轴滑台等。2)电动滑台的主要特点可以从4个主要参数表现出来：（1）精度：不同行业的对电动滑台精度要求不同，所以没有具体对电动滑台精度的规定，可以按照大型机床设备，和中小型机床来对精度进行分级。大型的机床一般精度在1米1丝上下。中小型机床设

5、备对精度要求一般高于0.1mm。（2）速度：电动滑台的速度一般使用时均小于理论值，因为其速度主要受到电动滑台上的负载影响，同时如果在生产过程中只最求速度，精度也会受到影响而下降。（3）负载：负载是主要影响电动滑台的精度和速度的主要元素之一。（4）行程：有效行程是指电动滑台上的滑块能滑动的有效路径长度。越长的电动滑台，负载带来的负面影响就越大。3)电动滑台采用不同传动方式的区别：（1）齿轮传动：1.因为是齿咬合，存在反向间隙；2.精度的一至性很难保证；3.运行速度较低；4.长时间运行机械磨损较大；5.齿间咬合振动较大，容易造成轴承磨损，

6、旋转轴断裂，且噪音较大；6.维护较多。（2）同步带传动：同步带式：电动滑台的传动方式由皮带和直线导轨辅助完成。1.刚性差；2.容易磨损，断裂；3.精度较低；4.推力小等。（3）丝杆传运：滚珠螺杆式：电动滑台的传动方式由滚珠螺杆，和直线导轨辅助完成。231.行程较短；2.速度较慢；3.高精度丝杆货期漫长，且全行程精度一至性难保证等。4）结构：由于不同的规格影响着电动滑台不同的结构发展，因此不能在电动滑台的规格上统一结构。但是从结构上可以分外部结构和内部结构。（1）电动滑台的外部结构分为：开放式和封闭式。开放式：电动滑台的受力部分主要集中

7、在中下部和两侧，将其传动部分裸露在外。封闭式：电动滑台的受力部分主要集中在外部材料，将其传动部分封闭起来。（2）电动滑台与马达的连接方式分为：间接式和直接式两种。（3）动力源一般选择步进电机和伺服马达，具体根据实际需求选定。5）总结我们采用封闭式的电动滑台，因为需要外部受力，所以我们把传动部分封闭起来，我们采用电动滑台和马达进行直接连接，动力源我们采用步进电机。如图所示(我们做了简单的示意图)：图5A是步进电机；B是电动滑台2.步进电机1）介绍步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转

8、速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个