沈阳理工大学_labview课程设计

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1、目录1目的及基本要求02编程基础练习12.1正弦波发生器12.2前面板，后面板之间的切换12.3求三个数的平均值22.4温度监测器33蝴蝶图设计原理53.1机器人手臂基本原理53.2设计要求93.3设计步骤94机器人手臂的设计和仿真94.机器人设计前面板94.2蝴蝶图的程序面板设计104.3在设计过程中遇到的问题125结果及性能分析125.1机器人手臂的运行结果125.2性能分析136参考文献141目的及基本要求熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实

2、现机器人手臂设计和仿真。要求首先完成LabVIEW基础程序练习,之后完成机器人手臂设计程序给出运行结果。2编程基础练习2.1正弦波发生器图1练习1的前面板图2练习1的程序框图2.2前面板，后面板之间的切换任意放置几个控件在前面板，改变它们的位置、名称、大小、颜色在VI前面板和后面板之间进行切换并排排列前面板和后面板窗口图3练习2的前面板图4练习2的程序框图2.3求三个数的平均值要求对三个输入控件等间隔并右对齐，对应的程序框图控件对象也要求如此对齐。添加注释分别用普通方式和高亮方式运行程序，体会数据流向。单步执行一遍图5练习3的前面板图6练习3的程序框图2.4温度

3、监测器当温度超过报警上限，而且开启报警时，报警灯点亮。温度值可以由随即数发生器产生。图7练习4的前面板图8练习4的程序框图3蝴蝶图设计原理3.1机器人手臂基本原理3.1.1机器人的构成与分类现在的一个机器人系统，一般由机械手、环境、任务、控制器四个相互作用的部分组成，其简化形式为下图9所示：任务控制器执行机构环境外传感器信息外传感器信息图9机器人系统框图机器人的分类方法很多，按机械手的几何结构来分，机器人可分为：柱面坐标、球面坐标、关节球面坐标机器人；若按机器人的控制方式来分，机器人可分为：非伺服和伺服机器人两种。若按机器人控制器的信息输入方式分，可分为手动、遥

4、控、智能的机器人。3.1.2机器人的坐标变换在描述物体（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的位置矢量来确定空间内任何一点的位置，即对于直角坐标系{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]相对于参考坐标系A的方向余弦组成的3X3矩阵描述，即：3.1.3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满足下式，变换图如图10：图10平移变换3.

5、1.4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，旋转图示如图11：图11旋转变换给出任意旋转变换，能够由下式求得进行等效旋转θ角的转轴，即：如一坐标系{B}与参考系重合，现将其绕通过原点的轴f=[0.7070.7070]T转30度。：3.1.5机器人的运动学机械手是一系列由关节连接起来的连杆构成的。将为机械手的每一个连杆建立一个坐标系，并用齐次变换来描述这些坐标系间的相对位置和姿态。若A1表示第一连杆对基坐标的位姿，A2表示第二连杆对第一个连杆的位姿。则第二个连杆对基坐标的位姿为T2=A1A2。3.1.6机器

6、手的运动方向如右图为机器人的夹持器，设：接近矢量a：夹持器进入物体的方向；z轴；方向矢量o：指尖互相指向Y轴；法线矢量n：指尖互相指向；x轴夹持器的关节为第六个，即位姿为T6,则：3.1.7运动位置和坐标用柱面坐标表示末端运动位置，则沿x平移r，绕z轴转a，沿z轴平移z的方程为：即：3.1.8机器人的动力学机器人的动力学是研究机器人的动力特性与力的关系，具体来说是研究两类问题。1.动力学正问题：已知机械手各关节的作用力或力矩，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

7、举例推到动力学方程：若两连杆机器人如下图所示，则对于连杆一：对于连杆二：二杆动能和势能分别为：系统的总动能和势能及拉格朗日函数分别为：分别求得：带入拉格朗日函数即可求得动力学方程。3.2设计要求手臂应满足下列要求：A.自由伸缩；B.自由360度旋转；C.有关节，具有一定的握力。D.界面美观简洁，程序应符合工程化思想。E.设计文档符合软件文档国标。3.3设计步骤编辑前面板，LabVIEW中的前面板是图形化的人机界面，利用控件选项板提供的各种控件合理放置3DPictureControl模块rebottree模块建立项目模块和joints模块！输入控件（Control

8、s）和显示控件（Indi