智能多关节机械臂控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

机器人是当前科技变革最重要的领域之一，对人类社会的生产模式和生活方式产生了深刻影响。从机器人行业的兴起到机器人产业的大面积布局，再到机器人全面进入井喷式发展阶段，“机器换人”已不再是一个新鲜词汇。随着科技的发展与人类社会的进步,机器人在我们的生活中层出不穷，大到工业机器人，小到孩子们的玩具。目前，我国正在加快部署实施《中国制造2025》规划，实现制造业“智造”转型升级，机器人被列为重点发展产业。依照国家有关机器人产业的“十三五”发展规划，自主品牌机器人国产化率要达50%以上。机器手臂是近几十年来涌现的一种工业技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，可以看作广义的机器人，在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。在工业生产中应用机器手臂,可以提高劳动生产率,保证产品质量,减轻工人劳动强度,实现生产过程自动化。因此近年来工业机器手的应用越来越普遍。多关节机械臂是工业机器人的一种,其是利用机械模仿人的手臂,通过程序控制,实现一定功能的自动操作装置。在现代生产中,多关节机械臂可以替代人类进行繁重的机械化、自动化生产，特别是能在有毒有害等危险环境和高温高湿等恶劣环境下操作以保护工作人员的人身安全。目前，工业机器人已广泛应用于电力、冶金、机械、化工航天以及国防等领域。随着自动化水平的提高，机械臂在现代化工厂的在生产过程中担任着重要的角色。

随着机械臂的应用与发展，人们对机械臂的结构设计与操作也提出了更高的性能指标要求，例如高的负载自重比、运行强稳定性与安全性等。为了较好地完成对机械臂的控制，本课题的主要任务是根据预定的路径，通过单片机计算，将控制信号发送至机械臂控制系统，从而实现机械臂的远程自动化操作。这是一款智能多关节机械臂控制系统，系统主要包括机械系统、驱动控制及软件程序三个部分。

目前国内工业机械手主要用于机床加工，铸锻，热处理等方面，数量，品种，性能方面都不能满足生产发展的需要，因此,国内主要扩大机械手运用范围，重点发展铸锻，热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。随着机器人技术的不断发展，为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务，跟上智能化的步伐，机器人的操作终端，如机械臂、手爪的作用越来越重要。如今机械臂已经成为工业生产中不可或缺的一部分，它在各领域的应用越来越广泛，机械臂在生产生活中的大量运用，不仅使得人类生产效率有了大幅提高，同时也改善了工作环境，使人类的生活变得越来越智能化。另一方面，随着机械臂的应用与发展，对机械臂的结构设计与操作也提出了更高的性能指标要求，例如高的负载自重比、运行强稳定性与安全性等。在运用专业机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手，计算机控制机械手和组合式机械手等。国内外对发展这一新技术都很重视，几十年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种在不断的增加，运用领域也在不断的扩大。

2. 研究内容和预期目标

本课题将设计一个多关节的智能机械臂，用于拾取物体。主要工作部件及设计重点就是机械臂。第一，本课题将设计出该机械臂的大臂、小臂以及执行拾取动作的手爪；第二，设计出适于该机械臂的驱动、传动方式；最后，在此基础上将其控制系统设计出来。因此，本课题需要研究51单片机的工作原理及编程方法，掌握多关节机械臂的工作原理与使用方法。按照模块化设计思想，完成各功能模块与系统调试。

本课题的预期目标是通过单片机计算，将控制信号发送至机械臂控制系统，从而实现机械臂的远程自动化操作。

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用的研究方法：

4. 参考文献

1.徐彬.滑模变结构在单片机控制中的应用[j].新课程，2015，21:40-40

2.吴玉香.滑模控制理论及在移动机械臂中的应用[d].广东：华南理工大学，2006.doi：10.7666/d.y991742.

3.罗特.自主移动机械臂控制系统的设计及仿真[d].浙江工业大学，2017.

5. 计划与进度安排

2022年1月15日-2022年2月29日：有针对性的学习课题相关资料,学习单片机的工作原理和主要性能，熟悉掌握应用软件进行程序设计，设定实验方案，撰写开题报告。

2022年3月1日-2022年3月31日：初步编写试验程序，利用计算机中的电路仿真软件进行相关仿真工作。

2022年4月1日-2022年4月30日：进行电路制作及程序设计，并不断进行改进和完善，完成主设计内容。