摘要:随着机器人技术的发展，其应用领域正在逐渐扩大，从传统的工业领域向各个行业渗透，于是产生了服务机器人的概念。服务机器人手臂是服务机器人的主要执行机构，对于它的研究有着重要的意义。本课题拟开发的交通指挥手臂系统模型可代替人工在高温、烟尘和危险的作业区进行作业，可配合交通指挥灯代替人力指挥。

本课题设计的交通指挥手臂系统，主要包括交通指挥手臂的总体方案设计、机械手臂的机械结构设计以及驱动、控制系统设计等，实现了机械手手臂的五个自由度运动。设计中分析了交通指挥手臂系统的功能要求和现实意义，通过步进电机实现手臂关节的回转。设计的交通指挥手臂系统结构简单、便于操作，在可编程控制器的控制下完成预期的动作。

关键词  手臂系统；五自由度；可编程控制器

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 机械手概述-1

1.2 机械手的组成和分类-1

1.2.1 机械手的组成-1

1.2.2 机械手的分类-2

1.3 国内外发展状况-3

1.4 课题研究的主要内容-3

2 交通指挥手臂的设计方案-4

2.1 交通指挥手臂的座标型式与自由度-4

2.1.1 交通指挥手臂的坐标型式-4

2.1.2 交通指挥手臂的自由度-4

2.2 交通指挥手臂系统的驱动部分设计-5

2.2.1 驱动部分的设计-5

2.2.2 步进电机的选择-6

2.3 交通指挥手臂系统的结构方案设计-7

2.4 交通指挥手臂系统的主要参数-7

2.5 交通指挥手臂系统的技术参数列表-8

3 交通指挥机械手臂系统机械结构设计-9

3.1 交通指挥手臂系统动作原理-9

3.2 手腕关节设计-9

3.2.1 手部运动轨迹分析-9

3.2.2 手腕回转关节力矩计算与电机选型-9

3.2.3 手腕抬升关节力矩计算与电机选型-11

3.2.4 手腕部分的装配-12

3.3 手臂部分设计-13

3.3.1 手臂运动轨迹分析-13

3.3.2 手臂回转关节力矩计算与电机选型-13

3.4肩关节的设计-14

3.4.1 肩关节运动轨迹分析-14

3.4.2 肩部抬升关节力矩计算和电机选型-15

3.4.3 肩部回转关节力矩计算和电机选型-16

3.4.4 肩部机构的装配-17

3.5 头部和底盘的设计-18

3.5.1 头部和底盘运动轨迹分析-18

3.5.2 头部回转关节力矩计算和电机选型-18

3.5.3 底盘回转部分力矩计算和电机选型-19

3.6 步进电机及驱动器型号-21

4 交通指挥手臂控制系统设计-22

4.1 控制系统的结构分类-22

4.2 步进电机控制系统-22

4.2.1 步进电机控制系统组成和原理-22

4.2.2 步进控制系统的接线-23

4.3 指挥手臂系统的I／O分配及PLC选型-24

4.3.1 PLC型号的选择-24

4.3.2 指挥手臂系统的I／O口分配-24

4.4 基于PLC步进控制系统设计-26

4.5 PLC程序编制-26

4.5.1 PLSY指令简介-26

4.5.2 停止程序和脱机程序-26

4.5.3 右直行动作-27

4.5.4 左直行动作-27

4.5.5 左转弯动作-28

4.5.6 右转弯动作-29

4.5.7 停止动作-30

4.5.8 敬礼动作-31

结论-33

致谢-34

参考文献-35

附录 系统梯形图-36