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1、传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 目目 录录 1 目的及基本要求.0 2 编程基础练习.1 2.1 正弦波发生器.1 2.2 前面板，后面板之间的切换.1 2.3 求三个数的平均值.2 2.4 温度监测器.3 3 蝴蝶图设计原理 .5 3.1 机器人手臂基本原理.5 3.2 设计要求.9 3.3 设计步骤.9 4 机器人手臂的设计和仿真 .9 4.机器人设计前面板 .9 4.2 蝴蝶图的程序面板设计.10 4.3 在设计过程中遇到的问题.12 5 结果及性能分析 .12 5.1 机器人手臂的运行结果.12 5.2 性能分析.13 6 参考文献.14 传播优秀 Word
2、 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 1 1 目的及基本要求目的及基本要求 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 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 2 编程编程基础练习基础练习 2.1 正弦波发生器 图 1 练习1的前面板 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 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
3、、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 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 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 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 5 练习3的前面板 图 6 练习3的程序框图 2.4 温度监测器 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。 传播优秀 Wor
4、d 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 7 练习 4 的前面板 图 8 练习 4 的程序框图 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 3 3 蝴蝶图设计原理蝴蝶图设计原理 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
5、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 31 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 31 的阵列矢量表示：AP=px py pzT 。 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xB yB zB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
6、个坐标系中的位置 矢量满足下式，变换图如图 10： 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 10 平移变换 3.1.4 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 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=0.707 0.707 0T 转 30 度。： 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 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
7、 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： 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击
8、去除！ 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。 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 3.2 设计要求 手臂应满足下列要求： A
9、. 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 3D Picture Control 模块 rebot tree 模块 建立项 目模块和 joints 模块！ 输入控件（Controls）和显示控件（Indicator） ，利用输入控件可以输入 相应的数据，例如数字、布尔量、字符串和文件路径等。前面板中的一些控件既 可以作为输入控件也可以做作为显示控件。右击控件，选择 Change
10、 to Indicator 或 Change to Control 可以进行输入控件与显示控件之间的切换。更改控件属性， 编辑程序框图，进行对象连线，运行 VI，调试 VI。 在后面板中通过连线、放置运算符函数等完成各模块间的控制与联系，病 重新排列各个控件的位置，使界面美观、易懂！ 4 机器人手臂的设计和仿真 4.1 机器人设计前面板 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 12 机器人设计的前面板 4.2 蝴蝶图的程序面板设计 程序框图相当于程序的源代码,只有创建了程序框图后，该程序才能真正运 行。本系统采用模块化设计，所以整个系统软件层次清晰、易于理解、便于修 改
11、、利于开发新功能。 图 13 蝴蝶图设计的程序框图 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 14 robot tree 程序框图 图 15 picture control 程序框图 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 16 joint 程序框图 4.3 在设计过程中遇到的问题 在设计过程中，发现自己对很多控件不熟悉，找不到其位置。其次，对控 件的功能认识不够，导致连线屡屡出现错误。当程序编写完成后，不能运行， 经仔细寻找错误才发现，函数是在汉语状态下输入的，改正后终于得到了想要 的结果。在前面板的设计过程中，想使用一些修饰控件，可每次都把波形
12、覆盖， 后来才知道要把它设为移至后面状态。还有，开始对波形图的了解也不够，比 如网格的设置等等。不过，通过向同学学习，向老师请教，这些问题都迎刃而 解。蝴蝶图的设计，让我对虚拟仪器软件的使用更加熟悉。 5 5 结果及性能分析结果及性能分析 5.1 机器人手臂的运行结果 运行 VI 单击前面板或程序框图工具栏中的运行按钮 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 17 机器人手臂的运行结果 5.2 性能分析 通过改变前面板点数中的参数大小来改变机器人手臂的形状 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！ 图 21 前面板中点数的参量 6 6 参考文献参考文献
13、 1 labview 入门与提高.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11 2 labview 高级应用.赵品编著.人民邮电出版社.2000.11 3 labview 印刷电路板设计教程.肖玲妮编著.清华大学出版社 2003.8 4 labview 完全自学手册.龙马工作室编著.人民邮电出版社 2005.10.2 5 labview 虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战.李江全编著.人民邮 电 出版社 2005.10 6 labview 大学实用教程.Jeffrey Travis 编著.人民邮电出版社 2008 7 labview 程序设计教程.江建军编著.电子工业出版社 2008 8 虚拟仪器设计.詹惠琴等编著.高等教育出版社 2008 传播优秀 Word 版文档 ，希望对您有帮助，可双击去除！