沈阳理工大学labview课程设计Word格式.docx
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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
1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:
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
3.1.4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:
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。
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(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ChangetoIndicator或ChangetoControl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
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、利于开发新功能。
图13蝴蝶图设计的程序框图
图14robottree程序框图
图15picturecontrol程序框图
图16joint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
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
图21前面板中点数的参量
6参考文献
[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.JeffreyTravis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
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