買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 四自由度關(guān)節(jié)型機器人設(shè)計 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 班 級 職 稱 系 主 任 主管院長 院 20 5 月買文檔就送您 紙全套 ， Q 號交流 401339828 或 11970985 前 言 隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和經(jīng)濟全球化，國內(nèi)外的市場競爭將日趨激烈，企業(yè)必須走工業(yè)全面自動化的道路。機器人的出現(xiàn)，正是 順應(yīng)了工業(yè)自動化新階段 柔性化的社會需要，是社會經(jīng)濟發(fā)達的必然產(chǎn)物。機器人的產(chǎn)業(yè)化及其廣泛應(yīng)用，必將為社會帶來巨大的經(jīng)濟效益，把人類從繁重的體力勞動和有害環(huán)境中解放出來。 機器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛興趣。在新的世紀，機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。從近年世界機器人推出的產(chǎn)品看，未來工業(yè)機器人具有如下的發(fā)展趨勢： (1) 高級智能化 未來機器人與今天的相比最突出的特點在于其具有更高的智能。隨著計算機技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能工程技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，必將大大提高工業(yè)機器人學(xué)習知識和運用知識解決問題的能力，并具有視覺、力覺、感覺等功能，能感知環(huán)境的變化，做出相應(yīng)反應(yīng)，又很高的自適應(yīng)能力，幾乎能象人一樣去干更多的工作。 (2) 應(yīng)用廣泛化 在 21 世紀，機器人不再局限于工業(yè)生產(chǎn)，而是向服務(wù)領(lǐng)域擴展。社會的各個領(lǐng)域都可由機器人在工作，從而使人類進入機器人時代。根據(jù)專家預(yù)測，用于家庭的“個人機器人”必將在 21 世 紀得到推廣和普及，人類生活將變得更加美好舒適，模仿生物從事生物特點動作的仿生機器人將倍受社會青睞，警備和軍事用機器人也將在保衛(wèi)國家安全方面發(fā)揮重用的作用。 (3) 產(chǎn)品微型化 微機械電子技術(shù)和精密加工技術(shù)的發(fā)展為機器人微型化創(chuàng)造了條件，以功能材料、智能材料為基礎(chǔ)的微驅(qū)動器、微移動機構(gòu)以及高度自治的控制系統(tǒng)的開發(fā)使微型化成為可能。微型機器人可以代替人進入人本身不能到達的領(lǐng)域工作，幫助人類進行微觀領(lǐng)域的研究：幫助醫(yī)生對病人進行微循環(huán)系統(tǒng)的手術(shù)，使之可注入血管清理血液，清除病灶和癌變，尺寸極微小的納米機器人將不再 是夢想。 (4) 高精度、高可靠性 隨著人類對產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量的要求越來越高，對從事制造業(yè)或服務(wù)業(yè)的機器人的要求也相應(yīng)提高，開發(fā)高精度、高可靠性機器人是必然的發(fā)展結(jié)果。采用最新交流伺服電動機或 動機直接驅(qū)動，以進一步改善機器人的動態(tài)特性，提高性：采用 64 位數(shù)字伺服驅(qū)動單元和主機采用 32 位以上制，不僅可使機器人精度大為提高，也可以提高插補運算和坐標變換的速度。 機器人工業(yè)是一個正在高速崛起的產(chǎn)業(yè)，隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展和日臻完善，它必將在人類社會發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用。 買文檔就送您 紙全套 ， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 前 言 . i 摘 要 . 1 章 概述 . 1 機器人的發(fā)展概況 . 1 中國研制機器人情況 . 2 第 2 章 機器 人本體設(shè)計要求 . 3 設(shè)計的主要內(nèi)容與要求 . 4 論文內(nèi)容 . 4 設(shè)計要求 . 4 設(shè)計（論文）的主要技術(shù)指標和相關(guān)的技術(shù)參數(shù) . 4 技術(shù)指標 . 4 重要設(shè)計參數(shù) . 4 第 3 章 機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 5 由度及關(guān)節(jié) . 6 座及連桿 . 6 械手的設(shè)計 . 7 動方式 . 10 動方式 . 12 動器 . 13 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件 . 14 制系統(tǒng)模式的選擇 . 14 制系統(tǒng)的搭建 . 15 小 結(jié) . 23 參考文獻 . 24 致 謝 . 25 買文檔就送您 紙全套 ， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 本設(shè)計內(nèi) 容為四自由度關(guān)節(jié)型機器人，主要對關(guān)節(jié)型機器人的操作臂進行系統(tǒng)的設(shè)計，機器人的末端操作器即手指是可替換夾具，操作臂有四個自由度，可實現(xiàn)在工作空間范圍內(nèi)的物體的轉(zhuǎn)移，手爪一次可載荷 操作臂的動力源為舵機，總共有 5 個舵機，它們分別控制腰部旋轉(zhuǎn)，大臂、小臂、手腕的擺動，以及手爪張合，本文設(shè)計的四自由度關(guān)節(jié)型機器人可用于小工作空間內(nèi)完成對小質(zhì)量物體的轉(zhuǎn)移工作，同時也可以做為教學(xué)機器人。 關(guān)鍵詞：四自由度 ；操作臂；舵機 is on of is is a of in is to It is is of to be to in its as 4 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 1 章 概述 機器人（ 自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動?，F(xiàn)在，國際上對機器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。 機器人的發(fā)展概況 第一代遙控機械手 1948 年誕生于美國的阿貢實驗室，當時用來對放射性材料進行遠距離操作，以保護原子能工作者免受放射線照射。第一臺工業(yè)機器人誕生于 1956 年，是英格爾博格(控制技術(shù)與機械臂相結(jié)合的產(chǎn)物。當時，主要是為了克服串聯(lián)機構(gòu)累積的系統(tǒng)誤差，以便達到較高的空間定位精度，提出了示教再現(xiàn)的編程方式，從而使重復(fù)定位精度差不多比絕對定位精度提高了一個數(shù)量級。至今絕大部分使用中的工業(yè)機器人仍采用這種編程方式。第一臺工業(yè)機器人的商用產(chǎn)品誕生于 1962 年，當時，其作業(yè)僅限于上 、下料。爾后的發(fā)展比預(yù)想中的要慢。20 世紀 60 年代，美、英等國很多學(xué)者，把機器人作為人智能的載體，來研究如何使機器人具有環(huán)境識別、問題求解以及規(guī)劃能力，祈望使機器人具有類似人的高度自治功能，結(jié)果是始終停留在實驗室階段。其中美國著名的斯坦福研究所的眼車計劃，雖然形式上實現(xiàn)了心理學(xué)中典型的猴子和香蕉問題的求解，然而由于距離解決實際中的復(fù)雜問題太遠，因而得不到進一步的支持，只好于 1972年中止。 20 世紀 60 年代末至 70 年代中，世界上很多著名的實驗室、大學(xué)和研究所，如英國的愛丁堡大學(xué)人工智能實驗室，英國的斯坦福大學(xué) 、斯坦福研究所、麻省理工學(xué)院，以及日本的日立中央研究所等，都在致力了機器人裝配作業(yè)的研究，單純從技術(shù)出發(fā)模仿人進行的作業(yè)，或?qū)崿F(xiàn)看圖裝配，或自動裝配順序生成等。由于當時的工業(yè)水平還沒有發(fā)展到相應(yīng)的階段，無法解決所遇到的技術(shù)難題，另一方面因耗費巨大而無法得到應(yīng)用部門的支持。至 20 世紀 70 年代中，由于所訂目標過高，除了局部單元技術(shù)方面取得不少有意義的成果外，整體上說大部分研究沒有取得有意義的實際結(jié)果 2。 1968 年，日本川崎重工引進美國 司的 器人制造技術(shù)，開始了日本機器人的 時代，經(jīng)過近十年的努力，開發(fā)了點焊、弧焊及各種上、下料作業(yè)的簡易經(jīng)濟型機器人。成功地把機器人應(yīng)用到汽車工業(yè)、鑄塑工業(yè)、機械制造業(yè)，從而大大地提高了制成品的一致性及質(zhì)量，形成了一定規(guī)模的機器人產(chǎn)業(yè)。 20 世紀 70 年代，出現(xiàn)了更多的機器人商品，并在工業(yè)發(fā)達國家的工業(yè)生產(chǎn)中逐步推廣應(yīng)用。 1979 年公司 出了 列工業(yè)機器人，它的關(guān)節(jié)由電動機驅(qū)動，可配置視覺、觸覺、力覺傳感器，是技術(shù)較為先進的機器人。到 1980 年，全世界有 2買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 萬余臺機器人在工業(yè)中應(yīng)用。 20 世紀 80 年代工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)得到了巨 大的發(fā)展，但是所開發(fā)的四大類型機器人（點焊、弧焊、噴涂、上下料）主要用于汽車工業(yè)。工業(yè)化國家的機器人產(chǎn)值，以年均 20 40的增長率上升。 1984 年全世界機器人使用總臺數(shù)為 8 萬臺，到 1985 年底，己達 14 萬臺，到 1990 年已有 30 萬臺左右，其中高性能的機器人所占比例不斷增加，特別是各種裝配機器人的產(chǎn)量增加較快，和機器人配套使用的機器視覺技術(shù)和裝備也得到迅速發(fā)展。 1985 年前后， 司又先后推出了交流伺服驅(qū)動的工業(yè)機器人產(chǎn)品。隨著以提高質(zhì)量為目的的裝配機器人及柔性裝配線的開發(fā)成功，1989 年 機器人產(chǎn)業(yè)首先在日本，之后在各主要工業(yè)國呈發(fā)展趨勢。進人 20 世紀 90 年代后，裝配機器人及柔性裝配技術(shù)將進入大發(fā)展時期。 日本一直擁有全世界機器人總數(shù)的 60左右。到 1998 年，美國擁有機器人 8 萬臺，德國為 7萬多臺，分別占世界機器人總數(shù)的 15和 13左右。到 2000 年，服役的機器人總數(shù)約 100 萬臺。 機器人大都工作于結(jié)構(gòu)性環(huán)境中，即工作任務(wù)、完成工作的步驟、工件存放的位置、工作對象等都是事先已知的，而且定位精度也是完全確定的，所以機器人完全可以按事先示教編好的程序重復(fù)不斷地工作。當自動化進一步向建筑、采掘、 運輸?shù)刃袠I(yè)擴展時，其環(huán)境則是非結(jié)構(gòu)化的，不能事先確定，或至少不能完全確定，總?cè)蝿?wù)雖可事先確定，但如何去完成，要根據(jù)當時的實際情況來確定與制訂。因此，研究具有感知、思維，能在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中自主式工作的機器人就成了機器人學(xué)研究的長遠目標。實踐證明，要達到這一目標，還需經(jīng)過長時期的努力，等待 此重要技術(shù)有所突破，特別是機器視覺、環(huán)境建模、問題求解、規(guī)劃等智能問題上。因此， 20 世紀 80 年代末，各國把發(fā)展的目標調(diào)整到更現(xiàn)實的基礎(chǔ)上來，即把以多傳感器為基礎(chǔ)的計算機輔助遙控加上局部自治作為發(fā)展非結(jié)構(gòu)環(huán)境機器人的主要方向，而 把智能自治式機器人作為一個更長遠的科學(xué)問題去探索。 另外一個值得注意的方向是傳統(tǒng)機械的機器人化。日前，數(shù)控機床、工程機械、采掘機械等已開始向這一方向發(fā)展，進一步的發(fā)展將會帶來這些機械本身的革命。 綜上所述，機器人的發(fā)展已不局限于機器人本身，而將作為新一代整個機器的發(fā)展方向。 中國研制機器人情況 我國研究機器人的起步時間，其實并不比國外晚很多，大概在 20 世紀 70 年代前，當時，北京自動化研究所和沈陽自動化研究所相繼開展了機器人技術(shù)的研究工作，但是由于種種原因，機器人技術(shù)研究及應(yīng)用推廣在我國 十分緩慢。直到 90 年代初，也就研制了 150 臺左右，而且大部分是作為演示用的，不能在生產(chǎn)實踐中發(fā)揮作。這些機器人也是以示教型第一代機器人為主，這與當時世界25 萬臺的機器人總量相比，差距很大。造成這種現(xiàn)象的原因很多，其中與我國在機器人領(lǐng)域的研究買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 隊伍較小，機器人技術(shù)教學(xué)工作薄弱不無關(guān)系。從 90 年代開始，情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)。早期的“ 863”計劃已經(jīng)把機器人技術(shù)作為重要的攻關(guān)內(nèi)容，國家科委和國家自然科學(xué)基金委員會也都相繼資助了一批有關(guān)機器人的研究項目。在高等學(xué)校中，也陸續(xù)開展了機器人的教學(xué)課程和機器人技術(shù)的研究工作。到 目前為止，我國在機器人的技術(shù)研究方面已經(jīng)相繼取得了一些重要成果，在某些技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)接近國際前沿水平，比如，我國自行研制的水下機器人，在無纜的情況下可潛到水下 6000 米，而且具有自主功能，這一技術(shù)達到了國際先進水平。但是從總體上看，我國在智能機器人方面的研究可以說還是剛剛起步，機器人傳感技術(shù)和機器人專用控制系統(tǒng)等方面的研究還比較薄弱。另外，在機器人的應(yīng)用方面我國就顯得更為落后，國內(nèi)自行研制的機器人當中，能真正應(yīng)用于生產(chǎn)部門并具有較高可靠性與良好工作性能的并不多。（在這方面，北京自動化研究所研制的 噴漆機 器人可以說是國內(nèi)值得驕傲的一種機器人，其性能指標已經(jīng)與國際同類水平相當，而且在生產(chǎn)線上也經(jīng)過了長期檢驗，受到了用戶的好評，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。） 值得一提的是，最近幾年，我國在汽車、電子行業(yè)相繼引進了不少生產(chǎn)線，其中就有不少配套的機器人裝置。另外，國內(nèi)的一些大專院校和科研單位也購買了一些國外的機器人，這些“洋機器人”的引入，也為我國在相關(guān)領(lǐng)域的研究工作提供了許多借鑒。 第 2 章 機器人本體設(shè)計 要求 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 本課題所設(shè)計的機器人屬于 垂直 關(guān)節(jié)型機器人 ,具有四個自由度 :三個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) ,軸線相互平行 ,實現(xiàn) 平面內(nèi)定位和定向；一個移動關(guān)節(jié) ,實現(xiàn)末端件升降運動。具體機械系統(tǒng)由基座 、 手臂和末端執(zhí)行器三大部分組成 ,每一部分都有若干自由度 ,構(gòu)成了一個多自由度的機械系統(tǒng)?；哂谢剞D(zhuǎn)機構(gòu)(肩關(guān)節(jié) ),手臂由大臂、小臂組成 ,末端執(zhí)行器 (手部 )是一個鉗爪式手部結(jié)構(gòu)。 設(shè)計的主要內(nèi)容與要求 論文內(nèi)容 工業(yè)機器人系統(tǒng)設(shè)計包括機械系統(tǒng)的設(shè)計、控制系統(tǒng) 的設(shè)計。為配合機電一體化專業(yè)的需要，本次畢業(yè)設(shè)計的主要 完成 對 機器人 機械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計以及 控制系統(tǒng)的設(shè)計 。 設(shè)計要求 (1) 擬定（或評述）整體方 案，特別是傳感，控制方式與機械本題的有機結(jié)合的設(shè)計方案。 (2) 根據(jù)給定的自由度和技術(shù)參數(shù)選擇合適的手部，腕部，臂部和機身的結(jié)構(gòu)。 (3) 部分的設(shè)計計算 (4) 工業(yè)機器人工作裝配圖的設(shè)計與繪制。 (5) 編寫設(shè)計說明書。 (6) 設(shè)計要有現(xiàn)實意義，具有實用價值。 設(shè)計（論文）的主要技術(shù)指標和相關(guān)的技術(shù)參數(shù) 技術(shù)指標 (1) 抓重：額定抓取重量或稱額定負荷，單位為 (2) 自由度數(shù)目和坐標形式：整機、手臂和手腕等運動共有幾個自由度，并說明坐標形式。 (3) 定位方式：固定 機械擋塊、可調(diào)機械擋塊、行程開關(guān)，電位器及其各種位置設(shè)定和檢測裝置；各個自由度所設(shè)定的位置數(shù)目或位置信息容量 ;點位控制或連續(xù)軌跡控制。 (4) 夾持范圍（ 握力（即夾緊力）（ N）。 (5) 定位精度：位置設(shè)定精度及重復(fù)定位精度（ ）。 8 (6) 電路控制方法及程序容量。 重要設(shè)計參數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 如表 2 1 為本次設(shè)計的重要參數(shù) 結(jié)構(gòu)型式 垂直關(guān)節(jié)型 自由度 4 手爪張合 握緊 /放松 手腕彎曲 0 度 小臂擺動 0120 度 大臂擺 動 0120 度 腰部旋轉(zhuǎn) 50 度 工作空間半徑 300作空間高度 450大載荷 3 章 機器人的結(jié)構(gòu) 設(shè)計 該設(shè)計的目的是為了設(shè)計一臺 物料搬運 機器人，利用現(xiàn)有已經(jīng)報廢的焊接機器人，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 本文的中結(jié)構(gòu)設(shè)計主要偏向于對原有機構(gòu)的改造和機械手的設(shè)計。 由度及關(guān)節(jié) 圖 1 該機器人具有四個自由度 ，即腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，都為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)；還有一個用于夾持物料的機械手。 座及連桿 座 基座是整個機器人本體的支撐。為保證機器人運行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實心鑄鐵作支撐。 基座上面是接線盒子，所有電機的驅(qū)動信號和反饋信號都從中出入。接線盒子外面，有一個引入線出口和一個引出線出口。 臂 大臂長度 230體尺寸如圖 示： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 臂外形 臂 小臂長度 240體尺寸如圖 示： 圖 臂外形 械手的設(shè)計 工業(yè)機器人的手 又稱為末端執(zhí)行器，它使機器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾類： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 1） 夾鉗式取料手 （ 2） 吸附式取料手 （ 3） 專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （ 4） 仿生多指靈巧手 本文設(shè)計對象為 物料搬運 機器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需要設(shè)計能從不同角度抓取工件的鉗形指。 手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和夾緊工件，是通過手指的張開與閉合來實現(xiàn)的。該設(shè)計采用兩個手指，其外形如圖 示 圖 械手手指形狀 傳動機構(gòu)是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和平移形。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動機構(gòu)。圖 初步設(shè)計的機械手機構(gòu)簡圖（只畫出了一半，另外一半關(guān)于中心線對稱）。 圖 械手機構(gòu)簡圖 在圖 ， O 為電機輸出軸，曲柄 桿 塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)； 滑塊 B、連桿 桿 支架構(gòu)成滑塊搖桿機構(gòu)。通過兩個機構(gòu)串聯(lián)，使電機買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 最終驅(qū)動 來回擺動，從而實現(xiàn)手指的開合運動。 圖 的黑線和藍線表示機構(gòu)運行的兩個極限位置。 為便于手指的順利合攏，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，這樣還可以提供適當?shù)膴A緊力。 另外，在選用電機的時候，要使電機的功率足以克服彈簧的收縮和張開，并且提供足夠加緊物體的力。 圖 采用虛擬樣機軟件 分析所設(shè)計的機械手機構(gòu)的工作狀況。 圖 擬樣機場景 下面更進一步計算出所需要的電機力矩。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 矩變化情況 從圖 看到，起始階段須克服的彈簧力最大，電機轉(zhuǎn)矩必須大于 550N 為電機的挑選提供了一定的依據(jù)。 動方式 該機器人一共具有四個獨立的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，連同末端機械手的運動，一共需要五個動力源。 機器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機驅(qū)動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點見表 表 種驅(qū)動方式的特點對照 內(nèi)容 驅(qū)動方式 液壓驅(qū)動 氣動驅(qū)動 電 機 驅(qū)動 輸出功率 很大，壓力范圍為50 140，壓力范圍為 4860大可達 大 控制性能 利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制 氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制 控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜 響應(yīng)速度 很高 較高 很高 結(jié)構(gòu)性能及體積 結(jié)構(gòu) 適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較大 結(jié)構(gòu)適當，執(zhí)行機構(gòu)可標準化、模擬化，易實現(xiàn)直接驅(qū)動。功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 伺服電動機易于標準化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除 動機外，難以直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)緊湊，無密封問題 防爆性能較好，用液 防爆性能好，高于 設(shè)備自身無爆炸和火災(zāi)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 安全性 壓油作傳動介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險 10000 個大氣壓 )時應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環(huán) 境的防爆性能較差 對環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對環(huán)境有污染 排氣時有噪聲 無 在工業(yè)機器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人 適用于中小負載驅(qū)動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具 適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如 服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對環(huán)境溫度有一定要 求 方便 較復(fù)雜 機器人驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點，通常對機器人的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： 1）驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； 2）反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進行頻繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換； 3）驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??； 4）安全可靠； 5）操作和維護方便； 6）對環(huán)境無污染，噪聲要小； 7）經(jīng)濟上合理，尤其要盡量減少占地面積。 基于上述驅(qū)動系統(tǒng)的特點和機器人驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計要求，本文選用直流伺服電機驅(qū)動的方式對機器人進行驅(qū) 動。表 選定的各個關(guān)節(jié)電機型號及其相關(guān)參數(shù)。 表 器人驅(qū)動電機參數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 電機參數(shù) 腰關(guān)節(jié) 肩關(guān)節(jié) 肘關(guān)節(jié) 腕關(guān)節(jié) 手爪 型號 定電壓 18v 18v 18v 6v 6v 額定轉(zhuǎn)矩 m m m m m 最大轉(zhuǎn)矩 m m m 額定轉(zhuǎn) 速 7980980980460460高轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子慣量 9200200200動方式 由于一般的電機驅(qū)動系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過傳動機構(gòu)來增加力矩，提高帶負載能力。對機器人的傳動機構(gòu)的一般要求有： （ 1）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動功率和傳動比時體積最小，重量最輕； （ 2）傳動剛度大，即由驅(qū)動器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時角度變形要小，這 樣可以提高整機的固有頻率，并大大減輕整機的低頻振動； （ 3） 回 差要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度； （ 4）壽命長、價格低。 本文所選用的電機都采用了電機和齒輪輪系一體化的設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強的帶負載能力，但是不能通過電機直接驅(qū)動各個連桿的運動。為減小機構(gòu)運行過程的沖擊和振動，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動。 齒形帶傳動是同步帶的一種，用來傳遞平行軸間的運動或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動。 齒形帶傳動原理如圖 示。 齒輪帶的傳動比計算公式為 2112 齒輪帶的平均速度買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2211 a 圖 形帶傳動 動器 制動器及其作用： 制動器是將機械運動部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運動的機械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機械制動器和電氣制動起兩類。 在機器人機構(gòu)中，學(xué)要使用制動器的情況如下： 特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施 停電時，防止運動部分下滑而破壞其他裝置。 機械制動器： 機械制動器有螺旋式自動加載制動器、盤式制動器、閘瓦式制動 器和電磁制動器等幾種。其中最典型的是電磁制動器。 在機器人的驅(qū)動系統(tǒng)中常使用伺服電動機，伺服電機本身的特性決定了電磁制動器是不可缺少的部件。從原理上講，這種制動器就是用彈簧力制動的盤式制動器，只有勵磁電流通過線圈時制動器打開，這時制動器不起制動作用，而當電源斷開線圈中無勵磁電流時，在彈簧力的作用下處于制動狀態(tài)的常閉方式。因此 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 這種制動器被稱為無勵磁動作型電磁制動器。又因為這種制動器常用于安全制動場合，所以也稱為安全制動器。 電氣制動器 電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機 械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，同時也能通過其反過程來達到制動的目的。但對于直流電機、同步電機和感應(yīng)電機等各種不同類型的電機，必須分別采用適當?shù)闹苿与娐贰?本文中，該機器人實驗平臺未安裝機械制動器，因此機器人的肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動的時候，會因為重力因素而下落。另外，由于各方面限制，不方便在原有機構(gòu)上添加機械制動器，所以只能通過軟件來實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)的電氣制動。 采用電氣制動器，其優(yōu)點在于：在不增加驅(qū)動系統(tǒng)質(zhì)量的同時又具有制動功能，這是非常理想 的情況，而在機器人上安裝機械制動器會使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點在于：這種方法不如機械制動器工作可靠，斷電的時候?qū)⑹ブ苿幼饔谩?、 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件 制系統(tǒng)模式的選擇 構(gòu)建機器人平臺的核心是建立機器人的控制系統(tǒng)。首先需要選擇和硬件平臺，控制系統(tǒng)硬件平臺對于系統(tǒng)的開放性、實現(xiàn)方式和開發(fā)工作量有很大的影響。一般常用的控制系統(tǒng)硬件平臺應(yīng)滿足：硬件系統(tǒng)基于標準總線機構(gòu)，具有可伸縮性；硬件結(jié)構(gòu)具有必要的實時計算能力；硬件系統(tǒng)模塊化，便于添加或更改各種接口、傳感器和特殊計算機等；低成本。 到目前為止 ， 一般機器人控制系統(tǒng)的硬件平臺可以大致分為兩類：基于線（ 司 1981 年推出的第一代 32 位工業(yè)開放標準總線 ）的系統(tǒng)和基于 線的系統(tǒng)。近年來，隨著 性能的快速發(fā)展，可靠性大為提高，價格卻大幅度降低，以 為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被機器人控制領(lǐng)域所接受。 基于 控制系統(tǒng)一般包括單 制模式， C 的控制模式， 布式控制器的控制模式， 動控制卡的控制模式， 據(jù)采集卡的控制模式，由于基于采集卡的控制方式靈活，成本低 廉，有利于本文設(shè)計中的廢物利用，在程序和算法上可以自主編制各類算法，適合本課題研究的需要。因此本文選定 據(jù)采集卡的控制方式。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 制系統(tǒng)的搭建 圖 制系統(tǒng)框圖 控機 在此選用研華工業(yè)控制機 ,主頻 233存 128 兆， 32 位數(shù)據(jù)總線。底板有 9 個槽， 4 個 槽，帶 示器。其性能價格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護和升級。與普通個人計算機相比工業(yè)控制 有以下優(yōu)點： 芯片篩選要比一般個人計算機嚴格； 芯片驅(qū)動能力 較強； 整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于工業(yè)加強型，具有較強的防震和抗干擾性能； 對環(huán)境（如溫度、濕度、灰塵等）的要求要比一般計算機低得多。 據(jù)采集卡 在本設(shè)計中我們主要用到 研華 公司的 參數(shù)如下。 要特點 ： 路單端 12 位模擬量輸入 路 12 位模擬量輸出 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 采樣速率可編程，最快達 30帶 中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 要特點 ： 路獨立 D/A 輸出 位分辨率雙緩 沖 D/A 轉(zhuǎn)換器 路數(shù)字量輸入及 16 路數(shù)字量輸出 多種電壓范圍： +/+/0 +5V， 0 +10V 和 4 20流環(huán) 。 服放大器 在驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 過程 中，主要是對 伺服電機 的驅(qū)動，本文中利用報廢機器人上的機驅(qū)動關(guān)節(jié)，因此同樣選用 服電機驅(qū)動器（ 0/2）進行驅(qū)動，如圖 示，這是專門針對 機設(shè)計的伺服電機放大控制器，具有很強的控制 功能和穩(wěn)定性，電源電壓 1230v 之間， 1、 2 接線端子接伺服電機，直接給電機供電， 3， 4 接線端與電源相連， 7、 8 接控制電壓，通過數(shù)據(jù)采集卡輸出的模擬電壓信號進入這兩個接線端來控制電機的轉(zhuǎn)速大小和正反轉(zhuǎn)，13、 14 接測速計（本文中未用）， 3、 4、 10 之間是一個光耦合器，輸入“準備好”信號。在伺服控制器前面，有 5 個旋鈕調(diào)節(jié)器涌來調(diào)節(jié)電機的五個參數(shù)，下邊有 10 個 關(guān)，用來選擇控制器工作狀態(tài)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1234567891 01 11 21 31 41 51 6電 源控 制 電 壓測 速 計1234567891 0a i a O f f s e to n o f a x4 k 電 機圖 服放大器 接線及其調(diào)節(jié)示意 子板 不同的被測信號通過不同的傳送路線到采集卡，而采集卡在工控機機箱內(nèi)，不變直接連接到工業(yè)系統(tǒng)中的各種傳感器或執(zhí)行器。 端子板的主要作用有兩個： 端子板是采集卡與每一個信號調(diào)理電路或驅(qū)動裝置之間的電器連接部件，給每一路輸入、輸出信號提供單獨的信號線和地線，使每一路通道可單獨接通或斷開，系統(tǒng)檢修和排除故障時不必全部停止運行。 將每一路信號經(jīng)過各自的傳送路線到達端子板后，可以根據(jù)各路信號和傳送路線的特點，在端子板上對各路信號進行簡單的調(diào)理，如經(jīng)電阻衰減、分流或經(jīng)過 通 濾波后進入采集卡。 圖 示為端子板電路 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 子板電路 圖 示的電路圖中，為防止直流電機產(chǎn)生的噪聲影響電路的正常運行，使用了光電耦合器 4機電一體化技術(shù)中，光電耦合電路是重要的接口電路。 其中 過五路數(shù)字量輸出來控制電機電路的通斷， 過五路模擬量輸出來控制電機的正反轉(zhuǎn)和運行速度，另外 負責采集五個電位器的電壓，以此將電機的運行角度反饋給計算機。 位器及其標定 電 位器是一種可調(diào)電阻，也是電子電路中用途最廣泛的元器件之一。它對外有三個引出端，其中兩個為固定端，另一個是中心抽頭。轉(zhuǎn)動或調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動軸，其中心抽頭與固定端之間的電阻將發(fā)生變化。 本文采用的電位器是單圈的，也就是說各關(guān)節(jié)的運動角度小于 360，對于該機器人已經(jīng)足夠了。電位器安裝在機器人的各個關(guān)節(jié)輸出軸上，所以在關(guān)節(jié)角的運動范圍內(nèi)，電位計的輸出電壓和關(guān)節(jié)角是一一對應(yīng)的，存在著一定的函數(shù)關(guān)系。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 從理論上來講，電位器應(yīng)該是線性的測量元件，但由于電位器的滑動噪聲以及滑線電阻的工作過程中的磨損，這種函數(shù)關(guān)系并非理想的 線性關(guān)系，而是存在一定的偏移。電位器的標定就是根據(jù)在各個角度處測量的電壓值，擬合出一條直線， 近似替代真實的函數(shù)關(guān)系。 下面即是對各個關(guān)節(jié)的進行電位計標定。 電位器 1 的標定， 如圖 示： 圖 位器 關(guān)節(jié)角 1 與電位計 1 的函數(shù)關(guān)系： a=位器 2 的標定 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 圖 圖 示： 關(guān)節(jié)角 2 與電位計 2 的函數(shù)關(guān)系： a=位器 3 的標定 圖 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 3 與電位計 3 的函數(shù)關(guān)系： a= 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 電位器 4 的標定 圖 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 4 與電位計 4 的函數(shù)關(guān)系： a= 位器 5 的標定 圖 如圖 示： 電機 5 與電位計 5 的函數(shù)關(guān)系： a= ：以上標定工作都是在 電壓下測量的 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 源 電位器和伺服放大器都需要一定的電壓，特別是電位計是在 條件下工作的，穩(wěn)定的電壓對于保