四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器人的畢業(yè)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 四自由度 搬運(yùn)物料 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 摘要 :在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。 本文將設(shè)計(jì)一臺(tái)四自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的底座、大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，然后選擇合適 的傳動(dòng)方式、驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集卡和伺服放大器的選擇、反饋方式和反饋元件的選擇、端子板電路的設(shè)計(jì)以及控制軟件的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況、機(jī)器人的示教編程和在線修改程序、設(shè)置參考點(diǎn)和回參考點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： 機(jī)器人 示教編程 伺服 制動(dòng) 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 of a n on of in to As an of of of to of , of in In an is a of of of On I of AQ of be on of to of of in to 文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 引 言 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合 運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有 2 3 個(gè)自由度。控制系統(tǒng)是通過對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是 由單片機(jī)或 微控制芯片構(gòu)成，通過對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 第 1 章 緒 論 器人概述 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 “工業(yè)機(jī)器人”（ 多數(shù)是指程序可變（編 ）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。 機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。 有些 機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較 差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)器 人稱為通用機(jī)器人。 簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。 機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立 的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（ 它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)器人來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國(guó)外通常被稱之為“ 它是為主機(jī)服 務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)器人按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人以其結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)器人中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，世界一些著名機(jī)器人的本體部分都采用這種機(jī)構(gòu)形式的機(jī)器人。 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像 肌肉那樣 使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就 決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 示。 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)機(jī)器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動(dòng) - 傳 動(dòng) 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動(dòng) ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動(dòng) 裝 置單 關(guān) 節(jié) 伺 服 控 制 器關(guān) 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計(jì) 算 機(jī)圖 機(jī)器人的一般組成 對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必 然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖 示。 位 形 檢 測(cè)控 制 系 統(tǒng) （ 二 ）驅(qū) 動(dòng)傳 動(dòng)裝 置執(zhí) 行機(jī) 構(gòu)工 作 對(duì) 象智 能 系 統(tǒng)控 制 系 統(tǒng) （ 一 ）圖 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系 機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié) 力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī) (相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 器人的歷史、現(xiàn)狀 機(jī)器人首先是從美國(guó)開始研制的。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，端部裝有電磁鐵的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教型的。 日本是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自 1969 年從美國(guó)引進(jìn)兩種典型機(jī)器人后，大力從事機(jī)器人的研究。 目前工業(yè)機(jī)器人大 部分還屬于第一代，主要依靠人工進(jìn)行控制；控制方式則為開環(huán)式，沒有識(shí)別能力；改進(jìn)的方向主要是降低成本和提高精度。 第二代機(jī)器人正在加緊研制。它設(shè)有微型電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有視覺、觸覺能力，甚至聽、想的能力。研究安裝各種傳感器，把感覺到的信息進(jìn)行反饋，使機(jī)器人具有感覺機(jī)能。 第三代機(jī)器人（機(jī)器人）則能獨(dú)立地完成工作過程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系，并逐步發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) 和柔性制造單元 中的重要一環(huán)。 隨著工業(yè)機(jī)器人研究制造和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。國(guó)際工業(yè)機(jī)器人會(huì)議 定每年召開一次會(huì)議，討論和研究機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用問題。 目前，工業(yè)機(jī)器人主要用于裝卸、搬運(yùn)、焊接、鑄鍛和熱處理等方面，無(wú)論數(shù)量、品種和性能方面還不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。使用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作的，主要是在危險(xiǎn)作業(yè)（廣義的）、多粉塵、高溫、噪聲、工作空間狹小等不適于人工作業(yè)的環(huán)境。 在國(guó) 外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先制訂的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但還不具備傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)器人本身的損壞。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，針對(duì)于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對(duì)系統(tǒng)本身也提出越來(lái)越多的要求。制造業(yè)要求機(jī)器人系統(tǒng)具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和多品種、小批量的生產(chǎn)過程。計(jì)算機(jī)集成制造（ 求機(jī)器人系統(tǒng) 能和車間中的其它自動(dòng)化設(shè)備集成在一起。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平，要求機(jī)器人系統(tǒng)具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 力。然而，目前商品化的機(jī)器人系統(tǒng)多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計(jì)算機(jī)作為上層主控計(jì)算機(jī)，使用專用機(jī)器人語(yǔ)言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在 ，這種專用系統(tǒng)很難（或不可能）集成外部硬件和軟件。修改封閉系統(tǒng)的代價(jià)是非常昂貴的，如果不進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，多數(shù)情況下技術(shù)上是不可能的。解決這些問題的根本辦法是研究和使用具有開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)。 美國(guó)工 業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段： 為試驗(yàn)定型階段。 1963，萬(wàn)能自動(dòng)化公司制造的工業(yè)機(jī)器人供用戶做工藝試驗(yàn)。 1967 年，該公司生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人定型為 1900 型。 為實(shí)際應(yīng)用階段。這一時(shí)期，工業(yè)機(jī)器人在美國(guó)進(jìn)入應(yīng)用階段，例如，美國(guó)通用汽車公司 1968 年訂購(gòu)了 68 臺(tái)工業(yè)機(jī)器人； 1969 年該公司又自行研制出 工業(yè)機(jī)器人，并用 21 臺(tái)機(jī)器人 組成電焊小汽車車身的焊接自動(dòng)線；又如，美國(guó)克萊斯勒汽車公司 32 條沖壓自動(dòng)線上的 448 臺(tái)沖床都用工業(yè)機(jī)器 人傳遞工件。 至今一直處于 推廣應(yīng)用和 技術(shù)發(fā)展階段。 1970，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。 1970 年 4 月美國(guó)在伊利斯工學(xué)院研究所召開了第一屆全國(guó)工業(yè)機(jī)器人會(huì)議。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)大約 200 臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá) 60 萬(wàn)小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級(jí)機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（ 明了用小型計(jì)算機(jī)控制50 臺(tái)機(jī)器人的系統(tǒng)。又如，萬(wàn)能自動(dòng)公司制成了由 25 臺(tái)機(jī)器人組成的汽車車輪生產(chǎn)自動(dòng)線。麻省理工學(xué)院研制了具有有“手眼”系統(tǒng)的高識(shí)別能力微型機(jī)器人。 其他國(guó)家，如日 本、蘇聯(lián)、西歐，大多是從 1967， 1968 年開始以美國(guó)的“ “ 機(jī)器人為藍(lán)本開始進(jìn)行研制的。就日本來(lái)說(shuō)， 1967 年，日本豐田織機(jī)公司 引進(jìn)美國(guó)的“ ,川崎重工公司引進(jìn)“ 并獲得迅速發(fā)展。通過引進(jìn)技術(shù)、仿制、改造創(chuàng)新。很快研制出國(guó)產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國(guó)并超過其他國(guó)家。經(jīng)過大約 10 年的實(shí)用化時(shí)期以后，從 1980 年開始進(jìn)入廣泛的普及時(shí)代。 我國(guó)雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚 5，但是由于種種原因，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展比較慢。目前 我國(guó)已開始有計(jì)劃地從國(guó)外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，通過引進(jìn)、仿制、改造、創(chuàng)新，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)獲得快速的發(fā)展。 器人發(fā)展趨勢(shì) 隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的提高，機(jī)器人設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)一步得到加強(qiáng)，尤其當(dāng)機(jī)器人的生產(chǎn)與柔性化制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而改變目前機(jī)械制造的人工操作狀態(tài)，提高了生產(chǎn)效率。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 就目前來(lái)看，總的來(lái)說(shuō)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： 少重量和占用空間，加速機(jī)器人功能部件的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，將機(jī)器人的各個(gè)機(jī)械模塊、控制模塊、檢測(cè)模塊組成結(jié)構(gòu)不 同的機(jī)器人； 開發(fā)微動(dòng)機(jī)構(gòu)用以保證精度；開發(fā)多關(guān)節(jié)多自由度的手臂和手指；開發(fā)各類行走機(jī)器人，以適應(yīng)不同的場(chǎng)合； ，觸覺、視覺、聽覺、味覺、和測(cè)距傳感器等，用傳感器獲得工作對(duì)象周圍的外界環(huán)境信息、位置信息、狀態(tài)信息以完成模式識(shí)別、狀態(tài)檢測(cè)。并采用專家系統(tǒng)進(jìn)行問題求解、動(dòng)作規(guī)劃，同時(shí)，越來(lái)越多的系統(tǒng)采用微機(jī)進(jìn)行控制。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 第 2 章 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹及機(jī)械手的設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)一臺(tái) 物料搬運(yùn) 機(jī)器人，利用現(xiàn)有已經(jīng)報(bào)廢 的焊接機(jī)器人，本文的中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要偏向于對(duì)原有機(jī)構(gòu)的改造和機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 由度及關(guān)節(jié) 圖 機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖 該機(jī)器人有四個(gè)自由度，即腰關(guān)節(jié) 、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)，都為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)；還有一個(gè)用于夾持物料的機(jī)械手。 座及連桿 座 基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐。為保證機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，采用兩塊“ Z”字形實(shí)心鑄鐵作支撐。 基座上面是接線盒子，所有電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和反饋信號(hào)都從中出入。接線盒子外面，有一個(gè)引入線出口和一個(gè)引出線出口。 臂 大臂長(zhǎng)度 230體尺寸如圖 示： 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 圖 大臂外形 臂 小臂長(zhǎng)度 240體尺寸如圖 示： 圖 小臂外形 械手的設(shè)計(jì) 工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)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(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)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(jī)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(hào)交流 401339828 或 11970985 11 本文設(shè)計(jì)對(duì)象為 物料搬運(yùn) 機(jī)器人，并不需要復(fù)雜的多指人工指，只需要設(shè)計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指，其外形如圖 示 圖 機(jī)械手手指形狀 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí) 現(xiàn)夾緊和松開動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開 合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移型 。本文采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖 初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（只畫出了一半，另外一半關(guān)于中心線對(duì)稱）。 圖 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在圖 ， O 為電機(jī)輸出軸，曲柄 桿 塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊 B、連桿 桿 支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng) 來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動(dòng)。 圖 的粗線和細(xì) 線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個(gè)極限位置。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 為便于手指的順利 合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。 另外，在選用電機(jī)的時(shí)候，要使電機(jī)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(jī)軟件 分析所設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)的工作狀況。 圖 虛擬樣機(jī)場(chǎng)景 下面更進(jìn)一步計(jì)算出所需要的電機(jī)力矩。 圖 力矩變化情況 從圖 看到，起始階段須克服的彈簧力最大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩必須 大于 550N 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 為電機(jī)的挑選提供了一定的依據(jù)。 動(dòng)方式 該機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要五個(gè)動(dòng)力源。 機(jī)器人常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見表 表 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照 內(nèi)容 驅(qū)動(dòng)方式 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電 機(jī) 驅(qū)動(dòng) 輸出功率 很大，壓力范圍為50 140，壓力范圍為 4860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(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)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(shí)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(shí)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(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。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(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。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(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除 動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問題 安全性 防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于10000 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的 有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具 適用于中小負(fù)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(jī)器人，如 服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)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(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： 位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； 要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁 地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換； 移偏差和速度偏差要小； 聲要小； 其要盡量減少占地面積。 基于上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。表 選定的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)型號(hào)及其相關(guān)參數(shù)。 表 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù) 電機(jī)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(hào) 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 9200200200 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 轉(zhuǎn)子慣量 動(dòng)方式 由于一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加力矩，提高帶負(fù)載能力。對(duì)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般要求有： 具有相同的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比時(shí)體積最小，重量最輕； 由驅(qū)動(dòng)器的輸出軸到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時(shí)角度變形要小，這樣可以提高整機(jī)的固有頻率，并大大減輕整機(jī)的低頻振動(dòng)； 要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，這樣可以得到較高的位置控制精度； 格低。 本文所選用的電機(jī)都采用了電機(jī)和齒輪輪系一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能 力，但是不能通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)。為減小機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程的沖擊和振動(dòng)，并且不降低控制精度，采用了齒形帶傳動(dòng)。 齒形帶傳動(dòng)是同步帶的一種，用來(lái)傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。 齒形帶傳動(dòng)原理如圖 示。 齒輪帶的傳動(dòng)比計(jì)算公式為 : (2齒輪帶的平均速度 (22112 2211 a 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 圖 齒形帶傳動(dòng) 動(dòng)器 制動(dòng)器及其作用：制動(dòng)器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運(yùn)動(dòng) 的機(jī)械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機(jī)械制動(dòng)器和電氣制動(dòng)器 兩類 。 在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，需 要使用制動(dòng)器的情況如下： 止運(yùn)動(dòng)部分下滑而破壞其他裝置。 機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。其中最典型的是電磁制動(dòng)器。在機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)本身的特性決定了電磁制動(dòng)器是不可缺少的部件。從原理上講，這種制動(dòng)器就是用彈簧力制動(dòng)的盤式制動(dòng)器，只有勵(lì)磁電流通過線圈時(shí)制動(dòng)器打開，這時(shí)制動(dòng)器不起制動(dòng)作用，而當(dāng)電源斷開線圈中無(wú)勵(lì)磁電流時(shí)，在彈簧力的作用下處于制動(dòng)狀態(tài)的常閉方式。因此這種制動(dòng)器被稱為無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。又因?yàn)檫@種制動(dòng)器常用于安全制動(dòng)場(chǎng)合，所以也 稱為 安全制動(dòng)器。 電氣制動(dòng)器 :電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)也能通過其反過程來(lái)達(dá)到制動(dòng)的目的。但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。 本文中，該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)未安裝機(jī)械制動(dòng)器，因此機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和肘 關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩囟侣?。另外，由于各方面限制，不方便在原有機(jī)構(gòu)上添加機(jī)械制動(dòng)器，所以只能 通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘 關(guān)節(jié)的電氣制動(dòng)。 采用電氣制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)在于：在不增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì) 量的同時(shí)又具有制動(dòng)功能，這是非常理想的情況，而在機(jī)器人上安裝機(jī)械制動(dòng)器會(huì)使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械制動(dòng)器工作可靠，斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用。買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 制系統(tǒng)模式的選擇 構(gòu)建機(jī)器人平臺(tái)的核心是建立機(jī)器人的控制系統(tǒng)。首先需要選擇 硬件平臺(tái)，控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)的開放性、實(shí)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(tái)應(yīng)滿足：硬件系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)總線機(jī)構(gòu)，具有可伸縮性；硬件結(jié)構(gòu)具有必要的實(shí)時(shí)計(jì)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(jì)算機(jī)等；低成本。到目前為止，一般機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)總線 ）的系統(tǒng)和基于 線的系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著 性能的快速發(fā)展，可靠性大為提高，價(jià)格卻大幅度降低，以 為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被機(jī)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(dòng)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(jì)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。 制系統(tǒng)的搭建 圖 控制系統(tǒng)框圖 控機(jī) 在此選用研華工業(yè)控制機(jī) ,主頻 233存 128 兆， 32 位數(shù)據(jù)總線。底板有 9 個(gè) 4 個(gè) 槽，帶 示器。其性能價(jià)格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護(hù)和升級(jí)。與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比工業(yè)控制 有以下優(yōu)點(diǎn)：芯片篩選要比一般個(gè)人計(jì)買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 算機(jī)嚴(yán)格；芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)； 整機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于工業(yè)加強(qiáng)型，具有較強(qiáng)的防震和抗干擾性能；對(duì)環(huán)境（如溫度、濕度、灰塵等）的要求要比一般計(jì)算機(jī)低得多。 據(jù)采集卡 在本設(shè)計(jì)中我們主要用到 研華 公司的 參數(shù)如下。 要特點(diǎn) ： 16 路單端 12 位模擬量輸入 ； 2 路 12 位模擬量輸出 ； 采樣速率可編程，最快達(dá) 30帶 中斷的 A/D ； 16 路數(shù)字量輸出 。 要特點(diǎn) ： 6 路獨(dú)立 D/A 輸出 ； 12 位分辨率雙緩沖 D/A 轉(zhuǎn)換器 ； 16 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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過程 中，主要是對(duì) 伺服電機(jī) 的驅(qū)動(dòng)，本文中利用報(bào)廢機(jī)器人上的機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，因此同樣選用 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（ 0/2）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如圖 示，這是專門針對(duì) 機(jī)設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)放大控制器，具有很強(qiáng)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(jī)，直接給 電機(jī)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(hào)進(jìn)入這兩個(gè)接線端來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和正反轉(zhuǎn)， 13、 14 接測(cè)速計(jì)（本文中未用）， 3、 4、 10 之間是一個(gè)光耦合器，輸入“準(zhǔn)備好”信號(hào)。在伺服控制器前面，有 5 個(gè)旋鈕調(diào)節(jié)器用 來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的五個(gè)參數(shù)，下邊有 10 個(gè) 關(guān)，用來(lái)選擇控制器工作狀態(tài)。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 1234567891 01 11 21 31 41 51 6電 源控 制 電 壓測(cè) 速 計(jì)1234567891 0a i a O f f s e to n o f a x4 k 電 機(jī)圖 伺服放大器接線及其調(diào)節(jié)示意 子板 不同的 被測(cè)信號(hào)通過不同的傳送路 線到采集卡，而采集卡在工控機(jī)機(jī)箱內(nèi)，不便 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(gè)： 每一路輸入、輸出信號(hào)提供單獨(dú)的信號(hào)線和地線，使每一路通道可單獨(dú)接通或斷開，系統(tǒng)檢修和排除故障時(shí)不必全部停止運(yùn)行。 以根據(jù)各路信號(hào)和傳送路線的特點(diǎn)，在端子板上對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)理，如經(jīng)電阻衰減、分流或經(jīng)過 通濾波后進(jìn)入采集卡。圖 示為端子板電路 。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 圖 端子板 電路 圖 示的電路圖中，為防止直流電機(jī)產(chǎn)生的噪聲影響電路的正常運(yùn)行，使用了光電耦合器 4機(jī)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(lái)控制電機(jī)電路的通斷， 過五路模擬量輸出來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和運(yùn)行速度，另外 負(fù)責(zé)采集五個(gè)電位器的電壓，以此將電機(jī)的運(yùn)行角度反饋給計(jì)算機(jī)。 位器及其標(biāo)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(duì)外有三個(gè)引出端，其中兩個(gè)為固定端，另一個(gè)是中心抽頭。轉(zhuǎn)動(dòng)或 調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)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(shuō)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度小于 360，對(duì)于該機(jī)器人已經(jīng)足夠了。電位器安裝在機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)輸出軸上，所以在關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，電位計(jì)的輸出電壓和關(guān)節(jié)角是一一對(duì)應(yīng)的，存在著一定的函數(shù)關(guān)系。 從理論上來(lái)講，電位器應(yīng)該是線性的測(cè)量元件，但由于電位器的滑動(dòng)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。電位器的買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 標(biāo)定就是根據(jù)在各個(gè)角度處測(cè)量的電壓值，擬合出一條直線， 近似替代真實(shí)的函數(shù)關(guān)系。 下面即是對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的進(jìn)行電位計(jì)標(biāo)定。 電位器 1 的標(biāo)定 ，如圖 示： 圖 電位器 1 的標(biāo)定 關(guān)節(jié)角 1 與電位計(jì) 1 的函數(shù)關(guān)系： a=位器 2 的標(biāo)定 圖 電位器 2 的標(biāo)定 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 2 與電位計(jì) 2 的函數(shù)關(guān)系： a=文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 電位器 3 的標(biāo)定 圖 電位器 3 的標(biāo)定 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 3 與電位計(jì) 3 的函數(shù)關(guān)系： a= 位器 4 的標(biāo)定 圖 電位器 4 的標(biāo)定 如圖 示： 關(guān)節(jié)角 4 與電位計(jì) 4 的函數(shù)關(guān)系： a= 文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 電位器 5 的標(biāo)定 圖 電位器 5 的標(biāo)定 如圖 示： 電機(jī) 5 與電位計(jì) 5 的函數(shù)關(guān)系： a= ：以上標(biāo)定工作都是在 電壓下測(cè)量的 源 電位器和伺服放大器都需要一定的電壓，特別是電位計(jì)是在 條件下工作的，穩(wěn)定的電壓對(duì)于保證電位計(jì)反饋信號(hào)的真實(shí)性具有重大的影響；而伺服放大器是在12v30v 范圍內(nèi)工作的，電壓只要在此范圍內(nèi)即可。 本文采用 雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，可以提供 032v 電壓輸出和 02A 電流輸出。 這里設(shè)定兩路電壓輸出： 供給伺服放大器運(yùn)行， 保證電位計(jì)的正常工作。 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件 以上完成了機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)硬件的搭建，下面將通過設(shè)計(jì)控制軟件，使計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡有條不紊地向外部發(fā)送指揮信號(hào)，最終驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各個(gè) 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，使之按照人的意愿“工作”。 期的功能 且可以防止各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度超出預(yù)定的關(guān)節(jié)角范圍內(nèi)； 機(jī)器人在空間有一個(gè)固定的參考位置，可以回參考點(diǎn)。 現(xiàn)方法 以模塊化程序設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，以預(yù)期要實(shí)現(xiàn)的 功能 作為各個(gè)模塊，設(shè)計(jì)控制軟件。 從圖 以看出，工控機(jī) 通過 數(shù)據(jù)采集 控制。編程的任務(wù)其實(shí)就是用計(jì)算機(jī)控制數(shù)據(jù)采集卡使之 發(fā)出或獲取一系列數(shù)字量、模擬量。 研華 公司的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序中，附帶許多與板卡相關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以供使用，極大的方便了程序編寫。 本文采用了 +作為編程工具。 時(shí)顯示各個(gè)關(guān)節(jié)角及運(yùn)動(dòng)范圍控制 在 函數(shù)中， 設(shè)置定時(shí)器 , 然后在 數(shù)中， 通過調(diào)用 采樣電位器輸出電壓，通過前面的電位器標(biāo)定函數(shù)，換算出各個(gè)關(guān)節(jié)的角度，并顯示出來(lái)。 在 函數(shù)中（ ?表示 1， 2， 3， 4， 5）， 將換算出的角度與該關(guān)節(jié)預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)范圍作比較，看其是否在此區(qū)間內(nèi)，否則彈出警告對(duì)話框，并且自動(dòng)停止該關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。 流電機(jī)的伺服控制 對(duì)于大功率的直流電機(jī)，一般采用 制來(lái)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，這樣可以提高電路及電機(jī)的運(yùn)行效率，而本文中的電機(jī)功 率并不是很大，為方便期間，采用了線性控制方法來(lái)買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 25 調(diào)速。 以關(guān)節(jié) 1 為例 ， 與該 模塊 相關(guān)的函數(shù)有 , , ，它們分別表示用來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，其中電機(jī)的運(yùn)行速度靠輸入的電壓值調(diào)節(jié)；另外一個(gè)函數(shù) 是用來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置伺服控制，在預(yù)定的關(guān)節(jié)角范圍內(nèi)，電機(jī)可以運(yùn)行到任何一輸入的位置停止。 機(jī)的自鎖 前面在 中講到該機(jī)器人關(guān)節(jié)上未裝制動(dòng)器，所以必須 通過軟件 程序?qū)崿F(xiàn)關(guān)節(jié)的自鎖，尤其是肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié) 的自 鎖 。 解決思路：大臂和小臂在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)由于重力而掉落，在電機(jī)停止的時(shí)候卻會(huì)下落，因?yàn)殡姍C(jī)一旦停止，就失去了驅(qū)動(dòng)力矩，因此若想讓大臂和小臂停止在預(yù)定位置，應(yīng)該在此位置給關(guān)節(jié)電機(jī)施加一個(gè)電壓，讓它擔(dān)負(fù)起大臂或小臂，而不讓其由于重力而下落。但是，在不同的位置，重力對(duì)大臂或小臂的力矩不同，應(yīng)提供給電機(jī)的電壓也不同，如何選取電機(jī)的電壓呢？ 提供給電機(jī)的電壓小了，不足以抵抗重力的力矩；提供給電機(jī)的電壓大了，會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大臂或小臂上升；所以，最好能通過程序來(lái)自適應(yīng)選擇這個(gè)制動(dòng)電壓，方法有多種，下面是 本文的 設(shè)計(jì)過程 。 程序設(shè)計(jì)方法一： 在調(diào)用在 或 函數(shù)時(shí)，先給電機(jī)一個(gè) 0 電壓，使電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)力矩，同時(shí)調(diào)用 數(shù)獲得此刻的關(guān)節(jié)位置，然后延時(shí)一段時(shí)間比如 給電機(jī)一個(gè)小電壓，形成一個(gè)小的制動(dòng)力矩，通過采樣此刻位置看其是否能使關(guān)節(jié)制動(dòng)；如果不能，則使該電壓值按照一定的步長(zhǎng)線性增加，以增大制動(dòng)力矩；這通過一個(gè) 循環(huán)實(shí)現(xiàn)，如果采樣位置不再減小，則表示大臂或小臂已停止下落，可跳出循環(huán)。 下圖為程序流程圖 1： 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 26 圖 程序流程圖 1 方法一驗(yàn)證： 用方法一編寫的程序，調(diào)用 或 函數(shù)后，對(duì)于正在上升的臂可以實(shí)現(xiàn)很好的制動(dòng)，而對(duì)于下降的臂則不可靠，有時(shí)候下降的臂停止下落后會(huì)反彈又向上運(yùn)動(dòng)。 定性分析其原因是由于上升的臂在電機(jī)失去驅(qū)動(dòng)力矩后，在重力作用下會(huì)慢慢下落，下落初速度為 0，靜止后的速度變化不大，制動(dòng)時(shí)間短，容易制動(dòng)；而下降的臂失去驅(qū)動(dòng)力矩后，在重力作用下仍以原來(lái) 的速度下落，靜止后的速度變化較大，制動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，很容易使制動(dòng)電壓的線性增長(zhǎng)時(shí)，超過平衡重力所需要的電壓，從而導(dǎo)致反彈現(xiàn)象的發(fā)生，其實(shí)質(zhì)是由于電壓的超調(diào)造成的。 此后，針對(duì)這種反彈現(xiàn)象對(duì)程序作過多次修改，結(jié)果都不太理想，所以就嘗試換一種方法。 程序設(shè)計(jì)方法二： 方法二采用傳統(tǒng)的 制，電壓超調(diào)后還可以減小，可以避免反彈現(xiàn)象的發(fā)生。 下圖為程序流程圖 2： 調(diào)用 或 函數(shù) 使電機(jī)電壓為 0，并采樣此時(shí)位置，將電位器輸出值存放在 考慮到大臂或小臂上升時(shí)的慣性， 循環(huán)采樣一直到采樣值 出循環(huán)，表示 大臂或小臂已經(jīng)制動(dòng)在自鎖位置了 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 27 圖 程序流程圖 2 方法二驗(yàn)證 ： 由于方法二采用 制，需要選擇合適的比例、 積分、微分系數(shù)；另外還要選擇 循環(huán)中的延時(shí)時(shí)間 t 和循環(huán)次數(shù) n。 選擇結(jié)果： t=10, n=10;所以最終制動(dòng)時(shí)間為 n*t=100于方法二，其控制框圖如圖 示： 圖 方法二控制框圖 教編程及在線修改程序 調(diào)用 或 函數(shù) 使電機(jī)電壓為 0，并采樣此時(shí)位置，將電位器輸出值存放在 延時(shí) 次采樣，取得誤差量 入 環(huán) 延時(shí) 次采樣，取得誤差量， 使 e2=誤差積累 使電機(jī)輸出電壓 v=kp*e1+ki*用 數(shù)控制循環(huán)次數(shù)，經(jīng)過 出循環(huán)，大臂或小臂已停止下落實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 買文檔就送您 紙全 套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 28 設(shè)計(jì)方法：當(dāng)機(jī)器人停止在某個(gè)位置