工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專用軟件開發(fā)

工業(yè)機(jī)器人本體機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專用軟件開發(fā)摘要隨著科學(xué)技術(shù)的開展，特別是電子技術(shù)的飛速開展和工業(yè)自動(dòng)化的開展，機(jī)器人技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，不僅可以減少手工操作的誤差，但也一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，一直保持均勻的速度去工作?，F(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人正逐步取代完成一些復(fù)雜的人工，對(duì)環(huán)境的高精度要求的工作，從而提高精度和效率。本文主要介紹了機(jī)械手，它被廣泛應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上，機(jī)器手的定位精度高，控制簡(jiǎn)單，可代替人工處理，局部實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，本文討論了機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并根據(jù)該機(jī)械手的特點(diǎn)及其性能要求，對(duì)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)控制設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)專用軟件AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,especiallytherapiddevelopmentofelectronictechnologyandthedevelopmentofindustrialautomation,roboticsinmodernindustrymoreandmorewidely,theapplicationofindustrialrobots,notonlycanreducemanualerrors,butithasbeeninmotion,hastoworktomaintainauniformvelocity.Industrialrobotsarenowbeinggraduallyreplacedbythecompletionofsomecomplexmanual,precisionrequirementsfortheworkenvironment,therebyimprovingtheaccuracyandefficiency.Thispaperdescribesthemechanicalhand,itiswidelyusedinindustrialrobots,robotpositioningaccuracy,simplecontrol,canreplacemanualprocessing,partialrealizationproductionautomation,itdiscussestherobotmechanicalstructure,therobotstructurewasanalyzed,andaccordingtothecharacteristicsoftherobotanditsperformancerequirements,themanipulatortoachievecontroldesigns.Keywords:Industrialrobots_mechanicalstructure_dedicatedsoftware摘要 I

Abstract II

1工業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 11．1國(guó)外的研究情況介紹 2

1．2國(guó)內(nèi)的研究情況介紹 3

2工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)建模 3

2．1UG設(shè)計(jì)軟件的介紹 4

2．2機(jī)器人設(shè)計(jì)坐標(biāo)系的構(gòu)建 5

3工業(yè)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)原理分析 6

3．1工業(yè)機(jī)器人的控制原理與特點(diǎn) 6

3．2工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析 7

3．3工業(yè)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì) 7

3．3．1機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 9

3．3．2傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10

3．3．3UG模型的設(shè)計(jì) 11

4工業(yè)機(jī)器人控制軟件開發(fā) 12

4．1軟件開發(fā)環(huán)境 13

4．2工業(yè)控制方式 14

5結(jié)論與展望 15

致謝16參考文獻(xiàn)171工業(yè)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀1.1國(guó)外的研究情況介紹機(jī)器人是起源于上世紀(jì)50年代，第二十一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，特別是近年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)的開展非常迅速，它的開展主要經(jīng)歷了三個(gè)主要階段，機(jī)器人的機(jī)器人被稱為艾滋病的第一代，其功能主要用于研究與推廣；第三代機(jī)器人傳感功能的第二代；1954，美國(guó)是智能機(jī)器人，第一通用機(jī)械手，由工程師喬治原型設(shè)計(jì)，機(jī)械手采用遙控器桿結(jié)構(gòu)，并結(jié)合伺服軸數(shù)控銑床，通過編程的方法使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化功能，這在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的開展史上具有里程碑的意義。第二代的機(jī)器人是機(jī)器人的感官功能，該機(jī)器人配備了許多內(nèi)部感知傳感器，傳感器能夠感知外界環(huán)境和作用對(duì)象，將信號(hào)反應(yīng)給控制器，提過信號(hào)分析控制器控制機(jī)械手的關(guān)節(jié)，正是因?yàn)闄C(jī)器人這樣的性能，可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如汽車制造業(yè)，機(jī)械加工。在生產(chǎn)和應(yīng)用后，出現(xiàn)了多種機(jī)器人用于各種目的不同的結(jié)構(gòu)，主要是在直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，造船，化工，電子業(yè)，主要從事一些比擬專業(yè)的生產(chǎn)工作，包括處理，焊接，組裝，目前，這種機(jī)器人占在全世界機(jī)器人比例70%，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球共有80萬(wàn)家企業(yè)單位，但在我國(guó)僅僅只有3000個(gè)單位，智能第三代機(jī)器人，該機(jī)器人不但能感知和識(shí)別外部環(huán)境，還具有做決策的能力，上世紀(jì)就已經(jīng)開始研究智能機(jī)器人，據(jù)專家分析，世界制造業(yè)的開展迅速，汽車和電腦和高科技產(chǎn)業(yè)促進(jìn)了它的快速開展，根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)和聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)，近幾十年，機(jī)器人技術(shù)開展迅猛，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，機(jī)器人技術(shù)的逐步成熟，產(chǎn)品品種，數(shù)量和質(zhì)量的增長(zhǎng)速度，全世界的機(jī)器人，每年超過10%的銷售增長(zhǎng)，特別是在新的世紀(jì)，增長(zhǎng)率到達(dá)20%，在世界所有地區(qū)，最著名的亞洲增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率到達(dá)43%。1.2國(guó)內(nèi)的研究情況介紹我國(guó)從上世紀(jì)70年代就開始了關(guān)于機(jī)器人技術(shù)的研究，它的開展分為3個(gè)階段：對(duì)70年代初期，80年的快速開展階段，逐漸普及期90年后，在1972中國(guó)開始開展工業(yè)機(jī)器人的工作，經(jīng)過努力，國(guó)家科研單位和高校開展各類通用機(jī)器人幾十個(gè)，如液壓伺服式，組合式，固定的節(jié)目類型，并開始研究機(jī)器人，80歲的時(shí)候，我國(guó)獲得機(jī)器人技術(shù)的突破，進(jìn)入了一個(gè)快速開展的時(shí)期，到90年代的十九，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加劇烈，傳統(tǒng)的設(shè)備已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，一些企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要使用機(jī)器人和其他自動(dòng)化設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，進(jìn)入新世紀(jì)，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷成熟，有了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過40年的開展，中國(guó)的機(jī)器人技術(shù)有了很大的提高，不僅開發(fā)的焊接，裝配，運(yùn)輸和其他各種用途的機(jī)器人，并通過機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地投資興建的國(guó)家資助的，為我們的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的根底，國(guó)內(nèi)從事機(jī)器人技術(shù)研發(fā)人才儲(chǔ)藏豐富，已設(shè)計(jì)一個(gè)大機(jī)器人的開發(fā)能力，產(chǎn)品性能已到達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，再加上我國(guó)人力資源豐富，加工本錢低，目前中國(guó)制造的機(jī)器人產(chǎn)品的性價(jià)比擬高，在市場(chǎng)上，競(jìng)爭(zhēng)更加劇烈，中國(guó)機(jī)器人技術(shù)研究主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面：一是初級(jí)教學(xué)機(jī)器人；二是機(jī)械智能化機(jī)器人；三是高級(jí)智能機(jī)器人；四是裝配機(jī)器人系統(tǒng)的兼容性問題；五是信息融合技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)目前，我國(guó)有上千家從事研究的相關(guān)技術(shù)與機(jī)器人的單位和企業(yè)。我國(guó)的機(jī)器人經(jīng)歷了起步和開展階段，如今機(jī)器人技術(shù)的開展很快，雖然還不成熟和完善，但是從機(jī)器人的研究成果和應(yīng)用開展的大體上看，我國(guó)與興旺國(guó)家相比，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用水平不占主導(dǎo)地位，除了機(jī)器人數(shù)量少，其他方面包括性能等都有著一定的差距，21世紀(jì)，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，企業(yè)之間，國(guó)與國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)趨于白熱化，所有企業(yè)，都在努力提高工業(yè)自動(dòng)化和信息化，因此工業(yè)機(jī)器人的需求變的很大很重要，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨的開展機(jī)遇和巨大的挑戰(zhàn)，所以我們需要做的是獨(dú)立的研究和開展，解決機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)問題，促進(jìn)提升產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程機(jī)器人，機(jī)器人技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在中國(guó)機(jī)器人技術(shù)方面我國(guó)很多企業(yè)都在開展國(guó)際交流與合作，爭(zhēng)取機(jī)器人技術(shù)到達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。2工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)建模機(jī)器人的操作〔機(jī)械手〕實(shí)際上是由假設(shè)干節(jié)相互串聯(lián)空間連桿機(jī)構(gòu)組成的桿連接，通過旋轉(zhuǎn)或形式移動(dòng)節(jié)點(diǎn)而工作。一端固定在底座上，另一端可在可達(dá)空間運(yùn)動(dòng)自由移動(dòng)，它可以連接不同的端部執(zhí)行器，完全掌握不同的需求，如焊接，組裝等。改變機(jī)械手末端姿態(tài)滿意通過各關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成特定的任務(wù)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)是位移之間的關(guān)系的研究，臂之間的鏈路速度和加速度，是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，軌跡規(guī)劃的根底上，掌握操作方案和控制的一系列問題，經(jīng)典的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)理論提供了必要的根底，關(guān)鍵的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的關(guān)節(jié)變量和的末端執(zhí)行器位姿關(guān)系的研究。研究了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的兩個(gè)。在幾何參數(shù)是的，和機(jī)器人手臂的其他成分，正運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算是基于關(guān)節(jié)變量〔位置，速度，加速度〕，解決機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置，相對(duì)于相反的基準(zhǔn)坐標(biāo)，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解決根據(jù)機(jī)器人末端的姿勢(shì)關(guān)節(jié)變量存在的姿勢(shì)，是否只有。機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題中發(fā)揮的一個(gè)重要組成局部的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)與控制，直接影響速度和控制精度。2.1UG設(shè)計(jì)軟件的介紹UG西門子公司出品的一個(gè)輔助制造的CAD系統(tǒng)，提供數(shù)字化建模和驗(yàn)證的方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的為用戶提供過程中，為用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)要求，UG提供的解決方案的實(shí)踐案例，UG很強(qiáng)大，可以構(gòu)建復(fù)雜的實(shí)體和其他，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開展，UG三維設(shè)計(jì)將成為主流，UG的開展開始于七月1990，是基于C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)具有足夠的靈活性，以支持多個(gè)離散格式，可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，UG的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)三設(shè)計(jì)水平，企業(yè)可以通過利用UGNX數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，工程和制造等全方位的管理軟件，主要有以下功能：工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格，使用NX建模，工程設(shè)計(jì)人員能夠快速創(chuàng)立和修改復(fù)雜的產(chǎn)品模型，你可以使用NX的渲染和可視化技術(shù)先進(jìn)，滿足外觀設(shè)計(jì)的審美需求；NX包括應(yīng)用模塊等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，具有高性能和機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖功能，以滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜建模的要求，NX包含專業(yè)設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)所需的管道設(shè)計(jì)模塊，鈑金設(shè)計(jì)模塊，模具設(shè)計(jì)模塊和其他工業(yè)領(lǐng)域，仿真和優(yōu)化，通過UGNX的使用，制造商可以通過仿真證實(shí)，和優(yōu)化的數(shù)字產(chǎn)品，通過數(shù)字仿真在開發(fā)周期的使用，可以有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少和消除施工設(shè)計(jì)，原型，并在周期變化的關(guān)系；該UG加工模塊提供了一個(gè)平等，友好的圖形窗口環(huán)境，用戶可以通過圖形方式，刀具路徑的運(yùn)動(dòng)觀測(cè)修改：對(duì)刀具路徑的例子是延伸，縮短或修改，該模塊還提供了一個(gè)通用的點(diǎn)加工編程功能，可用來(lái)鉆孔，攻絲和鎖孔，這個(gè)模塊允許接口根據(jù)柔性改性需求和定制的用戶，也可用于標(biāo)準(zhǔn)化工具庫(kù)的定義，加工參數(shù)模板庫(kù)進(jìn)行初加工，半精加工，精加工的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，以減少軟件過程和優(yōu)化的加工時(shí)間，UG軟件的各個(gè)模塊可以直接產(chǎn)生的物理模型的過程，并與實(shí)體模型保持一致；UGNX后置處理模塊的處理，用戶可以很容易地建立他們的處理程序處理后，可以應(yīng)用于所有當(dāng)前主流的數(shù)控機(jī)床和加工中心，多年來(lái)在實(shí)際應(yīng)用程序模塊已被證明具有很好的適用性，模具設(shè)計(jì)，注塑模具是軟件的一個(gè)重要模塊，集成了許多模具的設(shè)計(jì)和測(cè)試工具，使設(shè)計(jì)過程。誤差修正，該設(shè)計(jì)方法主要是基于主模型設(shè)計(jì)方法從上到下，和參數(shù)化建模和裝配技術(shù)引入到模具設(shè)計(jì)過程，使所有的局部模具可交互而設(shè)計(jì)和更新，還包括一個(gè)完整的模具標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的多個(gè)模具標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)件}生產(chǎn)，從而節(jié)省了大量的模具設(shè)計(jì)過程中對(duì)客戶的時(shí)間。2.2機(jī)器人設(shè)計(jì)坐標(biāo)系的構(gòu)建在使用D-H方法建立連桿坐標(biāo)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。對(duì)每個(gè)坐標(biāo)軸的原那么，Z軸與軸重合節(jié)點(diǎn)i，x軸與連桿連接軸常見的垂直重疊的兩端，如果在關(guān)節(jié)軸兩端的交叉口，為X關(guān)節(jié)軸的張法線方向的兩端的方向，除了飛機(jī)，活動(dòng)連桿桿坐標(biāo)系的桿固定在接頭。該機(jī)械手屬于關(guān)節(jié)型機(jī)。下面的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系統(tǒng)：表2.2-1設(shè)定坐標(biāo)系3工業(yè)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)原理分析3.1工業(yè)機(jī)器人的控制原理與特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人控制理論是一個(gè)領(lǐng)域的機(jī)械工程控制論，本質(zhì)上是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)〔機(jī)操作〕，具體地說(shuō)，它是在一定的外部條件的機(jī)器人系統(tǒng)的研究〔即輸入或鼓勵(lì)，包括外部控制和外部干擾的影響，從的角度來(lái)看〕系統(tǒng)的初始狀態(tài)，通過內(nèi)部的固有特性的經(jīng)歷〔由整個(gè)動(dòng)態(tài)過程取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定的特征；三〕對(duì)該系統(tǒng)的輸入輸出之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系的研究，可以滿足工業(yè)機(jī)器人控制的要求，一定速度下的軌跡跟蹤控制〔如噴漆，弧焊操作〕或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)〔PTP〕定位控制〔焊接，處理〕的精度要求，并在某些任務(wù)〔如研磨，組裝〕機(jī)器人提供了力/力矩，關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩UE命令的鼓勵(lì)，所以我們必須設(shè)計(jì)一些控制算法，以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)墓膭?lì)信號(hào)，以到達(dá)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的控制系統(tǒng)已在運(yùn)動(dòng)控制方面做了一些優(yōu)化，而且在許多具體的任務(wù)，計(jì)算機(jī)優(yōu)化算法和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型的控制技術(shù)已成為過去，近10年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人的控制模型，工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)生產(chǎn)的要求有較大的靈活性和智能性，特別是對(duì)于一些中小企業(yè)，需要解決更多的配置，規(guī)劃和環(huán)境的變化，即外部狀態(tài)的任務(wù)定義的需要，反應(yīng)和實(shí)時(shí)處理更復(fù)雜的功能。3.2工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)的力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，有兩個(gè)問題需要解決，一是前進(jìn)的動(dòng)力，根據(jù)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩或力，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)計(jì)算〔關(guān)節(jié)的位移，速度，加速度〕；另一種是逆動(dòng)力學(xué)問題，即節(jié)點(diǎn)位移，速度和軌跡相應(yīng)的加速度，必要的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩或力，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)求解的各種方法，這些方法都有其自身的特點(diǎn)，主要包括：拉格朗日方程的方法：通過動(dòng)態(tài)，潛在的變化和廣義力，機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程；牛頓歐拉方程：與旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件的質(zhì)心相對(duì)大規(guī)模的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件中心的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化，用動(dòng)態(tài)的方法來(lái)建立基于歐拉方程的牛頓動(dòng)力學(xué)方程。動(dòng)力學(xué)逆問題是基于節(jié)點(diǎn)位移，所需的關(guān)節(jié)力矩或力T的速度和加速度，考慮到計(jì)算量，改良的N這里使用的方程，在原有根底上的N-E方程的改良算法，所有成員的速度，加速度，慣性矩陣的時(shí)刻，質(zhì)心位置，力和力矩，在桿的坐標(biāo)系統(tǒng)，使計(jì)算更簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間不規(guī)模與機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)線性關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩，并與已無(wú)關(guān)的機(jī)器人配置，它是可能的在關(guān)節(jié)變量空間機(jī)器人實(shí)時(shí)控制算法，該算法是由兩局部組成：首先向外遞推計(jì)算各連桿的速度和加速度，慣性力和一個(gè)式連桿力矩，第二步進(jìn)遞推計(jì)算連桿的相互作用力和力矩，和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)F力或力矩。表3.2-1機(jī)械桿受力分析3.3工業(yè)機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)在本文中，設(shè)計(jì)要求：實(shí)用，具有較大的工作空間，機(jī)械手的扭腰不低于300度的活動(dòng)范圍，另一接頭不小于120度。不少于5公斤的負(fù)載能力，不超過25公斤的重量，與重復(fù)定位精度的外觀，不超過10mm。本工程采用了AGV小車的多自由度機(jī)械手的組合方式，擴(kuò)展了移動(dòng)機(jī)器人的工作空間，能夠適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境要求。5+1自由度機(jī)械手模塊的設(shè)計(jì)，包括腰部轉(zhuǎn)動(dòng)，臂挽著臂投球，投球，投球，小臂和手腕旋轉(zhuǎn)開閉牙。鋼絲繩的牽引傳動(dòng)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)。1.機(jī)械臂的設(shè)計(jì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)傳統(tǒng)常用的電機(jī)，減速器，萬(wàn)向節(jié)軸三直接連接，該機(jī)制要求電機(jī)與減速器安裝在機(jī)器人的關(guān)節(jié)附近的電機(jī)和減速器，成為上關(guān)節(jié)附加載荷下接頭，減少機(jī)械臂的外荷載的能力，從而提高整體重量，體積和內(nèi)部消費(fèi)。根據(jù)其自身的重量最大負(fù)載能力，使所有的機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)改良研究，鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有突出的作用。在機(jī)械手的自由結(jié)構(gòu)的多度，可以大大減少機(jī)械臂傳動(dòng)的承載能力和減弱驅(qū)動(dòng)組件使用鋼絲繩系列負(fù)載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行終結(jié)。雖然彈性降低了結(jié)構(gòu)的剛度具有一定的負(fù)面影響，但提供了一個(gè)被動(dòng)的柔性，在一些地區(qū)可以提高機(jī)械臂的自適應(yīng)能力。這一系列的鋼絲繩缺陷影響機(jī)制的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到下屬的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)疊加的前端的影響，有運(yùn)動(dòng)的耦合問題，提高運(yùn)動(dòng)控制解決方案的困難。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的n度的傳統(tǒng)系列立式關(guān)節(jié)的機(jī)械手的自由。本文限定所有關(guān)節(jié)軸均平行布置，且電機(jī)與減速器等驅(qū)動(dòng)件安裝在相關(guān)關(guān)節(jié)處。自由度n的傳統(tǒng)串聯(lián)型垂直關(guān)節(jié)機(jī)械臂的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。為討論方便，設(shè)定所有關(guān)節(jié)軸均平行布置，且電機(jī)與減速器等驅(qū)動(dòng)件安裝在相關(guān)關(guān)節(jié)處。定義相關(guān)參數(shù)如下：每節(jié)臂架具有相同長(zhǎng)度L〔m〕與質(zhì)量m〔Kg〕；各關(guān)節(jié)〔末端關(guān)節(jié)記為i=1〕的驅(qū)動(dòng)件質(zhì)量為Mi〔Kg〕，驅(qū)動(dòng)力矩為Ti〔Nm〕；機(jī)械臂末端對(duì)外負(fù)載為Mout〔Kg〕。各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)質(zhì)量與力矩定義為線性關(guān)系，M=a*T，a為常量，計(jì)算出來(lái)的最大力矩為：T=i*M*g*L+1/2(i*I*m*g*L)。從上文可知，各個(gè)關(guān)節(jié)承受力的力矩受負(fù)載、臂架的質(zhì)量，隨著自由度的增加，力矩隨著質(zhì)量的變化而呈線性關(guān)系。2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)和減速機(jī)安裝在驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)的根底地位，每個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)器人臂通過鋼絲繩的受力和力矩的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。以下是多關(guān)節(jié)臂結(jié)構(gòu)分解圖的傳輸。我的關(guān)節(jié)鋼絲皮帶輪固定在我臂，繩子開始環(huán)形繞組繞N~i+1個(gè)關(guān)節(jié)自由旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件庫(kù)的方法，最后固定在我聯(lián)合帶輪，以便從基地到遠(yuǎn)端封閉傳動(dòng)節(jié)臂的力量實(shí)現(xiàn)。通過鋼絲繩與滑輪環(huán)繞傳動(dòng)結(jié)構(gòu)可大大降低機(jī)械手臂的重量，克服了傳統(tǒng)多關(guān)節(jié)負(fù)荷的重量比低。表3.2-1機(jī)械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分解圖為比照討論方便，仍假設(shè)機(jī)械臂每節(jié)臂架具有相同長(zhǎng)度L〔m〕與質(zhì)量m〔Kg〕；各關(guān)節(jié)〔末端關(guān)節(jié)記為i=1〕的驅(qū)動(dòng)力矩為Ti〔Nm〕，鋼絲繩牽引力為iF〔N〕；機(jī)械臂末端對(duì)外負(fù)載為Mout〔Kg〕。同時(shí)假定鋼絲繩帶輪具有相同的半徑r〔m〕。由于環(huán)形纏繞的特點(diǎn)，第i關(guān)節(jié)的鋼絲繩對(duì)第i關(guān)節(jié)產(chǎn)生Ti驅(qū)動(dòng)力矩的同時(shí)，對(duì)第i+1~n關(guān)節(jié)處也產(chǎn)生同樣大小的附加力矩，存在力矩的疊加。自由度是機(jī)器人的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，該機(jī)器人結(jié)構(gòu)決定，將直接影響到機(jī)器人的靈活性和可控性。自由意味著機(jī)器人相對(duì)于參考系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，端部執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)自由度和自由的運(yùn)動(dòng)是可以忽略的。如果該機(jī)器人可以到達(dá)任何空間位置和姿態(tài)的要求，它應(yīng)該具有6個(gè)自由度。對(duì)末端執(zhí)行器的任意位置可達(dá)工作空間，一般的手臂需要至少三個(gè)自由度。雖然六個(gè)自由度可以使機(jī)器人的位姿，但可以根據(jù)不同的實(shí)際使用的不同自由度的選擇，可以是小于或大于六度的自由。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu)自由度的機(jī)器人定位的需要，出現(xiàn)冗余自由度的自由度機(jī)器人，冗余度增加靈活性，防止碰撞和改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能良好，但也增加了編程的難度，并會(huì)引起下降的結(jié)構(gòu)剛度和運(yùn)動(dòng)精度?？紤]物流系統(tǒng)掌握操作的特點(diǎn)，在大多數(shù)情況下，機(jī)械手的正抓住物體，不需要橫向爬行，所以自由能消除機(jī)械手搖擺，只有兩個(gè)自由度來(lái)確定的手勢(shì)。這樣的設(shè)計(jì)可以使機(jī)器更簡(jiǎn)單，減少了機(jī)械臂的自重。綜合考慮，機(jī)器人手臂的設(shè)計(jì)腰部轉(zhuǎn)動(dòng)，臂挽著臂投球，投球，投球的手臂，手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)和開閉牙5+1個(gè)自由度，包括三個(gè)自由度來(lái)確定機(jī)械臂的位置，兩個(gè)自由度來(lái)確定的手勢(shì)，一個(gè)度叼紙牙開閉自由，重力的方向展開結(jié)構(gòu)整體使用。3.4UG模型的設(shè)計(jì)表3.4-1機(jī)械結(jié)構(gòu)圖旋轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng)腰關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)。第一交流電機(jī)與蝸輪蝸桿減速器減速和增大輸出扭矩連接，動(dòng)力傳遞到小齒輪箱輸出軸轉(zhuǎn)速，大齒輪和小齒輪與大齒輪，腰部的底盤，和手腕部固定在底盤上，來(lái)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂上水平面通過這種權(quán)力轉(zhuǎn)移。位置傳感器安裝在軸上的位置傳感器，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)與腰圍到達(dá)極限和零位。表3.4-2傳動(dòng)腰設(shè)計(jì)圖在機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如下圖，為機(jī)器人臂軸主傳動(dòng)軸，所有的機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)通過傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。大臂，臂小臂，這是通過鍵和減少連接到電機(jī)箱，正確的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，齒輪箱通過同步帶輪將動(dòng)力傳輸?shù)疥P(guān)節(jié)軸。大，中，小臂空心管結(jié)構(gòu)，在臂小臂，驅(qū)動(dòng)軸纏繞鋼絲繩V螺旋滾筒結(jié)構(gòu)。在通過鎖緊裝置固定在臂軸鋼絲繩的一端連接結(jié)構(gòu)的行星環(huán)，控制臂的運(yùn)動(dòng)；隨著手臂運(yùn)動(dòng)原理的小型武器。在這種結(jié)構(gòu)中，通過對(duì)軸承，相互獨(dú)立，互不干預(yù)各軸之間運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)緊湊和有效的。表3.4-3驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)圖手上有兩個(gè)自由度，開放和關(guān)閉的手腕和手的旋轉(zhuǎn)。一方面要求的力矩小，一個(gè)小的直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，和嵌入式設(shè)計(jì)〔臂圓管〕。直流電機(jī)位置檢測(cè)是通過在齒輪固結(jié)線性電位器的電壓降低，對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)角間接測(cè)量。手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)通過電機(jī)輸出軸通過減速器驅(qū)動(dòng)，通過齒輪減速器的電動(dòng)機(jī)夾持開放帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)螺母的動(dòng)作是用螺栓連接，螺母夾爪通過螺栓，彎曲和小臂連接作為一個(gè)支點(diǎn)，螺母垂直運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。集成的嵌入式上臂內(nèi)側(cè)張緊裝置，驅(qū)動(dòng)軸和從動(dòng)軸之間的鋼絲線。固定塊通過螺釘固定在大臂，通過調(diào)節(jié)螺栓安裝在導(dǎo)軌固定塊推力桿，可沿。通過從大臂外旋入固定塊滑道孔的調(diào)節(jié)螺栓的螺紋，連接到一個(gè)推力桿。鋼絲繩通過兩個(gè)推力桿，兩端與推力桿上的輪槽，大臂外旋調(diào)節(jié)螺栓，可使推力桿沿軌道滑動(dòng)，從而促進(jìn)了槽輪的滑動(dòng)，張力調(diào)整以實(shí)現(xiàn)鋼絲繩。本實(shí)用新型具有調(diào)整方便，易于操作。和調(diào)整螺栓安裝在距離遠(yuǎn)的推力桿的一端，使鋼絲繩張力的張力調(diào)整螺栓產(chǎn)生固定塊的壓力，力的平衡，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部張力調(diào)節(jié)裝置。4工業(yè)機(jī)器人控制軟件開發(fā)4.1軟件開發(fā)環(huán)境WindowsCE是一個(gè)壓縮的，高效的，可擴(kuò)展的操作系統(tǒng)，專為嵌入式系統(tǒng)和產(chǎn)品。它是一個(gè)多任務(wù)操作系統(tǒng)有優(yōu)先權(quán)，允許多個(gè)功能和過程，運(yùn)行WindowsCE同時(shí)系統(tǒng)支持32位同步過程的最大值。一個(gè)進(jìn)程包括一個(gè)或多個(gè)線程，每個(gè)線程代表的過程的一個(gè)單獨(dú)的局部，一個(gè)線程的根本思路是指定的進(jìn)程，進(jìn)程可以創(chuàng)立額外的線程數(shù)目不詳?shù)?。WindowsCE支持各種硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括串行端口，鍵盤和鼠標(biāo)設(shè)備，調(diào)制解調(diào)器，以太網(wǎng)接口，USB設(shè)備，音響設(shè)備，印刷設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備。隨著WindowsCE的源代碼是開放的，和微軟加強(qiáng)在嵌入式領(lǐng)域的實(shí)力，定制能力的提高，再加上可用的資源豐富，因此人的前景看。WindowsCE的結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的編程語(yǔ)言，從而保證部件和光盤系統(tǒng)，以充分適應(yīng)有限的存儲(chǔ)空間和各種硬件芯片的要求。相比其他的嵌入式系統(tǒng)，它具有一系列的優(yōu)點(diǎn)。操作系統(tǒng)幾乎完全是用C語(yǔ)言寫的，具有良好的可移植性；只要硬件支持，WindowsCE內(nèi)核可以支持任何級(jí)別的嵌套中斷，防止損失或延遲的高優(yōu)先級(jí)中斷，實(shí)時(shí)；高度模塊化；兼容性好，支持Unicode和各種運(yùn)行時(shí)〔例如，MFC的ATL，等?！?；人機(jī)接口和通信，支持圖形和窗口，具有多媒體功能；同時(shí)支持多種通信方法，調(diào)試簡(jiǎn)單，開發(fā)本錢低。表4.1-1軟件設(shè)計(jì)窗口4.2工業(yè)控制方式利用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人控制系統(tǒng)，上位機(jī)采用wce-104x控制器，主要用于運(yùn)動(dòng)控制命令，運(yùn)動(dòng)學(xué)，軌跡規(guī)劃，人機(jī)界面，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與顯示。在觸摸屏操作控制器，通過操作來(lái)控制各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手末端位置確實(shí)定和姿態(tài)數(shù)據(jù)輸出。為平安起見，通常的機(jī)械手和移動(dòng)車不同時(shí)移動(dòng)。下位機(jī)控制系統(tǒng)采用mc6041多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的機(jī)器人各關(guān)節(jié)，移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械手的實(shí)時(shí)控制。它的主要功能是接受操作員命令數(shù)據(jù)，每個(gè)關(guān)節(jié)的位置數(shù)據(jù)采集，獲得障礙物信息，終端控制算法的優(yōu)化和機(jī)械手的姿勢(shì)調(diào)整。在本設(shè)計(jì)中，采用不同的應(yīng)用不同的控制策略。在開放的環(huán)境和無(wú)障礙，由操作員直接運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)包括6個(gè)模塊：命令模塊，軌跡規(guī)劃模塊，單軸運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，傳感器采集模塊，伺服控制模塊和反應(yīng)模塊。命令模塊用以接收來(lái)自PC機(jī)命令來(lái)決定是否單軸運(yùn)動(dòng)的軌跡規(guī)劃。路徑規(guī)劃，傳感器的采樣和伺服控制模塊的周期性任務(wù)，被用來(lái)計(jì)算每個(gè)軸的目標(biāo)位置，采樣的傳感器數(shù)據(jù)和發(fā)送輸出信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器。使用不同種類的傳感器，以提高對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力的機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)?；魻杺鞲衅饔糜跈z測(cè)各關(guān)節(jié)的極限位置，運(yùn)動(dòng)信息被用于檢測(cè)手腕，夾持器電位計(jì)。機(jī)器人可以使模型的選擇，可以選擇三種機(jī)械手臂的控制模式：?jiǎn)屋S運(yùn)動(dòng)模式，終端的運(yùn)動(dòng)模式和教學(xué)模式的再現(xiàn)。在一個(gè)時(shí)刻只能選擇一種控制模式。在單軸運(yùn)動(dòng)模型，每一個(gè)機(jī)械臂電機(jī)正控制，速度和可控制電機(jī)，通過脈沖指令和單軸轉(zhuǎn)速輸入組合指令單軸運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)模式結(jié)束，功能指令是對(duì)機(jī)械手的端平面，操作直觀的運(yùn)動(dòng)的直接控制的實(shí)現(xiàn)，輸入三個(gè)軸的速度和位置的命令。在示教再現(xiàn)方式，在選擇教學(xué)數(shù)據(jù)，通過啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)的演示程序，在需要停止機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)通過停止按鈕停止機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)中。信息顯示模塊顯示關(guān)節(jié)軸的限制信息和運(yùn)動(dòng)過程中的報(bào)警信息和電機(jī)的示教再現(xiàn)復(fù)位和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息；顯示關(guān)節(jié)軸電機(jī)位置，報(bào)警信息，檢查機(jī)器人的車輛信息和其他相關(guān)信息。I/O端口輸入接口用于訪問來(lái)源，限制和驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，如報(bào)警信號(hào)；輸出接口用于訪問驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)如驅(qū)動(dòng)使報(bào)警信號(hào)為aurotekmc6041運(yùn)動(dòng)控制卡的數(shù)字信號(hào)處理器，控制命令，接收主機(jī)控制器，反應(yīng)電機(jī)的位置，速度和告警狀態(tài)信息。通過擴(kuò)展端口和高速脈沖輸入接口，數(shù)字輸入，數(shù)字輸出接口、模擬量輸出接口。minasa4系列交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。設(shè)置在機(jī)械臂的根底是電機(jī)，通過鋼絲繩驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂，并與驅(qū)動(dòng)器和編碼器。通過高速脈沖編碼器的輸入接口和運(yùn)動(dòng)控制卡連接，提供任何力矩電機(jī)的位置和速度信息；驅(qū)動(dòng)是通過模擬量輸出接口和控制卡連接，接收命令電機(jī)速度；同時(shí)，通過I/O端口接收到的運(yùn)動(dòng)控制卡，伺服使報(bào)警去除機(jī)器人臂間距，每個(gè)關(guān)節(jié)起源和驅(qū)動(dòng)器的信息如警告狀態(tài)，并通過輸出反應(yīng)電機(jī)狀態(tài)信息。對(duì)運(yùn)動(dòng)控制器的整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)圖發(fā)送協(xié)議給下位機(jī)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡通過數(shù)據(jù)線的協(xié)議將被發(fā)送到適配器板，然后通過適配器板加工協(xié)議數(shù)據(jù)和相關(guān)業(yè)務(wù)。機(jī)器人平面多自由度機(jī)械手的投入和配置控制的方法，包括以下步驟：1，發(fā)送當(dāng)前位置讀取和機(jī)械臂的狀態(tài)。通過模式選擇，操作員可以選擇單軸運(yùn)動(dòng)模式，終端的運(yùn)動(dòng)模式和教學(xué)模式的再現(xiàn)。2，如果單軸運(yùn)動(dòng)模式的選擇，閱讀單軸命令的輸入和單軸速度值，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向和速度指令輸入說(shuō)；確定各關(guān)節(jié)電機(jī)速度指揮機(jī)械臂。3，如終端的運(yùn)動(dòng)模式的選擇，閱讀位移角值，包括X軸，Y軸和角度值，表示電機(jī)命令臂末端，其中X表示臂X軸平移軸端，Y表示Y軸軸端臂平移，旋轉(zhuǎn)說(shuō)平面旋轉(zhuǎn)臂端。5結(jié)論與展望本文重點(diǎn)介紹新的鋼絲繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)的選擇，和調(diào)試軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了根本的功能。研究結(jié)果如下：1，運(yùn)用三維建模軟件設(shè)計(jì)的五自由度的機(jī)器人和移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，采用鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的新型驅(qū)動(dòng)臂和小臂的運(yùn)動(dòng)。對(duì)多種類型的繞組結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，不僅可以減少機(jī)械手臂的重量，改善外部載荷重量，大角度運(yùn)動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合，擴(kuò)大工作空間，實(shí)現(xiàn)解耦運(yùn)動(dòng)，使其控制簡(jiǎn)單、可靠。2，機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)耦合運(yùn)動(dòng)方程采用D-H方法建立，完整的運(yùn)動(dòng)