【正文】 測。 基座及連桿 基座 基座是整個機器人本體的支撐。 大臂 大臂長度 230mm，具體尺寸如圖 所示： 圖 大臂外形 小臂 小臂長度 240mm，具體尺寸如圖 所示： 圖 小臂外形 機械手的設計 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。液壓驅(qū)動。該設計采用兩個手指，其外形如圖 所示 圖 機械手手指形狀 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)。 圖 機械手機構(gòu)簡圖 在圖 中， O 為電機輸出軸，曲柄 OA、連桿 AB、滑塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)；滑塊 B、連桿 BC、搖桿 CE 和支架構(gòu)成滑塊搖桿機構(gòu)。 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。 mm，這為電機的挑選提供了一定的依據(jù)。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。 表 電機參數(shù) 腰關節(jié) 肩關節(jié) 肘關節(jié) 腕關節(jié) 手爪 型號 MAXON2332 MAXON2332 MAXON2332 MULTIPLEX STELLSERVO MULTIPLEX STELLSERVO 額定電壓 18v 18v 18v 6v 6v 額定轉(zhuǎn)矩 Nm Nm 額定轉(zhuǎn)速 7980rpm 7980rpm 7980rpm 5460rpm 5460rpm 最高轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子慣量 9200rpm 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。 齒形帶傳動原理如圖 所示。其中最典型的是電磁制動器。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。 本文中，該機器人實驗平臺未安裝機械制動器，因此機器人的肩關節(jié)和軸關節(jié)在停止轉(zhuǎn)動的時候，會因為重力因素而 下落。 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 控制系統(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)。近年來，隨著 PC 機性能的快速發(fā)展，可靠性大為提高，價格卻大幅度降低，以PC 機為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被機器人控制領 域所接受。 底板有 9 個 ISA 插槽， 4 個 PCI 插槽，帶 VGA 顯示器。 芯片驅(qū)動能力較強； 178。 PCL812PG 主要特點 ： 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 30KHz 帶 DMA 或中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 PCL726 主要特點 ： 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： +/10V， +/5V， 0— +5V， 0— +10V 和 4— 20mA 電流環(huán) 。RO f f s e to n o f f Im a x4 k Ω電 機 圖 伺服放大器接線及其調(diào)節(jié)示意 端子板 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。在機電一體化技術中，光電耦合電路是重要的接口電路。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。 從理論上來講，電位器應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)關系并非理想的線性關系，而是存在一定的偏移。 本文采用 DH1715A3 型 雙路穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，可以提供 0~32v 電壓輸出和0~2A 電流輸出。 實現(xiàn)方法 以模塊化程序設計思想為指導，以預期要實現(xiàn)的 功能 作為各個模塊，設計控制軟件。 本文采用了 Visual C++作為編程工具。 以關節(jié) 1 為例，與該 模塊 相關的函數(shù)有 OnZ1Button(), OnF1Button(), OnT1Button()，它們分別表示用來控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，其中電機的運行速度靠輸入的電壓值調(diào)節(jié)；另外一個函數(shù) OnRun1Button()是用來實現(xiàn)電機的位置伺服控制， 在預定的關節(jié)角范圍內(nèi)，電機可以運行到任何一輸入的位置停止。 程序設計方法一： 在調(diào)用在 OnT2Button()或 OnT3Button()函數(shù)時，先給電機一個 0 電壓，使電機失去驅(qū)動力矩，同時調(diào)用 position_now(USHORT ka1_chan)函數(shù)獲得此刻的關節(jié)位置，然后延時一段時間比如 ，再給電機一個小電壓，形成一個小的制動力矩，通過采樣此刻位置看其是否 能使關節(jié)制動；如果不能，則使該電壓值按照一定的步長線性增加，以增大制動力矩；這通過一個 while()循環(huán)實現(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)。 程序設計方法二： 方法二采用傳統(tǒng)的 PID 控制，電壓超調(diào)后還可以減小，可以避免反彈現(xiàn)象的發(fā)生。 所以最終制動時間為 n*t=100ms 總結(jié)： 對于方法二，其控制框圖如圖 所示： 圖 示教編程及在線修改程序 設計方法： 當機器人停止在某個位置時，可以記錄下在該位置所對應的一組關節(jié)角，這一組關節(jié)角用一個結(jié)構(gòu)體存儲 struct position { float Voltage1。 float Voltage5。 當記錄結(jié)束以后，就可以運行剛才記錄的一系列位置了，由于采用鏈表結(jié)構(gòu)存儲程序，所以取用這些程序很方便，只需用一個指針從鏈表首部開始取 程序，逐行運行，至到鏈表末尾即可。在程序運行期間，使用者也可以自行設置。 （ 3） 設計端子板電路及驅(qū)動電路 端子板是計算機、板卡控制信號端與機器人電路端的“橋梁”，承擔著信號調(diào)理、驅(qū)動放大等任務。 （ 3） 電機上應安裝放電回路 電機相當于一個線圈，在電機啟動或者停止瞬間，會產(chǎn)生很高的感應電動勢，很可能會對電路中的元器件造成破壞，所以要加上穩(wěn)壓或者續(xù)流元件。 誤差分析 本文中每個關節(jié)的角度誤差在177。 （ 2） 可以用 Opengl 或者 ADAMS 訂作一個虛擬場景，進而實現(xiàn)虛擬示教編程，這樣會更加安全和方便。 （ 5） 控制界面如果用 LabView 設計，可能會更方便些。本次畢業(yè)設計，學生收獲頗多，這與于老師的悉心指導是分 不開的。 致 謝 本次畢業(yè)設計，是于德弘老師考慮到學生日后的研究方向而特意為我安排的。 （ 3） 通過虛擬場景和網(wǎng)絡，也可以進一步實現(xiàn)對機器人的遠程監(jiān)測和控制。左右，由于是開環(huán)機構(gòu)，所以綜合疊加起來，末端誤差可能會較大，并且重復精度不夠。這導致電位器反饋電壓并不準確。 設計經(jīng)驗 （ 1） 底座設計成長方體不合理 當腰關節(jié)在不同的位置時，肩關節(jié)運動的下限不同，不便于編程；最好將底座設計成圓柱體，并且下面帶有法蘭支撐。 第 5 章 總結(jié) 所完成的工作 （ 1） 對實驗平臺的改造 本文利用的是報廢的焊接機器人，要改造成送料機器人，不但要對末端執(zhí)行機構(gòu)進行重新設計，還要重新布線。 另外，對于記錄的位置可以做刪除、清空等操作。 } 記錄的位置同時顯示在列表框中，記錄位置不超過 1000 個。 float Voltage3。 誤差積累 sume+=fabs(e1) 使電機輸出電壓 v=kp*e1+ki*sume+kd*(e1e2) 方法二驗證： 由于方法二采用 PID 控制，需要選擇合適的比例、積分、微分系數(shù)；另外還要選擇 for()循環(huán)中的延時時間 t 和循環(huán)次數(shù) n。 定性分析其原因是由于上升的臂在電機失去驅(qū)動力矩后，在重力作用下會慢慢 下落，下落初速度為 0，靜止后的速度變化不大，制動時間短，容易制動；而下降的臂失去驅(qū)動力矩后，在重力作用下仍以原來的速度下落，靜止后的速度變化較大，制動時間長，很容易使制動電壓的線性增長時，超過平衡重力所需要的電壓，從而導致反彈現(xiàn)象的發(fā)生，其實質(zhì)是由于電壓的超調(diào)造成的。 解決思路：大臂和小臂在電機運轉(zhuǎn)時不會由于重力而掉落，在電機停止的時候卻會下落，因為電機一旦停止，就失去了驅(qū)動力矩，因此若想讓大臂和小臂停止在預定位置，應該在此位置給關節(jié)電機施加一個電壓，讓它擔負起大臂或小臂，而不讓其由于重力而下落。 在 void CRobotDlg::OnChangeAngle?Edit()函數(shù)中（ ?表示 1， 2， 3， 4， 5）， 將換算出的角度與該關節(jié)預設的運動范圍作比較，看其是否在此區(qū)間 內(nèi)，否則彈出警告對話框，并且自動停止該關節(jié)的運動。編程的任務其實就是用計算機控制數(shù)據(jù)采集卡使之發(fā)出或獲取一系列數(shù)字量、模擬量。 第 4 章 控制系統(tǒng)軟件 以上完成了機器人的本體設計和控制系統(tǒng)硬件的搭建，下面將通過設計控制軟件，使計算機通過數(shù)據(jù)采集卡有條不紊地向外部發(fā)送指揮信號，最終驅(qū)動機器人各個關節(jié)的運動，使之按照人的意愿“工作”。 下面即是對各個關節(jié)的進行電位計標定。對于該機器人已經(jīng)足夠了。 電位器及其標定 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。 ② ．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