【正文】 測(cè)。 基座及連桿 基座 基座是整個(gè)機(jī)器人本體的支撐。 大臂 大臂長(zhǎng)度 230mm，具體尺寸如圖 所示： 圖 大臂外形 小臂 小臂長(zhǎng)度 240mm，具體尺寸如圖 所示： 圖 小臂外形 機(jī)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。液壓驅(qū)動(dòng)。該設(shè)計(jì)采用兩個(gè)手指，其外形如圖 所示 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)。 圖 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在圖 中， O 為電機(jī)輸出軸，曲柄 OA、連桿 AB、滑塊 B 和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊 B、連桿 BC、搖桿 CE 和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。 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。 mm，這為電機(jī)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(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)。 表 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) 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(duì)機(jī)器人的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般要求有： （ 1）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比時(shí)體積最小，重量最輕； （ 2）傳動(dòng)剛度大，即由驅(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)； （ 3） 回 差要小，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； （ 4）壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。 齒形帶傳動(dòng)原理如圖 所示。其中最典型的是電磁制動(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。 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)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩囟?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(jī)器人平臺(tái)的核心是建立機(jī)器人的控制系統(tǒng)。近年來，隨著 PC 機(jī)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PC 機(jī)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。 底板有 9 個(gè) ISA 插槽， 4 個(gè) PCI 插槽，帶 VGA 顯示器。 芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)； 178。 PCL812PG 主要特點(diǎn) ： 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) 30KHz 帶 DMA 或中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 PCL726 主要特點(diǎn) ： 路獨(dú)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(jī) 圖 伺服放大器接線及其調(diào)節(jié)示意 端子板 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(jī)電一體化技術(shù)中，光電耦合電路是重要的接口電路。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。 從理論上來講，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。 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(shí)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。 本文采用了 Visual C++作為編程工具。 以關(guān)節(jié) 1 為例，與該 模塊 相關(guān)的函數(shù)有 OnZ1Button(), OnF1Button(), OnT1Button()，它們分別表示用來控制電機(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) OnRun1Button()是用來實(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。 程序設(shè)計(jì)方法一： 在調(diào)用在 OnT2Button()或 OnT3Button()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 position_now(USHORT ka1_chan)函數(shù)獲得此刻的關(guān)節(jié)位置，然后延時(shí)一段時(shí)間比如 ，再給電機(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) while()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)。 程序設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)間為 n*t=100ms 總結(jié)： 對(duì)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(shè)計(jì)方法： 當(dāng)機(jī)器人停止在某個(gè)位置時(shí)，可以記錄下在該位置所對(duì)應(yīng)的一組關(guān)節(jié)角，這一組關(guān)節(jié)角用一個(gè)結(jié)構(gòu)體存儲(chǔ) struct position { float Voltage1。 float Voltage5。 當(dāng)記錄結(jié)束以后，就可以運(yùn)行剛才記錄的一系列位置了，由于采用鏈表結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)程序，所以取用這些程序很方便，只需用一個(gè)指針從鏈表首部開始取 程序，逐行運(yùn)行，至到鏈表末尾即可。在程序運(yùn)行期間，使用者也可以自行設(shè)置。 （ 3） 設(shè)計(jì)端子板電路及驅(qū)動(dòng)電路 端子板是計(jì)算機(jī)、板卡控制信號(hào)端與機(jī)器人電路端的“橋梁”，承擔(dān)著信號(hào)調(diào)理、驅(qū)動(dòng)放大等任務(wù)。 （ 3） 電機(jī)上應(yīng)安裝放電回路 電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)線圈，在電機(jī)啟動(dòng)或者停止瞬間，會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，很可能會(huì)對(duì)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(gè)關(guān)節(jié)的角度誤差在177。 （ 2） 可以用 Opengl 或者 ADAMS 訂作一個(gè)虛擬場(chǎng)景，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬示教編程，這樣會(huì)更加安全和方便。 （ 5） 控制界面如果用 LabView 設(shè)計(jì)，可能會(huì)更方便些。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生收獲頗多，這與于老師的悉心指導(dǎo)是分 不開的。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是于德弘老師考慮到學(xué)生日后的研究方向而特意為我安排的。 （ 3） 通過虛擬場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)，也可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。左右，由于是開環(huán)機(jī)構(gòu)，所以綜合疊加起來，末端誤差可能會(huì)較大，并且重復(fù)精度不夠。這導(dǎo)致電位器反饋電壓并不準(zhǔn)確。 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) （ 1） 底座設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體不合理 當(dāng)腰關(guān)節(jié)在不同的位置時(shí)，肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的下限不同，不便于編程；最好將底座設(shè)計(jì)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(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的改造 本文利用的是報(bào)廢的焊接機(jī)器人，要改造成送料機(jī)器人，不但要對(duì)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，還要重新布線。 另外，對(duì)于記錄的位置可以做刪除、清空等操作。 } 記錄的位置同時(shí)顯示在列表框中，記錄位置不超過 1000 個(gè)。 float Voltage3。 誤差積累 sume+=fabs(e1) 使電機(jī)輸出電壓 v=kp*e1+ki*sume+kd*(e1e2) 方法二驗(yàn)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(shí)時(shí)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(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。 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。 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(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)。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。 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”。 下面即是對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的進(jìn)行電位計(jì)標(biāo)定。對(duì)于該機(jī)器人已經(jīng)足夠了。 電位器及其標(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。 ② ．將每一路信號(hào)經(jīng)過各自的傳送路線到達(dá)端子板后，可以根據(jù)各路信號(hào)和