【正文】 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。它們之間的相互關(guān)系如圖 所示。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)器人。 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)。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。 美國工業(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： 年為試驗(yàn)定型階段。據(jù)當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)，美國大約 200 臺工業(yè)機(jī)器人，工作時(shí)間共達(dá) 60 萬小時(shí)以上，與此同時(shí)，出現(xiàn)了所謂了高級機(jī)器人，例如：森德斯蘭德公司（ Sundstrand）發(fā)明了用小型計(jì)算機(jī)控制50 臺機(jī)器人的系統(tǒng)。 我國雖然開始研制工業(yè)機(jī)器人僅比日本晚 56 年，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。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。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 傳動機(jī)構(gòu)是向手指傳遞運(yùn)動和動力，以實(shí) 現(xiàn)夾緊和松 開動作的機(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。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。m N對機(jī)器人的傳動機(jī)構(gòu)的一般要求有： ，即具有相同的傳動功率和傳動比時(shí)體積最小，重量最輕； ，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(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； 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； 、價(jià)格低。其中最典型的是電磁制動器。 本文中，該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺未安裝機(jī)械制動器，因此機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和肘 關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動的時(shí)候，會因?yàn)橹亓σ蛩囟侣?。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。 PCL812PG 主要特點(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) 30KHz； 帶 DMA 或中斷的 A/D ； 16 路數(shù)字量輸出 。圖 所示為端子板電路 。對于該機(jī)器人已經(jīng)足夠了。 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 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，最終驅(qū)動機(jī)器人各個(gè) 關(guān)節(jié)的運(yùn)動，使之按照人的意愿“工作”。 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(guān)節(jié)的運(yùn)動。 定性分析其原因是由于上升的臂在電機(jī)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(shí)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(shí)間長，很容易使制動電壓的線性增長時(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。 float Voltage3。 另外，對于記錄的位置可以做刪除、清空等操作。 2176。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué) 生收獲頗多，這與 老師的悉心指導(dǎo)是分不開的。四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 30 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是一個(gè)補(bǔ)充和提高的過程。這導(dǎo)致電位器反饋電壓并不準(zhǔn)確 ； 關(guān)節(jié)角的方向及電位器的安裝 ， 關(guān)節(jié)角最好符合關(guān)節(jié)角坐標(biāo)系，并且電位器輸出電 壓最好隨關(guān)節(jié)角的增大而增大，這樣便于編程。 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。 誤差積累 sume+=fabs(e1) 使電機(jī)輸出電壓 v=kp*e1+ki*sume+kd*(e1e2) 用 for 函數(shù)控制循環(huán)次數(shù)，經(jīng)過 n此 循環(huán)后，跳出循環(huán)，大臂或小臂已停止下落實(shí)現(xiàn)制動 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 28 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 struct position { float Voltage1。 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)小的制動力矩，通過采樣此刻位置看其是否能使關(guān)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(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)。 本文采用了 Visual C++作為編程工具。 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。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。 端子板的主要作用有兩個(gè)： ，給每一路輸入、輸出信號提供單獨(dú)的信號線和地線，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。與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比工業(yè)控制 PC 機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：芯片篩選要比一般個(gè)人計(jì)四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 18 算機(jī)嚴(yán)格；芯片驅(qū)動能力較強(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。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(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。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達(dá)到制動的目的。 在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，需 要使用制動器的情況如下： ，防止運(yùn)動部分下滑而破壞其他裝置。cm m N 機(jī)器人常用的驅(qū)動方式有液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種類型。 圖 中的粗線和細(xì) 線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個(gè)極限位置。 手指是直接與工件接觸的部件。 自由度及關(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)動關(guān)節(jié)；還有一個(gè)用于夾持物料的機(jī)械手。很快研制出國產(chǎn)化機(jī)器人，技術(shù)水平很快趕上美國并超過其他國家。 19701972 年，工業(yè)機(jī)器人處于技術(shù)發(fā)展階段。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。 在國外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用較多，發(fā)展較快。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。其中四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 6 的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī) (Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。這種機(jī)器人在國外通常被稱之為“ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動。 機(jī)器人一般分為三類。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動化的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動化的重要辦法。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。 本文將設(shè)計(jì)一臺四自由度的工業(yè)機(jī)器人，用于給沖壓設(shè)備運(yùn)送物料。手部是用來抓持工件（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。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。 “工業(yè)機(jī)器人”（ Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。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。 要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 5 等部分組成的抓取和移動機(jī)構(gòu) —— 執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像 肌肉那樣 使手臂運(yùn)動的驅(qū)動－傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控 制系統(tǒng)。 位 形 檢 測控 制 系 統(tǒng) （ 二 ）驅(qū) 動傳 動裝 置執(zhí) 行機(jī) 構(gòu)工 作 對 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－傳動系統(tǒng)組成。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是機(jī)體上安裝一回轉(zhuǎn)長臂，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。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) FMS(Flexible Manufacturing System) 和柔性制造單元 FMC(Flexible Manufacturing Cell) 中的重要一環(huán)。 隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的進(jìn)步，針對于上述各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用和研究對系統(tǒng)本身也提出越來越多的要求。 19631966 年，萬能自動化公司制造的工業(yè)機(jī)器人供用戶做工藝試驗(yàn)。又如，萬能自動公司制成了由 25 臺機(jī)器人組成的汽車車輪生產(chǎn)自動線。目前我國已開始有計(jì)劃地從國外引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，