【導(dǎo)讀】實時顯示各個關(guān)節(jié)角及運動范圍控制????????工業(yè)機器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個國家。重復(fù)性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。本文將設(shè)計一臺四自由度的工業(yè)機器人，用于給沖壓設(shè)備運送物料。

　　

【正文】 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(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 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)。 下圖為程序流程圖： 方法一驗證： 調(diào)用 OnT2Button()或 OnT3Button()函數(shù) 使電機電壓為 0，并采樣此時位置，將電位器輸出值存放在 fVoltage_former 中 考慮到大臂或小臂上升時的慣性， 循環(huán)采樣一直到采樣值 fVoltage=fVoltage_former 跳出循環(huán)，表示大臂或小臂已經(jīng)開始下落了 循環(huán)采樣一直到采樣值 fVoltage=fVoltage_former 跳出循環(huán)，表示大臂或小臂已經(jīng)制動在自所位置了 用方法一編寫的程序，調(diào)用 OnT2Button()或 OnT3Button()函數(shù)后，對于正在上升的臂可以實現(xiàn)很好的制動，而對于下降的臂則不可靠，有時候下降的臂停止下落后會反彈又向上運動。 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(dǎo)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。 此后，針對這種反彈現(xiàn)象對程序作過多次修改，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。 下圖為程序流程圖： 調(diào)用 OnT2Button()或 OnT3Button()函數(shù) 使電機電壓為 0，并采樣此時位置，將電位器輸出值存放在 fVoltage_former 中 延時 tms，再次采樣，取得誤差量 e1= fVoltage_former fVoltage 進入 for 循環(huán) 延時 tms，再次采樣，取得誤差量， 使 e2=e1， e1= fVoltage_former fVoltage。 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。 選擇結(jié)果： kp=, ki=, kd=， t=10, n=10。 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(shè)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(yīng)的一組關(guān)節(jié)角，這一組關(guān)節(jié)角用一個結(jié)構(gòu)體存儲 struct position { float Voltage1。 float Voltage2。 float Voltage3。 float Voltage4。 float Voltage5。 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現(xiàn)制動 struct position *next。 } 記錄的位置同時顯示在列表框中，記錄位置不超過 1000 個。 為了便于對這些位置作修改，本文采用鏈表來動態(tài)存儲這些結(jié)構(gòu)體。 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。 程序運行的時候，機器人各個關(guān)節(jié)同時運動，工作效率高；正在運行的那行程序，以高亮狀態(tài)顯示。 另外，對于記錄的位置可以做刪除、清空等操作。 設(shè)置參考點及回參考點 程序啟動或退出的時候，機器人應(yīng)停留在預(yù)設(shè)的參考點上，這個參考點在初始對話框函數(shù) BOOL CRobotDlg::OnInitDialog()中預(yù)先設(shè)置。在程序運行期間，使用者也可以自行設(shè)置。 回參考點的程序和回放示教程序一樣，不過回參考點只是運行到一個位置。 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(shè)計，還要重新布線。 （ 2） 對關(guān)節(jié)軸電位器進行重新標定 由于標定電壓不同，標定曲線和所得的函數(shù)關(guān)系就不同，本文選用的是 10v 電壓。 （ 3） 設(shè)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(wù)。 （ 4） 控制軟件的設(shè)計 軟件是機器人的“大腦思維”，軟件的設(shè)計就是將人的意志賦予機器人的“大 腦”。 設(shè)計經(jīng)驗 （ 1） 底座設(shè)計成長方體不合理 當腰關(guān)節(jié)在不同的位置時，肩關(guān)節(jié)運動的下限不同，不便于編程；最好將底座設(shè)計成圓柱體，并且下面帶有法蘭支撐。 （ 2） 最好安裝機械制動裝置 僅依靠程序來實現(xiàn)制動并不可靠，例如突然掉電，將無法制動。 （ 3） 電機上應(yīng)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(yīng)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。 （ 4） 電位器輸出電壓會在一定范圍內(nèi)會有 無規(guī)則的波動 由于電位器材料電阻率分布的不均勻以及電刷滑動時接觸電阻的無規(guī)律變化，會引起所謂的“滑動噪聲”。這導(dǎo)致電位器反饋電壓并不準確。 （ 5） 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。 誤差分析 本文中每個關(guān)節(jié)的角度誤差在177。 2176。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(fù)精度不夠。 下面簡要分析一下誤差的來源： （ 1） 工作臺、基座的上下表面平行度誤差，腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸的垂直度誤差，以及其它 關(guān)節(jié)之間的平行度誤差 （ 2） 齒輪、軸承的間隙，齒形帶的變形不均勻 （ 3） 裝配誤差 （ 4） 各關(guān)節(jié)軸的回轉(zhuǎn)誤差，各連桿的受力變形誤差； （ 5） 運行時，機械部分的振動 （ 6） 電位器的 滑動噪聲，以及電源的不穩(wěn)定都會導(dǎo)致反饋電壓的不準確 （ 7） 用程序?qū)崿F(xiàn)制動不如機械制動裝置反應(yīng)快 可以繼續(xù)探索的方向 （ 1） 對于本文中的示教編程部分，將程序稍作修改，就能實現(xiàn)對示教程序的保存和離線修改，進而也容易實現(xiàn)離線編程。 （ 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。當然手工編寫的程序代碼也可以在此虛擬場景中運行， 以驗證其合理與否。 （ 3） 通過虛擬場景和網(wǎng)絡(luò)，也可以進一步實現(xiàn)對機器人的遠程監(jiān)測和控制。 （ 4） 還可以嘗試在原有實驗平臺上加上視覺反饋。 （ 5） 控制界面如果用 LabView 設(shè)計，可能會更方便些。 （ 6） 通過進一步完善控制方式和控制結(jié)構(gòu)，可以將控制系統(tǒng)的軟件嵌入到嵌入 式系統(tǒng)上去。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計，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。通過這次訓(xùn)練，提高了自己的動手能力、設(shè)計能力和編程水平，為學(xué)生日后順利進入機器人這一深邃的科研領(lǐng)域作下了鋪墊。本次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生收獲頗多，這與于老師的悉心指導(dǎo)是分 不開的。于老師身體狀況欠佳，且公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計進度，就畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的問題給予耐心指導(dǎo)，敦敦教誨，身體力行，實在令學(xué)生欽佩感動不已！特此，學(xué)生鄭重向于老師表示感謝！ 另外，學(xué)生還要感謝何玉成師兄和任小剛師兄，他們在學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的過程中給出了許多有益的建議，特此表示感謝！ 參考文獻 [1] Craig, John J. Introduction to robotics. 北京 機械工業(yè)出 版社 ， 2021 [2] Basilio Bona and Aldo Curatella. Identification of Industrial Robot Parameters for Advanced ModelBased Controllers Design Proceedings of the 2021 IEEE International Conference on Robotics and Automation. Barcelona, Spain, April 2021 [3] 索羅門采夫 . 工業(yè)機器人圖冊 . 北京 機械 工業(yè)出版社 ， 1993 [4] 周伯英 . 工業(yè)機器人設(shè)計 . 北京 機械工業(yè) 出版社 ， 1995 [5] 郭洪紅 賀繼林 田宏宇 席巍 . 工業(yè)機器人技術(shù) . 西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 [6] 三浦宏文 . 機電一體化實用手冊 . 科學(xué)出版社 OHM 社， 2021 [7] 陳國聯(lián) 王建華 夏建生 . 電子技術(shù) . 西安交通大學(xué) 出版社， 2021 [8] 沈裕康 嚴武升 楊庚辰 . 電機與電器 . 北京理工大 學(xué)出版社， 2021 [9] 羅建軍 朱丹軍 顧剛 劉路放 . 大學(xué) C++程序設(shè)計 教程 . 北京：高等教育出版社， 2021 [10] 羅建軍 崔舒寧 楊琦 . 大學(xué) Visual C++程序設(shè)計案例教程 . 北京：高等教育出版社， 2021 聯(lián)系 qq:437485113 全套圖紙