【正文】 老師 公務(wù)繁忙，但是還是經(jīng)常抽時(shí)間來視察學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，就畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中遇到 的問題給予耐心指導(dǎo)，敦敦教誨，身體力行。通過進(jìn)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。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。 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) ： 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 ； 最好安裝機(jī)械制動(dòng)裝置 ， 僅依靠程序來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)并不可靠，例如突然掉電，將無(wú)法制動(dòng) ； 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 ； 電位器輸出電壓會(huì)在一定范圍內(nèi)會(huì)有無(wú)規(guī)則的波動(dòng) ， 由于電位器材料電阻率分布的不均勻以及電刷滑動(dòng)時(shí)接觸電阻的無(wú)規(guī)律變化，會(huì)引起所謂的“滑動(dòng)噪聲”。 設(shè)置參考點(diǎn)及回參考點(diǎn) 程序啟動(dòng)或退出的時(shí)候，機(jī)器人應(yīng)停留在預(yù)設(shè)的參考點(diǎn)上，這個(gè)參考點(diǎn)在初始對(duì)話框函數(shù) BOOL CRobotDlg::OnInitDialog()中預(yù)先設(shè)置。 為了便于對(duì)這些位置作修改，本文采用鏈表來動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)這些結(jié)構(gòu)體。 float Voltage4。所以最終制動(dòng)時(shí)間為 n*t=100ms 對(duì)于方法二，其控制框圖如圖 所示： 圖 方法二控制框圖 示教編程及在線修改程序 調(diào)用 OnT2Button()或 OnT3Button()函數(shù) 使電機(jī)電壓為 0，并采樣此時(shí)位置，將電位器輸出值存放在 fVoltage_former 中 延時(shí) tms，再次采樣，取得誤差量 e1= fVoltage_former fVoltage 進(jìn)入 for 循環(huán) 延時(shí) tms，再次采樣，取得誤差量， 使 e2=e1， e1= fVoltage_former fVoltage。 此后，針對(duì)這種反彈現(xiàn)象對(duì)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。但是，在不同的位置，重力對(duì)大臂或小臂的力矩不同，應(yīng)提供給電機(jī)的電壓也不同，如何選取電機(jī)的電壓呢？ 提供給電機(jī)的電壓小了，不足以抵抗重力的力矩；提供給電機(jī)的電壓大了，會(huì)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大臂或小臂上升；所以，最好能通過程序來自適應(yīng)選擇這個(gè)制動(dòng)電壓，方法有多種，下面是 本文的 設(shè)計(jì)過程 。 直流電機(jī)的伺服控制 對(duì)于大功率的直流電機(jī)，一般采用 PWM 控制來調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，這樣可以提高電路及電機(jī)的運(yùn)行效率，而本文中的電機(jī)功 率并不是很大，為方便期間，采用了線性控制方法來四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 25 調(diào)速。 研華 公司的數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序中，附帶許多與板卡相關(guān)的函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以供使用，極大的方便了程序編寫。 預(yù)期的功能 ，并且可以防止各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度超出預(yù)定的關(guān)節(jié)角范圍內(nèi)； ； ； ； ，使機(jī)器人在空間有一個(gè)固定的參考位置，可以回參考點(diǎn)。 電位器 1 的標(biāo)定 ，如圖 所示： 圖 電位器 1 的標(biāo)定 關(guān)節(jié)角 1 與電位計(jì) 1 的函數(shù)關(guān)系： a= 電位器 2 的標(biāo)定 圖 電位器 2 的標(biāo)定 如圖 所示： 關(guān)節(jié)角 2 與電位計(jì) 2 的函數(shù)關(guān)系： a= 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 22 電位器 3 的標(biāo)定 圖 電位器 3 的標(biāo)定 如圖 所示： 關(guān)節(jié)角 3 與電位計(jì) 3 的函數(shù)關(guān)系： a= 電位器 4 的標(biāo)定 圖 電位器 4 的標(biāo)定 如圖 所示： 關(guān)節(jié)角 4 與電位計(jì) 4 的函數(shù)關(guān)系： a= 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 23 電位器 5 的標(biāo)定 圖 電位器 5 的標(biāo)定 如圖 所示： 電機(jī) 5 與電位計(jì) 5 的函數(shù)關(guān)系： a= 注：以上標(biāo)定工作都是在 的電壓下測(cè)量的 電源 電位器和伺服放大器都需要一定的電壓，特別是電位計(jì)是在 的條件下工作的，穩(wěn)定的電壓對(duì)于保證電位計(jì)反饋信號(hào)的真實(shí)性具有重大的影響；而伺服放大器是在12v~30v 范圍內(nèi)工作的，電壓只要在此范圍內(nèi)即可。電位器安裝在機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)輸出軸上，所以在關(guān)節(jié)角的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，電位計(jì)的輸出電壓和關(guān)節(jié)角是一一對(duì)應(yīng)的，存在著一定的函數(shù)關(guān)系。它對(duì)外有三個(gè)引出端，其中兩個(gè)為固定端，另一個(gè)是中心抽頭。 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 20 圖 端子板 電路 圖 所示的電路圖中，為防止直流電機(jī)產(chǎn)生的噪聲影響電路的正常運(yùn)行，使用了光電耦合器 4N25。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)，不便 直接連接到工業(yè)系統(tǒng)中的各種傳感器或執(zhí)行器。 PCL726 主要特點(diǎn) ： 6 路獨(dú)立 D/A 輸出 ； 12 位分辨率雙緩沖 D/A 轉(zhuǎn)換器 ； 16 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) 。其性能價(jià)格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護(hù)和升級(jí)。 基于 PC 機(jī)控制系統(tǒng)一般包括單 PC 控制模式， PC+PC 的控制模式， PC+分布式控制器的控制模式， PC+DSP 運(yùn)動(dòng)控制卡的控制模式， PC+數(shù)據(jù)采集卡的控制模式，由于 基于采集卡的控制方式靈活，成本低廉，有利于本文設(shè)計(jì)中的廢物利用，在程序和算法上可以自主編制各類算法，適合本課題研究的需要。首先需要選擇 硬件平臺(tái)，控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)的開放性、實(shí)現(xiàn)方式和開發(fā)工作量有很大的影響。另外，由于各方面限制，不方便在原有機(jī)構(gòu)上添加機(jī)械制動(dòng)器，所以只能 通過軟件來實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘 關(guān)節(jié)的電氣制動(dòng)。 電氣制動(dòng)器 :電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為 機(jī)械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。在機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)本身的特性決定了電磁制動(dòng)器是不可缺少的部件。 齒輪帶的傳動(dòng)比計(jì)算公式為 : (21) 齒輪帶的平均速度 av 為 : (22) 2112 zznni ??2211 ntzntzv a ??????四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 16 圖 齒形帶傳動(dòng) 制動(dòng)器 制動(dòng)器及其作用：制動(dòng)器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運(yùn)動(dòng) 的機(jī)械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機(jī) 械制動(dòng)器和電氣制動(dòng)器 兩類。 本文所選用的電機(jī)都采用了電機(jī)和齒輪輪系一體化的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu) 緊湊，具有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，但是不能通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)各個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)。cm m 最大轉(zhuǎn)矩 m N功率 /質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問題較小 伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除 DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問題 安全性 防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn) 防爆性能好，高于1000kPa(10 個(gè)大氣壓 )時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性 設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差 對(duì)環(huán)境的影響 液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染 排氣時(shí)有噪聲 無(wú) 四自由度搬運(yùn)物料工業(yè)機(jī)器 人的設(shè)計(jì) 14 在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用范圍 適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人和托運(yùn)機(jī)器人 適用于中小 負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)器人，如沖壓機(jī)器人本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)器人氣動(dòng)夾具 適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)器人，如 AC伺服噴涂機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、裝配機(jī)器人等 成本 液壓元件成本較高 成本低 成本高 維修及使用 方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求 方便 較復(fù)雜 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有： ，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； ，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換； ，位移偏差和速度偏差要??； ； ； ，噪聲要??； ，尤其要盡量減少占地面積。 驅(qū)動(dòng)方式 該機(jī)器人一共具有四個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要五個(gè)動(dòng)力源。 圖 為采用虛擬樣機(jī)軟件 ADAMS 來分析所設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)的工作狀況。通過兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng) DE 的來回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開合運(yùn)動(dòng)。根據(jù)手指開合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移型 。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面 狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以