【正文】 業(yè)，有待于進一步實現(xiàn)機械化。 “工業(yè)機器人” （ Industrial Robot） ：多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機器人或通用機器人）。機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適應性較差。 簡而言之，機器人就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。第一類是不需要人工操作的通用機器人，也即本文所研究的對象。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備通用機械、記憶智能的三元機械。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電訊號操作機器人來進行探測月球等。第三類是專業(yè)機器人，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上，用以解決機床上下料和工件傳送。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。這些系統(tǒng)的性能就決定了機器人的性能。 執(zhí) 行 機 構(gòu)機器人控 制 系 統(tǒng)驅(qū) 動 傳 動 系 統(tǒng)手 部腕 部臂 部腰 部基 座 部 （ 固 定 或 移 動 ）電 、 液 或 氣 驅(qū) 動 裝 置單 關 節(jié) 伺 服 控 制 器關 節(jié) 協(xié) 調(diào) 及 其 它 信 息 交 換計 算 機 圖 11 機器人的一般組成 對于現(xiàn)代智能機器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和語言識別裝置等。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的，或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機器人的。它們之間的相互關系如圖 12 所示。執(zhí)行機構(gòu)是機器人賴以完成工作任務的實體，通 常由連桿和關節(jié)組成，由驅(qū)動－傳動系統(tǒng)提供動力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務。驅(qū)動機構(gòu)提供機器人各關節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿足機器人各關節(jié)力矩和運動所要求的驅(qū)動力或力矩。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機 (Manipulator)，相當于本文中的執(zhí)行機構(gòu)部分。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎。在這一需求背景下，美國于 1947 年開發(fā)了遙控機械手， 1948 年又開發(fā)了機械式 的主從機械手。 1954 年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組 成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。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。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。自由度是機 械手設計的關 鍵參數(shù)。一般專用機械手有 2～ 3 個自由度。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制。 機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。所以，在國內(nèi) 主要是逐步擴大應用范圍，重點發(fā)展鑄造、熱處理方面的機械手，以減輕勞動強度，改善作業(yè)條件，在應用專用機械手的同時，相應的發(fā)展通用機械手，有條件的還要研制示教式機械手、計算機控制機械手和組合機械手等。此外還應大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機連用，逐步成為整個機械制造系統(tǒng)中的一個基本單元。 目前主要用于機床、橫鍛壓力機的上下料，以及點焊 、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來完成規(guī)定的操作。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應的變更。目前已經(jīng)取得一定成績。定位精度可以滿足微米及亞微米級要求，運行速度可以達到 3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達到 6軸，負載 2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破 100KG。同時，隨著機械手的小型化和微型化，其應用領域?qū)黄苽鹘y(tǒng)的機械領域，而向著電子信息、生物技術、生命科學及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展?？刂破鞑捎?AVR 系列ATmega128 單片機作為主處理器。 MultiFLEX2AVR 控制器可以處理IO、 AD 和總線數(shù)據(jù)，控制 R/C 舵機、數(shù)字舵機，是構(gòu)建小型機器人的最佳選擇。 520MHz、 32 位的高性能嵌入式處理器和 Linux 操作系統(tǒng) ，運算處理能力強大，而功耗不到 2W ；體積小巧。 可以控制 R\C 舵機、機器人總線舵機，直流電機伺服驅(qū)動 等。 12 路雙向 IO 接口， 8 路 10 位精度的 AD 接口 ； RS422 總線、以太網(wǎng)接口、USB 接口。 配套 NorthSTAR 圖形化集成開發(fā)環(huán)境 ，純代碼開發(fā)環(huán)境； ? 接口開放徹底。如圖 21 為 MultiFLEX 的模塊。此外，控制器也支持 AVRStudio， Eclipse 等 IDE 開發(fā)環(huán)境。 CDS5500機器人舵機 CDS5500 的 功能概述 大扭矩： 10Kgf? cm 的持續(xù)轉(zhuǎn)動輸出扭矩，大于 20Kgf? cm 位置保持扭矩位置伺服控制模式下轉(zhuǎn)動范圍 0300176。輸出轉(zhuǎn)速在速度控制模式下可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，調(diào)速 DC ～ 寬電壓范圍供電總線連接，理論可串聯(lián) 254 個單 176。 圖 22 舵機 CDS5500 的特點 ? 控制精度高。 ? 響應速度快。 ? 通過串行總線控制，可最多連接數(shù)百個單元；每個單元均具有位置、速度、力矩等反饋，用 CDS 系列舵機搭建的機器人可以用人工示教來設定動作；即用戶用手調(diào)整機器人的各個關節(jié)姿態(tài)，機器人舵機能夠自動記錄位置、速 度等參數(shù)，并由用戶播放。 ? 能整周旋轉(zhuǎn)，適合用在機器人關節(jié)上，也可作為輪式機器人的動力驅(qū)動。可以 限制電流、溫度等參數(shù)，如果溫度過高等可以報警 自動停機，防止損壞 。調(diào)試時，將使用 UPDebugger 多功能調(diào)試器的 Servo 模式 。調(diào)試 CDS55xx 時，需要通過模式選擇按鈕將功能切換到 SERVO 模式。可進行動作仿真、步態(tài)及路徑規(guī)劃等。類似虛擬示波器的功能，能在機器人運行的時候?qū)崟r監(jiān)控機器人各部分的數(shù)據(jù)，并用波形的方式顯示在 PC機上 NorthSTAR 的 工程 界面如圖 31 圖 31NorthSTAR 的工程界 面 主從機械手 11 舵機調(diào)試軟件 RobotSevo_Terminal ，是舵機專用調(diào)試軟件 。注意將 UPDebugger 多功能調(diào)試器切換到 Servo 模式。 32 舵機電氣連接圖 主從機械手 12 第 4章 主從機械手的 搭建 舵機 組裝 下圖為 舵機的組裝 圖 41 舵機組裝 機械 臂拼接 下圖為 機械臂的拼接 圖 42 機械臂的拼接 主從機械手 13 機械手搭建 完成如圖 向下低的機械手 圖 43 從機械手在模仿主機械手 主從機械手 14 第 5章 主從機械手的軟件設計 RobotSevo_Terminal軟件的 設計 舵機出廠時有一套默認參數(shù)， ID 默認為 1，使用之前，一般只需要改變舵機的 ID即可。只連接了一個舵機，所以選擇“ Single Baund” ? 設置好模式后，點擊“ Search”開始搜索，右側(cè)會出現(xiàn)搜索信息；如果連接正確，相應的舵機 ID 和波特率會出現(xiàn)在列表框。 主從機械手的流程圖 如 圖 52 主從機械手流程圖 主從機械手 16 否 是 是 否 是 否 是 否 是 否 是 圖 52 主從機械手的流程圖 開始 主機械手的動作信息 傳遞 主機械手抬起 主機械手放下 主機械手抓取 主機械手松開 從機械手靜止 主機械手抬起 主機械手放下 主機械手抓取 主機械手松開 主機械手旋轉(zhuǎn) 主機械手旋轉(zhuǎn) 從機械手靜止 主從機械手 17 NorthSTAR軟件的設