目录 第1章绪论…………………………………………………………………… 3 1.1机器人概述…………………………………………………………… 4 1.2机器人的历史、现状………………………………………………… 4 1.3机器人的发展趋势…………………………………………………… 4 第2章机器人实验平台介绍及机械手的设计……………3 2.1自由度及关节…………………………………………………………… 4 2.2基座及连杆…………………………………………………………… 4 2.2.1基座……………………………………………………………… 7 2.2.2大臂……………………………………………………………… 7 2.2.3小臂……………………………………………………………… 7 2.3机械手的设计……………………………………………………………4 2.4驱动方式…………………………………………………………………4 2.5传动方式…………………………………………………………………4 2.6制动器……………………………………………………………………4 第3章控制系统硬件……………………………………………………………4 3.1控制系统模式的选择……………………………………………………4 3.2控制系统的搭建……………………………………………………… 4 3.2.1工控机……………………………………………………………4 3.2.2数据采集卡………………………………………………………4 3.2.3伺服放大器………………………………………………………4 3.2.4端子板…………………………………………………………… 4 3.2.5电位器及其标定………………………………………………… 4 3.2.6电源……………………………………………………………… 4 第4章控制系统软件………………………………………………………… 4 4.1预期的功能…………………………………………………………… 4 4.2实现方法………………………………………………………………4 4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制………………………4 4.2.2直流电机的伺服控制………………………………………………4 4.2.3电机的自锁…………………………………………………………4 4.2.4示教编程及在线修改程序…………………………………………4 4.2.5设置参考点及回参考点……………………………………………4 第5章总结……………………………………………………………………… 4 5.1所完成的工作………………………………………………………… 4 5.2设计经验……………………………………………………………… 4 5.3误差分析……………………………………………………………… 4 5.4可以继续探索的方向………………………………………………… 4 致谢……………………………………………………………………………… 4 参考文献………………………………………………………………………… 4 该设计的目的是为了设计一台物料搬运机器人，利用现有已经报废的焊接机器人，本文的中结构设计主要偏向于对原有机构的改造和机械手的设计。 2.3机械手的设计 工业机器人的手又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类： （1）夹钳式取料手 （2）吸附式取料手 （3）专用操作器及转换器 （4）仿生多指灵巧手 本文设计对象为物料搬运机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。 2.5传动方式 由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，提高带负载能力。对机器人的传动机构的一般要求有： （1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻； （2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动； （3）回差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度； （4）寿命长、价格低。 本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。 齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在本文中主要用于腰关节、肩关节和肘关节的传动。 2.6制动器 制动器及其作用： 制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。 在机器人机构中，学要使用制动器的情况如下： ①特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施 ②停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。 机械制动器： 机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器和电磁制动器等几种。其中最典型的是电磁制动器。 在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。因此 这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。 电气制动器 电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。 本文中，该机器人实验平台未安装机械制动器，因此机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。另外，由于各方面限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。 采用电气制动器，其优点在于：在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功能，这是非常理想的情况，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故应尽量避免。缺点在于：这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。