机械5

摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业柑橘采摘机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业柑橘采摘机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业柑橘采摘机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台五自由度的工业柑橘采摘机器人，用于给采摘水果。首先，本文将设计柑橘采摘机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建柑橘采摘机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该柑橘采摘机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和柑橘采摘机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测柑橘采摘机器人的各个关节的运动情况、柑橘采摘机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：柑橘采摘机器人，示教编程，伺服，制动 ABSTRACT I
n the moder
n large-scale ma
nufacturi
ng i
ndustry, e
nterprises pay more atte
ntio
n o
n the automatio
n degree of the productio
n process i
n order to e
nha
nce the productio
n efficie
ncy, a
nd guara
ntee the product quality. As a
n importa
nt part of the automatio
n productio
n li
ne, i
ndustrial robots are gradually approved a
nd adopted by e
nterprises. The tech
nique level a
nd the applicatio
n degree of i
ndustrial robots reflect the
natio
nal level of the i
ndustrial automatio
n to some exte
nt, curre
ntly, i
ndustrial robots mai
nly u
ndertake the jops of weldi
ng, sprayi
ng, tra
nsporti
ng a
nd stowi
ng etc. , which are usually do
ne repeatedly a
nd take high work stre
ngth, a
nd most of these robots work i
n playback way. I
n this paper I will desig
n a
n i
ndustrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a pu
nch. First I will desig
n the structure of the base, the big arm, the small arm a
nd the e
nd ma
nipulator of the robot, the
n choose proper drive method a
nd tra
nsmissio
n method, buildi
ng the mecha
nical structure of the robot. O
n this fou
ndatio
n, I will desig
n the co
ntrol system of the robot, i
ncludi
ng choosi
ng DAQ card, servo co
ntrol, feedback method a
nd desig
ni
ng electric circuit of the termi
nal card a
nd co
ntrol software. Great atte
ntio
n will be paid o
n the reliability of the co
ntrol software a
nd the robot safety duri
ng ru
n
ni
ng. The aims to realize fi
nally i
nclude: servoco
ntrol a
nd brake of the joi
nt, mo
nitori
ng the moveme
nt of each joi
nt i
n realtime, playback programmi
ng a
nd modifyi
ng the program o
nli
ne, setti
ng refere
nce poi
nt a
nd retur
ni
ng to refere
nce poi
nt. KEY WORDS: robot, playback, servoco
ntrol, brake 目录 第1章绪论…………………………………………………………………… 1 1.1柑橘采摘机器人概述………………………………………………… 3 1.2柑橘采摘机器人的历史、现状………………………………………… 4 1.3柑橘采摘机器人的发展趋势…………………………………………… 5 第2章柑橘采摘机器人机械手的设计…………………………5 2.1自由度及关节……………………………………………………………6 2.2基座及连杆…………………………………………………………… 7 2.2.1基座……………………………………………………………… 8 2.2.2大臂………………………………………………………………9 2.2.3小臂……………………………………………………………… 10 2.3机械手的设计……………………………………………………………12 2.4驱动方式…………………………………………………………………13 2.5传动方式…………………………………………………………………14 2.6制动器……………………………………………………………………15 第3章控制系统硬件……………………………………………………………16 3.1控制系统模式的选择……………………………………………………17 3.2控制系统的搭建………………………………………………………18 3.2.1工控机……………………………………………………………19 3.2.2数据采集卡………………………………………………………20 3.2.3伺服放大器……………………………………………………21 3.2.4端子板……………………………………………………………22 3.2.5电位器及其标定…………………………………………………22 3.2.6电源………………………………………………………………23 第4章控制系统软件…………………………………………………………24 4.1预期的功能……………………………………………………………25 4.2实现方法……………………………………………………………26 4.2.1实时显示各个关节角及运动范围控制……………………26 4.2.2直流电机的伺服控制……………………………………………27 4.2.3电机的自锁………………………………………………………28 4.2.4示教编程及在线修改程序………………………………………29 4.2.5设置参考点及回参考点…………………………………………30 第5章总结………………………………………………………………………32 5.1所完成的工作…………………………………………………………33 5.2设计经验………………………………………………………………35 5.3误差分析………………………………………………………………36 5.4可以继续探索的方向………………………………………………… 38 致谢………………………………………………………………………………39 参考文献……………………………………………………………………… 40 第1章绪论 1.1柑橘采摘机器人概述 在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。柑橘采摘机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。 “工业柑橘采摘机器人”（I
ndustrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业柑橘采摘机器人或通用柑橘采摘机器人）。 柑橘采摘机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。柑橘采摘机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的柑橘采摘机器人称为专用柑橘采摘机器人，而把工业机械人称为通用柑橘采摘机器人。