給沖壓設備送料工業機器人設計摘要在當今大規模制造業中，企業為進步出產功率，保證產品質量，遍及注重出產進程的自動化程度，工業機器人作為自動化出產線上的重要成員，逐步被企業所認同并選用。工業機器人的技術水平和使用程度在必定程度上反映了一個國家工業自動化的水平，現在，工業機器人首要承擔著焊接、噴涂、轉移以及堆垛等重復性而且勞動強度極大的作業，作業方法一般采納示教再現的方法。本文將規劃一臺四自由度的工業機器人，用于給沖壓設備運送物料。首要，本文將規劃機器人的底座、大臂、小臂和機械手的結構，然后挑選適宜的傳動方法、驅動方法，建立機器人的結構渠道；在此基礎上，本文將規劃該機器人的操控系統，包含數據采集卡和伺服放大器的挑選、反應方法和反應元件的挑選、端子板電路的規劃以及操控軟件的規劃，要點加強操控軟件的可靠性和機器人運轉進程的安全性，終究完成的方針包含：關節的伺服操控和制動問題、實時監測機器人的各個關節的運動狀況、機器人的示教編程和在線修正程序、設置參考點和回參考點。關鍵詞：機器人，示教編程，伺服，制動論文類型：應用研究目錄TOC\o"2-3"\h\z\t"標題1,1"1緒論 11.1機器人概述 11.2機器人的歷史、現狀 31.3機器人發展趨勢 42實驗平臺介紹及機械手的設計 52.1自由度及關節 52.2基座及連桿 52.2.1基座 52.2.2大臂 52.2.3小臂 62.3機械手的設計 62.4驅動方式 82.5傳動方式 102.6制動器 113控制系統硬件 133.1控制系統模式的選擇 133.2控制系統的搭建 133.2.1工控機 133.2.2數據采集卡 143.2.3伺服放大器 143.2.4端子板 153.2.5電位器及其標定 163.2.6電源 19第4章控制系統軟件 204.1預期的功能 204.2實現方法 204.2.1實時顯示各個關節角及運動范圍控制 204.2.2直流電機的伺服控制 214.2.3電機的自鎖 214.2.4示教編程及在線修改程序 244.2.5設置參考點及回參考點 24第5章總結 255.1所完成的工作 255.2設計經驗 255.3誤差分析 25結語 27致謝 28參考文獻 29PAGEPAGE261緒論1.1機器人概述在現代工業中，機械化，自動化的出產進程已成為一個出色的主題。化工等連續出產進程的自動化已基本處理。但是，在機械工業中，加工，組裝和其他出產是不連續的。專用機床是完結批量出產自動化的有用方法。程控機床，數控機床和加工中心等自動化機器是有用處理多品種，小批量出產自動化的重要途徑。但是除了機械加工本身，還有許多的裝載，卸載，搬運，設備等操作，以進一步完結機械化。機器人的出現和運用為這些操作的機械化奠定了出色的基礎。工業機器人運用規劃研究所工業機器人運用規劃研究所（論文）選擇了當今大規模制造中的工業機器人運用規劃，以前進企業的出產功率，確保產品質量，出產進程自動化的廣泛價值，工業談天時風蠟DEBayard峰按舊仿制的種子規則在液態雄性溶液中煮沸，直到與Poly牌一起歡娛，初步從重磨到重磨“工業機器人”：大都指自動抓取，移動或操作東西的獨立的可編程設備（一般稱為工業機器人或通用機器人）。機器人是人體上肢功用的一部分，作業程序固定有自動設備。機器人具有結構簡略，本錢賤價，維護便當，功用少，適應性差的利益。現在，具有上述特征的機器人一般被稱為特別機器人，而工業機器人被稱為通用機器人。簡而言之，機器人運用機器代替人類的手來將工件從某個方位移動到指定的作業方位，或許根據作業要求操作該工件進行加工。機器人一般分為三類。首先是不需求手動操作的通用機器人。它是獨立的，不連接到主機設備，可以根據任務的需求進行編程以結束指定的操作。它除了具有一般機械的物理性能外，還具有通用機械，回想智能三元機械。第二種類型是需求手動操作的，稱為機械手（Manipulator）。它起源于原子和軍事工業，首先是通過操縱器實行特定任務，然后是通過無線電信號操作機器人來檢測月球。工業上運用的鑄造機械手也歸于這一類。第三類是專業機器人，首要附歸于自動機床或自動生產線，以處理機床的進，卸料和工件轉移。該機器人在國外一般被稱為“機械手”，它為主機作業并由其驅動。除少數破例，作業程序一般是固定的，因此是專有的。機器人按結構方法的不同可以分為幾種類型，包括關節型機器人以其結構緊湊，空間小，相對于作業空間最大，甚至可以繞過基座等一些障礙物的特征，機器人成為一種結構方法運用的機器人，世界出名的機器人主體的大部分都在運用這種機器人的安排方法。要機器人像人相同拿取東西，最簡略的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關節等部分組成的抓取和移動安排——履行安排；像肌肉那樣使手臂運動的驅動－傳動系統；像大腦那樣指揮手動作的操控系統。這些系統的功用就抉擇了機器人的功用。一般來說，機器人一般就是由履行安排、驅動－傳動系統和操控系統這三部分組成，如圖1-1所示。圖1-1機器人的一般組成關于現代智能機器人，還存在智能系統，主要是感覺設備，視覺設備和言語辨認設備。研討會合在賦予機器人“眼睛”以使其能夠辨認物體并避開障礙物以及觸覺設備。機器人的這些部分不是分隔的，或許只是堆疊在一起以構成機器人。為了完結機器人的期望功用，必須將機器人的每個部分互相相關，影響和束縛。它們之間的聯絡如圖1-2所示。圖1-2機器人各組成部分之間的關系機器人的機械系統首要由履行安排和驅動－傳動系統組成。履行安排是機器人賴以結束工作任務的實體，一般由連桿和關節組成，由驅動－傳動系統供應動力，按操控系統的要求結束工作任務。驅動－傳動系統首要包括驅動安排和傳動系統。驅動安排供應機器人各關節所需求的動力，傳動系統則將驅動力轉換為滿足機器人各關節力矩和運動所要求的驅動力或力矩。有的文獻則把機器人分為機械系統、驅動系統和操控系統三大部分。其間的機械系統又叫操作機(Manipulator)，相當于本文中的履行安排部分。1.2機器人的歷史、現狀機器人最早是在美國開發的。第一臺機器人由聯合控制于1958年研發。其結構的特點是在主體上設備了旋轉臂，其結束裝有電磁工件捉住和開釋安排，并且控制體系為演示型。日本是工業機器人打開最快，運用最多的國家。自1969年從美國引進兩種典型的機器人以來，就初步進行機器人研討。現在，大多數工業機器人都歸于第一代，首要依托手動控制。控制方式是開環的，沒有辨認才干。改進方向首要是降低成本，前進精度。第二代機器人正在開發中。它配備了微計算機控制體系，可以看到，觸摸甚至聽到和考慮。研討設備各種傳感器，進行感覺信息的反響，使機器人具有感覺功用。第三代機器人（robot）可以在作業過程中獨立完成任務。它與電子計算機和電視設備保持聯系，并逐漸打開成為柔性制造體系（FMS）和柔性制造單元（FMC）的重要組成部分。跟著工業機器人的研討，制造和運用范疇的擴展，國際學術交流活動非常生動，并且在歐美國家和其他國家打開了許多學術交流活動。ISIR抉擇舉辦年度會議，談論和研討機器人的開發與運用。現在，工業機器人首要用于裝卸，搬運，焊接，鑄造和鑄造，熱處理等方面，不論數量，品種和功用都不能滿足工業生產展開的需求。運用工業機器人來代替手動操作首要是在危險（一般），塵土，高溫，噪音，狹窄的作業空間和其他不適合手動操作的情況下。在國外機械制造業中，工業機器人得到了廣泛的運用和展開。現在，它首要用于機床，模鍛壓力機的裝卸，點焊，噴漆等作業。假設出現一些差錯，則零件甚至機器人本身都將遭到損壞。跟著現代科學技術的飛速展開和社會的行進，對機器人系統在上述領域的運用和研討提出了越來越多的要求。制造業要求機器人系統具有更大的靈活性和更健壯的編程環境，以習氣不同的運用和多種小批量生產過程。計算機集成制造（CIM）需求將機器人系統與車間中的其他自動化設備集成在一起。為了前進機器人系統的功用和智能，研討人員要求機器人系統具有打開的結構和集成各種外部傳感器的才干。可是，封閉專用控制器的機器人系統結構的商業化，一般運用專用計算機作為上位主控制計算機，運用專用機器人言語作為離線編程東西，運用專用微處理器，在EPROM中固化以及控制算法，很難（或不能）將專用系統集成到外部硬件和軟件中。批改封閉系統非常寶貴，并且在大多數情況下，假設不從頭規劃，則在技術上是不可能的。處理這些問題的根柢方法是研討和運用打開結構的機器人系統。美國工業機器人技術的展開大致履歷了以下階段：（1）1963-1967年是實驗定稿階段。在1963年至1966年，全世界主動化公司制作了工業機器人供用戶進行進程檢驗。

1967年，該公司出產了1900型工業機器人原型。（2）1968-1970年是實踐運用階段。在此期間，工業機器人進入了美國的運用階段。例如，通用轎車在1968年訂購了68臺工業機器人。1969年，該公司獨自開發了新式工業機器人SAM，并運用21臺機器人形成了車身的焊接主動出產線。另一個比如是克萊斯勒的32條沖壓線上的448臺壓力機是由工業機器人交給的。（3）自1970年以來，一貫處于推行運用和技術展開階段。從1970年到1972年，工業機器人處于技術開發階段。1970年4月，美國在愛麗舍理工學院舉行了第一次全國工業機器人技術會議。根據當時的核算，美國大約有200個工業機器人，工作時間逾越60萬小時。一同，出現了所謂的高級機器人，例如Sundstrand，它發清楚一種用小型核算機控制50個機器人的系統。例如，通用主動化公司制作了由25個機器人組成的轎車車輪出產線。麻省理工學院開發了一種具有“手眼”系統的高度認可的微型機器人。日本，蘇聯和西歐等其他國家/區域在1967年和1968年初步以美國為基礎開發“Versatran”和“Unimate”機器人。在日本，1967年，日本豐田織機公司引進了美國的“Versatran”和日本的川崎重工公司的“Unimate”，并取得了飛速的展開。通過引進技術，模仿，立異。很快開發出了家用機器人，該技術靈敏趕上了美國并跨越了其他國家。通過大約10年的實踐運用，1980年初步了廣泛的時代。盡管我國僅比日本晚5-6年才初步開發工業機器人，但是由于各種原因，工業機器人技術的展開相對緩慢。現在，我國已初步有計劃地從國外引進工業機器人技術。通過引進，模仿，改造和立異，工業機器人將完結快速展開。1.3機器人發展趨勢跟著現代出產技能的前進，機器人的規劃和出產才能得到進一步加強，特別是當機器人的出產與柔性制造體系和柔性制造單元相結合時，然后改變了機械制造中手動操作的現狀，前進了出產功率。現在，現代工業機器人總體上具有以下展開趨勢：1）前進運動的速度和精度，減輕重量并減少空間，加速機器人功用部件的標準化和模塊化，并將每個機械模塊，控制模塊和檢測模塊組裝成具有不同結構的機器人；2）為不同類型的場合開發各種新結構，例如開發微運動機制以確保準確性；展開多關節，多自由度的手臂和手指；開發各種行走機器人以習氣不同場合；3）開發各種傳感器和檢測組件，例如觸摸，視覺，聽覺，味覺和測距傳感器等，并運用這些傳感器獲取作業方針周圍的外部環境信息，方位信息和情況信息以結束模式識別和情況檢測。專家體系用于解決問題和擬定行動計劃。一同，越來越多的體系由微機控制。2實驗平臺介紹及機械手的設計該規劃的目的是為了規劃一臺物料搬運機器人，運用現有現已報廢的焊接機器人，本文的中結構規劃首要傾向于對原有安排的改造和機械手的規劃。2.1自由度及關節該機器人具有四個自由度，即腰關節、肩關節、肘關節和腕關節，都為翻滾關節；還有一個用于夾持物料的機械手。2.2基座及連桿2.2.1基座基座是整個機器人本體的支撐。為保證機器人工作的穩定性，選用兩塊“Z”字形實心鑄鐵作支撐。基座上面是接線盒子，全部電機的驅動信號和反響信號都從中出入。接線盒子外面，有一個引進線出口和一個引出線出口。2.2.2大臂大臂長度230mm，具體尺寸如圖2-1所示：圖2-1大臂外形2.2.3小臂小臂長度240mm，具體尺寸如圖2-2所示：圖2-2小臂外形2.3機械手的設計工業機器人的手也稱為結束執行器，它使機器人可以抓握并捉住由專用東西（例如噴槍，扳手，焊接東西，噴嘴等）操作的零件。它模仿人類的手部動作，并安裝在機器人手臂的前部。由于要堅持的工件的形狀，大小，重量，材料和表面情況不同，因此工業機器人的端操縱器有很多種，大致可分為以下幾類：夾式固定器吸料機專用的運算符和轉換器仿生多指靈敏手本文的政策是物料搬運機器人，它不需求凌亂的多指手動手指，只需求規劃可以從不同角度抓取工件的夾爪即可。手指是與工件直接接觸的部分。手指松動并夾緊工件，是通過手指的翻開和關閉來完結的。該規劃運用兩個手指，其形狀如圖2-3所示。2-3機械手手指形狀傳動安排是向手指傳遞運動和動力，以完結夾緊和松開動作的安排。根據手指開合的動作特征分為回轉型和平移形。本文選用回轉型傳動安排。圖2-4為初步設計的機械手安排簡圖（只畫出了一半，其他一半關于中心線對稱）。圖2-4機械手機構簡圖在圖如圖2-4所示，O是電動機的輸出軸，曲柄OA，連桿AB，滑塊B和支架構成曲柄滑塊安排；滑塊B，連桿BC，搖桿CE和支架構成滑塊搖桿安排。電機通過串聯的兩個安排畢竟驅動DE來回搖晃，以完結手指的翻開和閉合運動。圖2-4中的黑線和藍線代表安排操作的兩個極限方位。為了便于手指的平穩閉合，可以在兩個手指之間安頓一個彈簧，該彈簧還可以供應恰當的夾緊力。其他，在選擇電動機時，要使電動機功率足以打敗彈簧的縮短和翻開，并供應滿意的力來擰緊物體。圖2-5閃現了運用虛擬樣機軟件ADAMS規劃的機械手安排的作業情況。圖2-5虛擬樣機場景下面更進一步計算出所需要的電機力矩。圖2-6力矩變化情況從圖2-6中看到，開端階段須打敗的彈簧力最大，電機轉矩有必要大于550N·mm，這為電機的挑選供應了必定的依據。2.4驅動方式該機器人一共具有四個獨立的翻滾關節，連同結束機械手的運動，一共需求五個動力源。機器人常用的驅動方法有液壓驅動、氣壓驅動和電機驅動三種類型。這三種方法各有所長，各種驅動方法的特征見表2-1：表2-1三種驅動方式的特點對照內容驅動方式液壓驅動氣動驅動電機驅動輸出功率

很大，壓力范圍為50～140Pa大，壓力范圍為48～60Pa，最大可達Pa

較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無級調速，反應靈敏，可實現連續軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實現高速、高精度的連續軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應靈敏，可實現高速、高精度的連續軌跡控制，伺服特性好，控制系統復雜響應速度

很高較高

很高結構性能及體積結構適當，執行機構可標準化、模擬化，易實現直接驅動。功率/質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較大結構適當，執行機構可標準化、模擬化，易實現直接驅動。功率/質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較小伺服電動機易于標準化，結構性能好，噪聲低，電動機一般需配置減速裝置，除DD電動機外，難以直接驅動，結構緊湊，無密封問題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動介質，在一定條件下有火災危險防爆性能好，高于1000kPa(10個大氣壓)時應注意設備的抗壓性設備自身無爆炸和火災危險，直流有刷電動機換向時有火花，對環境的防爆性能較差對環境的影響液壓系統易漏油，對環境有污染排氣時有噪聲無在工業機器人中應用范圍適用于重載、低速驅動，電液伺服系統適用于噴涂機器人、點焊機器人和托運機器人適用于中小負載驅動、精度要求較低的有限點位程序控制機器人，如沖壓機器人本體的氣動平衡及裝配機器人氣動夾具適用于中小負載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機器人，如AC伺服噴涂機器人、點焊機器人、弧焊機器人、裝配機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，但油液對環境溫度有一定要求方便較復雜每個機器人驅動系統都有其利益和缺點。一般來說，對機器人驅動系統的要求如下：1）驅動系統的質量應盡或許輕，單位質量的輸出功率應高，功率應高；2）反應速度應快，即轉矩的質量比和轉矩的慣性比應大，能夠一再起動，制動，正向和反向切換；3）傳動盡或許活絡，位移差錯和速度差錯應小；4）安全可靠；5）操作維護便當；6）對環境無污染，噪聲應小；7）經濟上合理，尤其是要最小化占地面積。根據上述驅動系統的特征和機器人驅動系統的規劃要求，選用直流伺服電機驅動機器人。表2-2閃現了選定的關節電機類型及其相關參數。表2-2機器人驅動電機參數電機參數腰關節肩關節肘關節腕關節手爪型號MAXON2332MAXON2332MAXON2332MULTIPLEXSTELL-SERVOMULTIPLEXSTELL-SERVO額定電壓18v18v18v6v6v額定轉矩18.2N·m18.2N·m18.2N·m10.3N·m10.3N·m最大轉矩67.4N·m67.4N·m67.4N·m額定轉速7980rpm7980rpm7980rpm5460rpm5460rpm最高轉速轉子慣量9200rpm18.4gcm·cm9200rpm18.4gcm·cm9200rpm18.4gcm·cm2.5傳動方式因為通用電動機驅動系統的輸出扭矩小，所以有必要通過傳動安排增加扭矩以前進負載才干。機器人傳動安排的一般要求是：（1）結構緊湊，即在體積最小，重量最輕的情況下具有相同的發射功率和傳動比；（2）傳動剛度大，即在相同的扭矩下，從驅動器的輸出軸到連桿接頭的旋轉軸的角度變形較小，可以前進整機的固有頻率，并大大前進減少整機的低頻振動；（3）回來差較小，即從正向到反向的時間行程較小，然后可以取得較高的方位控制精度；（4）壽命長，價格低。本文所選用的電動機選用電動機與齒輪系統一體化規劃，結構緊湊，承載才干強，但不能直接驅動電動機驅動各連桿運動。為了減少操作過程中安排的沖擊和振動而又不下降控制精度，選用了齒輪皮帶傳動。齒形帶傳動是一種同步帶，用于在平行軸之間傳遞運動或將旋轉運動轉換為線性運動。本文首要用于腰關節，肩關節和肘關節的傳遞。齒形帶傳動原理如圖2-7所示。齒輪帶的傳動比計算公式為齒輪帶的平均速度為圖2-7齒形帶傳動2.6制動器剎車及其功用：制動是將機械能的一部分能量轉化為熱能釋放出來，從而使機械運動的設備的運動速度減小或間斷，它能夠大致分為機械制動和電氣制動兩大類。在機器人安排中，學習運用制動器如下：瞬時間斷的特殊情況，需求采用安全措施假設發生電源缺點，請防止活動部件滑落并損壞其他設備。機械制動：機械制動器有螺旋自動加載制動器，盤式制動器，閘瓦制動器和電磁制動器等。最典型的一種是電磁制動器。伺服電機一般用于機器人的驅動系統。伺服電機本身的特性抉擇了電磁制動器是必不可少的部分。從原理上講，這種制動器是運用彈簧力盤式制動器，當制動器翻開時，只需勵磁電流通過線圈，然后制動器才不制動，而當電源斷開時線圈沒有勵磁電流，在常閉辦法的制動狀態下彈簧力的作用。這種制動器被稱為無勵磁動作的電磁制動器。由于這種制動器一般用于安全制動的場合，所以也稱為安全制動器。電動剎車電動機是將電能轉化為機械能的設備。相反，它還具有將旋轉的機械能轉化為電能的發電功用。換句話說，伺服電動機是一種能量轉化設備，可以將電能轉化為機械能，一同還可以通過其反向進程完結制動。但是關于直流電動機，同步電動機和感應電動機以及其他不同類型的電動機，有必要分別運用相應的制動電路。在本文中，機器人實驗途徑未配備機械制動器，因此當機器人的肩關節和軸關節間斷旋轉時，它們會由于重力要素而掉落。其他，由于各種束縛，在原機械設備上增加機械制動并不便當，因此只能通過軟件來完結肩關節和軸關節的電制動。運用電制動器的利益是它具有制動功用而不會增加驅動系統的質量，這是非常志向的情況，并且在機器人上設備機械制動器會前進質量，因此應盡量避免運用或許。缺點是：這種方法不如機械制動作業可靠，動力會失掉制動效果。3控制系統硬件3.1控制系統模式的選擇構建機器人途徑的中心是構建機器人控制系統。首要，應選擇硬件途徑。控制系統的硬件途徑對系統的打開性，完結和開發工作量有很大的影響。常用的控制系統硬件途徑應滿足以下要求：硬件系統依據標準總線機制，具有可擴展性；硬件結構具有必要的實時核算才干；模塊化硬件系統，易于添加或更改各種接口，傳感器和專用核算機；低本錢。到目前為止，通用機器人控制系統的硬件途徑大致可以分為兩類：依據VME總線的系統（摩托羅拉于1981年推出的第一代32位工業打開標準總線）和依據PC總線的系統。近年來，跟著PC功用的飛速發展，可靠性大大提高，但價格卻大大下降，以PC為中心的控制系統已在機器人控制領域得到廣泛接受。依據PC的控制系統一般包括單PC控制方式，PC+PC的控制模型，PC+控制器的分布式控制方式，PC+DSP運動控制卡的控制模型，PC+數據采集卡的控制方式等。以依據采集卡的活絡控制辦法，本錢賤價，有利于本文中的回收，在程序和算法上可以獨立建立各種算法，以習氣本課題研討的需求。因此，本文選擇了PC+數據采集卡的控制辦法。3.2控制系統的搭建圖3-1控制系統框圖3.2.1工控機這兒選擇研華工控機，主頻為233MHz，內存為128兆字節，數據總線為32位。底板有9個ISA插槽和4個帶VGA閃現的PCI插槽。它的功用比優勝，兼容性好，有利于軟硬件的維護和晉級。與一般個人計算機比較，工業控制PCS具有以下利益：?芯片選擇比一般PC更加嚴峻；?健壯的籌碼驅動才干；?機器的內部結構歸于工業加固型，具有很強的抗振和抗干擾功用；?環境要求（例如溫度，濕度，塵土等）遠低于一般計算機。3.2.2數據采集卡在本規劃中咱們首要用到研華公司的PCL812PG和PCL726，其參數如下。PCL-812PG首要特點：16路單端12位模擬量輸入2路12位模擬量輸出采樣速率可編程，最快達30KHz帶DMA或中止的A/D16路數字量輸出PCL-726首要特點：6路獨立D/A輸出12位分辨率雙緩沖D/A轉換器16路數字量輸入及16路數字量輸出多種電壓規模：+/-10V，+/-5V，0—+5V，0—+10V和4—20mA電流環。3.2.3伺服放大器在驅動系統規劃過程中，首要針對伺服電機驅動器，本文在機器人上運用了廢舊的maxon電機驅動關節，因此選擇相同的maxon伺服電機驅動器（maxonmotor[-Q-DCServoControlLSC30/2）進行驅動，如圖所示在圖3-2中，它是專門為maxon電動機規劃的，將伺服電動機控制器擴展，具有很強的控制功用，并且電源電壓在12?30v，1、2端伺服電動機之間安穩，直接給電動機供電電源，3、4分別連接到電源端子，7、8控制電壓，通過數據采集卡輸出仿照電壓信號到兩個端子中，以控制電動機的速度和正負大小，本文中的13、14速度計（未運用），3、4、10是光耦合器，輸入“組織穩當”信號。伺服控制器的前面有5個旋鈕調度器，用于調度電動機的五個參數，下面還有10個DIP開關，用于選擇控制器的作業情況。圖3-2伺服放大器接線及其調節示意3.2.4端子板不同的測量信號通過不同的傳輸途徑發送到搜集卡，而搜集卡在ipc盒中，沒有直接聯接到工業系統中的各種傳感器或執行器。接線板有兩個主要功能：①接線板是搜集卡與每個信號調度電路或驅動設備之間的電氣聯接組件，向每個輸入和輸出信號供應單獨的信號線和接地線，以便每個通道可以分別聯接或斷開，系統保護和缺點打掃不必間斷工作。②每個信號通過各自的傳輸途徑抵達端子板后，根據每個信號的特性和傳輸途徑，對端子板上的每個信號進行簡略的調度，例如通過電阻衰減，分流或RC低通濾波成搜集卡。圖3-3所示為端子板電路圖3-3端子板電路在圖3-3所示的電路圖中，光電耦合器4N25用于防止直流電動機發作的噪聲影響電路的正常工作。光電耦合電路是機電一體化中的重要接口電路。其間，pcl-812pg通過五個數字輸出控制電動機電路的開關，而pcl-726通過五個模擬輸出控制電動機的正向和反向旋轉和工作速度。其他，pcl-812pg還擔任收集五個電位器的電壓，從而將電動機的工作角度反饋給計算機。3.2.5電位器及其標定電位器是一種可調電阻，是電子電路中運用最廣泛的組件之一。它具有三個前端，其間兩個是固定端，另一個是中心抽頭。通過旋轉或調度電位計的旋轉軸，中心抽頭和固定端之間的電阻將發生變化。本文運用的電位器是單圈的，即每個關節的運動角度均小于360，這足以滿足該機器人的需求。電位器安裝在機器人的各關節輸出軸上，因此電位器的輸出電壓與關節角在關節角的運動范圍內是一一對應的，并具有必定的功用聯絡。從理論上講，電位器應該是一個線性測量元件，但是由于電位器的滑動噪聲和滑線電阻作業過程中的磨損，這種功用聯絡并不是志向的線性聯絡，但是存在必定的聯絡。差錯。電位計的校準應根據每個角度上測得的電壓擬合一條直線。實踐功用聯絡的近似替換。以下是每個接頭的電位計校準。電位器1的標定，如圖3-4所示：圖3-4電位器1關節角1與電位計1的函數關系：a=33.3105v-16.895電位器2的標定圖3-5電位器2如圖3-5所示：關節角2與電位計2的函數關系：a=33.2967v-124.2692電位器3的標定圖3-6電位器3如圖3-6所示：關節角3與電位計3的函數關系：a=32.9333v-16.2222電位器4的標定圖3.7電位器4如圖3-7所示：關節角4與電位計4的函數關系：a=32.6333v-75.1389電位器5的標定圖3.8電位器5如圖3-8所示：電機5與電位計5的函數關系：a=32.9000v-36.3611注：以上標定工作都是在10.00v的電壓下測量的3.2.6電源電位器和伺服放大器都需求必定的電壓，特別是電位計是在10.0v的條件下作業的，安穩的電壓關于保證電位計反響信號的真實性具有嚴峻的影響；而伺服放大器是在12v~30v范圍內作業的，電壓只需在此范圍內即可。本文選用DH1715A-3型雙路穩壓穩流電源，可以供給0~32v電壓輸出和0~2A電流輸出。這兒設定兩路電壓輸出：14.0v——供給伺服放大器工作，10.0v——保證電位計的正常作業。

第4章控制系統軟件以上完成了機器人的本體規劃和控制體系硬件的樹立，下面將通過規劃控制軟件，使計算機通過數據采集卡有條不紊地向外部發送指揮信號，畢竟驅動機器人各個關節的運動，使之按照人的自愿“作業”。4.1預期的功能（1）實時閃現各個關節角，并且可以防止各個關節的運動角度超出預定的關節角范圍內；（2）完結直流電機的伺服控制；（3）完結電機的自鎖；（4）完結示教編程及在線批改程序；（5）可以設置參看點，使機器人在空間有一個固定的參看方位，可以回參看點。4.2實現方法以模塊化程序規劃思維為教導，以預期要完結的功用作為各個模塊，規劃控制軟件。從圖3.1可以看出，工控機通過數據搜集控制。編程的任務其實就是用計算機控制數據搜集卡使之宣告或獲取一系列數字量、模擬量。研華公司的數據搜集卡驅動程序中，趁便許多與板卡相關的函數和數據結構以供運用，極大的方便了程序編寫。本文采用了VisualC++作為編程東西。4.2.1實時顯示各個關節角及運動范圍控制在BOOLCRobotDlg::OnInitDialog()函數中，設置定時器SetTimer(1,gwScanTime,NULL)，然后在voidCRobotDlg::OnTimer(UINTnIDEvent)函數中，經過調用boolCRobotDlg::position_now(USHORTka1_chan)，采樣電位器輸出電壓，經過前面的電位器標定函數，換算出各個關節的視點，并顯示出來。在voidCRobotDlg::OnChangeAngle?Edit()函數中（?表明1，2，3，4，5），將換算出的視點與該關節預設的運動規模作比較，看其是否在此區間內，不然彈出正告對話框，而且主動中止該關節的運動。4.2.2直流電機的伺服控制關于大功率直流電動機，一般選用PWM控制來調度工作速度，可以前進電路和電動機的工作效率，但本文中電動機功率不是很大，以利于周期，運用線性控制方法來加快速度。以關節1為例，與模塊相關的功用是OnZ1Button（），OnF1Button（）和OnT1Button（），它們分別代表用于控制電動機正轉，反轉和間斷的功用，電動機的速度由輸入電壓值調度。另一個函數OnRun1Button（）用于完結電動機的方位伺服控制，該電動機可以工作到關節角度預定范圍內的任何輸入方位。4.2.3電機的自鎖如上文第2.7節所述，機器人的關節上沒有制動器，因此關節的自鎖，特別是肩關節和肘關節的自鎖，有必要通過軟件程序結束。解決方法：電動機作業時，大臂和前臂不會因重力而掉落，當電動機跌落時，電動機遇間斷，因為一旦電動機間斷，就會失掉驅動力矩，因此假設要使大臂和前臂間斷在預定方位上，應處于施加聯合電動機電壓的方位，讓其承受大臂或前臂，并且不要使其因重力而掉落。但是，在不同的方位，大臂或小臂上的重力轉矩是不同的，應提供給電動機的電壓是不同的，怎樣選擇電動機的電壓？提供給電機的電壓太小，無法抵擋重力。提供給電動機的電壓很大，會使電動機旋轉，從而使臂或臂上升；因此，最好經進程序從適配中選擇制動電壓，有多種方法，以下是本文的規劃進程。程序規劃方法1：在調用OnT2Button（）或OnT3Button（）函數時，向電動機施加零電壓，丟掉了電動機的驅動力矩，一同調用position_now（USHORTka1_chan）函數以獲取關節方位的力矩，然后推延一個在0.1s之類的時間段內，給一臺小電壓的電動機，構成一個小的制動扭矩，通過此時的采樣方位，看是否可以使聯合制動；假設不是，則電壓將根據特定步長線性增加，以增加制動扭矩。這是通過while（）循環結束的，假設采樣方位不再減小，則大臂或小臂已間斷下降，可以從循環中退出。下圖為程序流程圖：調用OnT2Button()或OnT3Button()函數調用OnT2Button()或OnT3Button()函數使電機電壓為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，考慮到大臂或小臂上升時的慣性，循環采樣一直到采樣值fVoltage<=fVoltage_former跳出循環，表示大臂或小臂已經開始下落了循環采樣一直到采樣值fVoltage>=fVoltage_former循環采樣一直到采樣值fVoltage>=fVoltage_former跳出循環，表示大臂或小臂已經制動在自所位置了辦法1驗證：辦法1程序在調用函數OnT2Button（）或OnT3Button（）之后，能夠對上升臂完結出色的制動，但對下降臂則不可靠。定性分析的原因是，在上升臂失掉電動機的驅動轉矩后，它將在重力作用下緩慢下降。初始下降速度為0，休憩后速度改動不大。制動時間短，簡略制動。失掉驅動力矩后減小手臂，仍在重力作用下以原始速度下降，改動后的靜態速度更大，制動時間長，很簡略使制動電壓線性添加，逾越平衡重力所需的電壓，導致出現回彈現象，其本質是由電壓過沖引起的。從那時起，鑒于這種反彈現象已在程序上進行了多次批改，效果并不志向，因此請檢驗更改辦法。程序設計辦法二：辦法二選用傳統的PID操控，電壓超調后還能夠減小，能夠防止反彈現象的發作。下圖為程序流程圖：調用OnT2Button()或OnT3Button()函數調用OnT2Button()或OnT3Button()函數使電機電壓為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，取得誤差量延時tms，再次采樣，取得誤差量e1=fVoltage_former-fVoltage進入for循環進入for循環延時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*(e1-e2)用for函數控制循環次數，經過n此循環后，跳出循環，大臂或小臂已停止下落實現制動用for函數控制循環次數，經過n此循環后，跳出循環，大臂或小臂已停止下落實現制動辦法二驗證：因為辦法二選用PID操控，需求挑選適宜的份額、積分、微分系數；別的還要挑選for()循環中的延時時刻t和循環次數n。挑選成果：kp=2.0,

ki=0.02,

kd=0.04，t=10,n=10;所以終究制動時刻為n*t=100ms總結：關于辦法二，其操控框圖如圖4.1所示：圖4.14.2.4示教編程及在線修改程序規劃辦法：當機器人中止在某個方位時，能夠記載下在該方位所對應的一組關節角，這一組關節角用一個結構體存儲 structposition { floatVoltage1; floatVoltage2; floatVoltage3; floatVoltage4; floatVoltage5; structposition*next; }記載的方位一同閃現在列表框中，記載方位不逾越1000個。為了便于對這些方位作批改，本文選用鏈表來動態存儲這些結構體。當記載結束往后，就可以工作剛才記載的一系列方位了，由于選用鏈表結構存儲程序，所以取用這些程序很便當，只需用一個指針從鏈表首部初步取程序，逐行工作，至到鏈表結束即可。程序工作的時分，機器人各個關節一同運動，作業效率高；正在工作的那行程序，以高亮情況閃現。其他，關于記載的方位可以做刪去、清空等操作。4.2.5設置參考點及回參考點程序發起或退出的時分，機器人應停留在預設的參看點上，這個參看點在初始對話框函數BOOLCRobotDlg::OnInitDialog()中預先設置。在程序工作期間，使用者也可以自行設置。回參看點的程序和回放示教程序相同，不過回參看點只是工作到一個方位。

第5章總結5.1所完成的工作實驗途徑的改造在本文中，使用了報廢的焊接機器人。為了將其轉變為送料機器人，不僅對結束執行器進行了從頭規劃，還對其進行了接線。從頭計算了關節軸電位器由于校準電壓不同，因此校準曲線與所獲得的函數之間的聯絡也不同。規劃接線板電路和驅動電路端子板是計算機和板卡的信號端子與機器人的電路端子之間的橋梁。控制軟件規劃軟件是機器人的“大腦思維”，軟件的規劃是賦予機器人“大腦”以人類的意志。5.2設計經驗（1）將底座規劃成長方體是不合理的當腰關節處于不同方位時，肩關節運動的下限是不同的，這不簡略編程。最好將基座規劃為下面帶有法蘭支撐的圓柱體。（2）最好設備機械制動設備僅依托程序來完結制動是不可靠的，例如遽然斷電，將無法制動。（3）在電機上應設備放電電路電機相當于一個線圈。電動機發起或間斷時，將發作很高的感應電動勢，這很可能會損壞電路中的組件。因此，有必要增加安穩電壓或連續活動的成分。（4）電位器的輸出電壓會在必定范圍內無規則不堅定所謂的“滑動噪聲”是因為電位計材料的電阻率分布不均勻以及電刷滑動時接觸電阻的不規則改動引起的。這導致電位器的電壓反響不精確。（5）接點方向角度及電位器設備關節角最好與關節角坐標系相吻合，電位器輸出電壓最好跟著關節角的增加而增加，以利于編程。5.3誤差分析本文中每個關節的角度過失在±2°左右，由所以開環安排，所以概括疊加起來，結束過失可能會較大，并且重復精度不可。下面簡明分析一下過失的來歷：工作臺、基座的上下表面平行度過失，腰關節轉軸的垂直度過失，以及其它關節之間的平行度過失齒輪、軸承的空地，齒形帶的變形不均勻裝置過失各關節軸的回轉過失，各連桿的受力變形過失；運行時，機械部分的振動電位器的滑動噪聲，以及電源的不穩定都會導致反應電壓的不精確用程序完結制動不如機械制動設備反應快。結語在當今的大型制造業中，為了前進出產功率和確保產品質量，企業廣泛注重出產過程中的自動化程度。作為自動化出產線的重要成員，工業機器人逐漸被企業認可和選用。在必定程度上，工業機器人的技術水平和運用程度反映了一個國家工業自動化的水平。現在，工業機器人首要承擔焊接，噴涂，搬運，堆積等重復勞動密集型作業，其作業方法一般選用演示和拷貝的方法。在本文中，規劃了具有四個自由度的工業機器人來將材料運輸到沖壓設備。本文首要規劃了機器人底座，大臂，小臂和機械手的結構，然后選擇適合的傳動方法和驅動方法，搭建了機器人的結構途徑。在此基礎上，本文將規劃機器人控制體系，包括數據采集卡和伺服放大器的選擇，反響方法和反響元件的選擇，端子板電路的規劃和控制軟件的規劃，著重于增強機器人的可靠性。控制軟件和機器人操作的安全性，抵達的政策包括：關節伺服控制和制動問題，實時監控機器人每個關