机器人实验平台介绍与机械手的设计

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。本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、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，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，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、实时监测机器人的各个关节的运动情况、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：机器人，示教编程，伺服，制动宵AB齐ST虽RA努CT用浓In煤t粘he午m遮od沿er抗n插la瞒rg斗e-双sc洒al祖e筋ma亡nu集fa借ct脏ur上in失g远in蹲du斧st热ry健,位en情te抄rp皇ri显se踢s胆p响ay阀m淡or黄e娘at士te懒nt抵io督n僻on姨t展he送a吓ut搂om构at惯io承n影de横gr浪ee搏o倚f闷th速e学pr气od模uc馆ti白on廊p胖ro领ce哥ss桑i押n年or款de时r捉to晋e窄nh蜜an蛮ce况t慰he鞭奴pr乞od贝uc却ti趴on廉e页ff高ic蒜ie第n边cy栋,哪an滋d桥gu取ar或an攀te猛e疯th溜e挣pr横od邀uc馒t桑qu蒜al念it虎y.抹A植s祸an绕i怀mp鞋or阀ta狮nt配p洲ar蝇t咱of蹲t吸he佳伴au瞒to敲ma情ti吵on怒p笨ro扬du夺ct茄io谱n谱li悬ne好,躺in听du笛st柿ri打al唐r半ob铺ot奴s滴ar产e员gr突ad讽ua篇ll瓜y雀ap该pr纠ov贼ed抗a锦nd涉a晋d白op封te弓d变by款秃en体te诸rp伞ri拢se片s.蔽T腊he贡t纸ec融hn奉iq疯ue重l酿ev怠el地a葱nd寿t定he纵a咏pp斗li续ca射ti仙on蚁d箩eg戚re丑e座of揉i志nd殖us华tr壮ia醉l波ro棉bo提ts旋r四ef帝le短ct渐t角he味n乐at声io总na弄l云l窃ev晶el刷o衫f经th值e恶in闪du智st消ri墙al族a扛ut做om核at暗io夏n劣to另s苗om赔e悼ex拒te痕nt敬,缸cu往rr级en讽tl没y,恭i铅nd喷us弹tr适ia智l朗ro宿bo坦ts升m淋ai逗nl迹y槽un艇de局rt君ak巩e贵th说e念jo赔ps死o土f葵we内ld圆in失g,朵s密pr浸ay垃in萝g,披t唤ra馆ns气po视rt窝in玉g居an默d撑s志to林wi格ng棕e焦tc番.横,助wh冈ic炸h辞ar笋e闯us画ua滑ll色y茄do睬ne四r够ep返ea你te旧dl负y陈an博d旁ta别ke室h伏ig口h细wo干rk瞧s界tr愤en踩gt刮h,虹a多nd滥m乡os酿t炒of赖t狼he例se凭r完ob靠ot露s古wo摆rk赞i瘦n辅p杂la突yb竹ac识k嚼wa瑞y.倍In脸t默hi饰s毒pa裤pe预r宁I晶wi匆ll荒d搁es挂ig么n照an遍i拦nd喂us碧tr岔ia祥l每ro夜bo汽t与wi骆th顶f联ou任r密DO避Fs烟,佛wh借ic词h普is吗u胀se堤d捆to恋车ca获rr硬y伶ma作t吼er信ia途l田fo帽r蒙a励pu年nc页h.查F帽ir语st驶I百w妈il胖l袖de净si炉gn采th碗e条st禾ru洗ct枕ur竭e劝of练t刷he丝b核as俱e,词t光he脂b路ig竹a饼rm想,蹈th寄e负sm叔al中l鹅ar撇m未an墓d降th吧e吗en全d泪ma绑ni炎pu锡la欣to棒r监of袖t嫂he臂r幸ob罚ot适,积th标en贷c镰ho颂os颈e答pr珠op税er蜜d狂r竹iv殃e责me熄th晃od碧a肃nd悼t唤ra归ns材mi宿ss资io臭n须me暮th苦od姓,跑bu械il垫di须ng皇t扬he絮m袜ec堤ha嫂ni干ca寇l围st效ru纹ct介ur俊e矮of桶t鼻he令r益ob教ot煮.燥On警t望hi陆s仰fo绳un畏da续ti盏on程,茧I针wi规ll悄d非es广ig赖n梅th盈e写co帝nt顾ro左l燕sy认st赌em贪o燃f预th煤e来r呜ob撤ot维,伙in魂cl成ud铜in咏g拦ch题oo阀si妻ng拔D牺AQ乖c登ar催d,赖s侄er然vo茅c煤on皱tr派ol丢,屡fe跪ed己ba差ck生m练et灶ho蔽d机an双d臭de似si祖gn抄in肢g萌el匹ec南tr盖ic户c情ir歌cu隙it厉o披f是th泽e稿te税rm乖in驴a赶l鼻ca唱rd正a养nd炒c狐on辜tr械ol莲s甩of束tw查ar挠e.冲G忠re冻at林a症tt常en抚ti买on砖w榆il截l闹be视p慕ai碌d地on楼t勺he败r疫el玉ia枣bi群li适ty停o拨f毫th袜e翠co庭nt租ro羡l吵so怎ft时wa画re浑a猾nd舒t麻he湖r饿ob肝ot透s绑af围et馅y圾du挤ri脊ng处r距un击ni啦ng敲.视Th聋e筛a延im栏s帮to斤r愤ea减li蚁ze省f料in岁al毛ly环i绳nc箭lu敏de参:芽se瓣rv绪oc罢on努tr错ol硬a企nd累b落ra吧ke仪o尿f韵th资e序jo浮in即t,厦m恼on仿it孔or脆in牙g投th酬e共mo疯ve穷me迁nt诚o到f跑ea贩ch晌j捆oi袭nt旺i召n播re蠢a晒lt兰im牵e,绸p戚la柜yb搁ac谅k苹pr览og交ra纺mm奖in最g就an栽d要mo墨di询fy童in厨g提th税e呀pr尸og裂ra席m课on纵li租ne扫,蚁se务tt计in蝶g舅re收fe牲re齐nc灿e题po努in予t毅an案d凯re逗tu亏rn邻in辞g纺to蚁r原ef分er忆en勇ce糟p案oi我nt跟.压KE她Y讽WO肚RD缴S朴:傲ro宿bo崭t,竿p能la粉y登ba面ck框,和se妖rv北oc趣on系tr捏ol过,景br爆ak痛e嫌目秃录况第1碌章隔绪论引……狡……前……颠……忌……柜……驰……域……席……堡……债……考……钳……开索1戚1.忆1固机器乖人概责述嚷……桌……帽……勇……凶……荒……薪……胜……垦……敢……猾……辩…李杰2维1.管2天机器掌人的蜻历史抱、现刷状稳……借……沉……朝……泡……伐……竖……艘……拒……益…熟困2萝1.纺3候机器吸人的才发展网趋势伍……涨……阻……率……单……扩……翅……败……阅……秩……丑彻4离第2殖章致机器赴人实灾验平纤台介陪绍及虾机械存手的寺设计渡……掉……脸……迈……柴……果……己王5嘉2.亏1自兰由度特及关睁节迎……蜡……面……再……巩……头……详……功……窜……躬……忘……拍桨5废2.沿2翼基座藏及胞连批杆架……符…岭……饥……未……赚……糠……点……炸……箱……简……酷……调泪5固2.情2.偏1寺基守座剃……牢……市……示……搅……蓝……收……佳……除……啊……贝……壮…泛名5键2.秒2.扛2竟大唤臂械……倘……偿……塔……唱……缝……怕……婶……下……昆……劣……缘…丢宿6当2.势2.里3流小狼臂医……逼……斥……知……污……左……蠢……于……回……西……免……伍…注弃6较2.蕉3殃机械愉手的颂设计甘……掌……掘……泪……指……忆……他……钢……砖……夹……谦……比惩7瑞2.弱4默驱动怖方式咐……气……瞧……哗……凝……借……室……芬……据……丈……味……镰……偶锦9刚2.唉5呢传动办方式排……喜…撤……耐……译……饰……乳……础…怒……印……气……椒……梅……龟玻11堵2.处6滤制动继器友……穗……暴…瓜…所……择……乖……柏……捆……加…龄……裳……撇……乒……不面12握第3鸣章冷控脾制系进统硬鲁件锐……籍……雕……阻……崭……牙……则……县……湾……阿……怖…蛙慈13填3称.1读控针制系蜘统模住式的件选择下……粒……稻……勉……约……丸……忆……壳……册……施…稳1誓4雀3.侨2谎控制汗系统扬的搭拔建惭……自……深…妥……埋……若……昏……先……禁……电……偿……绢1轧4访3.句2.灿1妹工违控机穿……起……稠……庸……傍……尾……劈……术……剖……气……腊……串1安5啊3.屈2.箭2蜂数企据采北集卡中……掠……翼……晶……绵……歉……垮……鸽……渣……凳……宽…谣15移3.撇2.蹦3尤伺瓦服放顶大器题……红…副……据……较……捎……填……腹……凡……占……疼……别16查3.瓦2.禽4棕端获子板菜……笨……悔……椒……透…磨……迎……置……兰……乳……差……畅……隐16叶3.扑2.买5伪电位估器及央其标上定消……谅……窗……绑……还……寇……过……佣……仙……堤…渣1台8撒3.旧2.跨6盐电源露……促……兆……躬……上……薄……歉……厦……否……誓……盗……收……洲2碌1血第4添章偿控制迫系统首软件相……都……葛……箭……纲……终……拐……榆……狸……京……甩……谁21扮4.产1预进期的经功能消……伞……陵……精……村……落……设……哑……摄……塘……匆……酿…裳21烟4.湾2逮实现革方法围……虹……饼……岸……个……饮……哨……际……路……弱……丽……掠…薯洽22梁4.裕2.纳1冻时显钓示各码个关纳节角邪及运颈动范念围控胶制魂……她……倦……傲……付…糖2踩2如4.呜2.棍2集直流怪电机志的伺黄服控谎制近……曾……砍……挽……钉……晴……仇……吵…鼻…尺22戚4.辆2.炒3合电机励的自瓣锁袖……摩……厚……穿……适……化……肤……峡……到……偿……机22占4.圣2.绑4选示教鸽编程洲及在械线修跳改程核序刮……乓……来……湾……江……暮……郑……嫌25笛4.帝2.泛5核设置不参考滋点及景回参特考点暂……呜……既……弄……突……捉……废……巩…产26应第5螺章任总结罪……礼……冒…率……小……景……向……跑……圣……农……蚂……良……亡……柜…采2墙6色5.晋1川所完尸成的沾工作快……绒……洞……忠……脂……介……旗……购……那……败……耳……陆26抢5.山2紧设计碍经验踏……萌……夸……凤……园……惨……化……淋……栋……驰……旅……鼠…示葱27匆5.包3裹误差酱分析猫……鞭……狐……暗……连……框……渣……骗……串……业……劈……宇…祖辱27智5.蹈4冈可以衫继续晶探索放的菜方萍向挽……调……秋……镰…萝……秩……年……倍……冤……犯……高2饥8弊致吉谢供…修……博……搞……隐……时……者……财……鸣……行……盾……歇……例……掌……疾……霞29歪参考司文献宋……缩……鹊……纹……尽……鞭……闯……误……小……自……昌……利……肿……昌…贝3锻0暑第1鸽章遍绪论恳1.毒1帐机器霞人概纠述厕络厉在现序代工幕业中拜，生仙产过挤程的拴机械连化、残自动曾化已忠成为协突出伏的主辰题。蝇化工振等连抛续性今生产兼过程好的自罪动化地已基踩本得吸到解领决。艇但在高机械导工业恒中，沫加工攀、装直配等真生产瞒是不英连续践的。涛专用轮机床滨是大张批量委生产应自动修化的休有效皂办法竹；程甩控机碰床、宴数控彼机床辞、加才工中任心等算自动奖化机沫械是且有效狮地解愉决多镰品种渗小批筒量生疯产僻自赢动化息的重沙要办钉法。宁但除桥切削聪加工汁本身氏外，锋还有共大量庙的装炮卸、内搬运悦、装泰配等筒作业贪，有勺待于引进一刮步实避现机踏械化碌。机戒器人毒的出爸现并晓得到荒应用樱，为永这些贷作业通的机太械化寻奠定蝇了良您好的璃基础吧。上“相工业象机器粗人午”惩（I塘nd拔us勾tr能ia沉l两Ro馅bo宅t）惯：多君数是滴指程仰序可餐变带（编量）的用独立暗的自申动抓权取、搞搬运浮工件爷、操育作工版具的好装置圣（国姓内称条作工杠业机牵器人窝或通蚁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fVoltage>=fVoltage_former跳出循环，表示大臂或小臂已经制动在自所位置了卫方法卸一验榆证：仰抢场用方形法一券编写允的程狼序，背调用感On绩T吗2哗Bu亲tt定on反()驴或蚀On纳T右3赠Bu岗tt怜on煤()杆函数赏后，砌对于呆正在跌上升挪的臂偶可以默实现驾很好行的制灯动，丑而对称于下蚊降的窑臂则备不可锣靠，龄有时六候下倦降的迹臂停驳止下雕落后否会反颜弹又私向上把运动饲。含借渠定性馒分析线其原纺因是尽由于东上升坛的臂股在电榜机失撞去驱避动力宿矩后放，在答重力量作用倚下会也慢慢影下落察，下餐落初晓速度圈为0恰，静宏止后晶的速御度变猾化不敬大，亡制动链时间亲短，烦容易滋制动潜；而拣下降岗的臂盗失去课驱动悄力矩划后，古在重识力深作用营下仍核以原洋来的寒速度妥下落亡，静亩止后椅的速吧度变球化较穴大，校制动书时间羊长，舟很容辨易使塌制动坝电压这的线授性增请长时站，超载过平沉衡重歼力所由需要锐的电粮压，蜓从而弄导致俯反弹且现象州的发握生，衔其实柳质是联由于陪电压片的超队调造救成的点。捆读由此后振，针俊对这相种反幼弹现递象对堂程序阴作过印多梯次修中改，竹结果评都不盖太理马想，挺所以杨就尝佛试换衡一种猫方法巨。惜程序匪设计舱方法像二：萝方法锤二采敞用传基统的亡PI爬D控侍制，绘电压贤超调长后还却可以墙减小眯，可懒以避遵免反钻弹现蒙象的哪发生舱。纺下图窄为程秒序流跟程图孕：调用调用OnT2Button()或OnT3Button()函数使电机电压为0，并采样此时位置，将电位器使电机电压为0，并采样此时位置，将电位器输出值存放在fVoltage_former中延时tms，再次采样，取得误差量延时tms，再次采样，取得误差量e1=fVoltage_former-fVoltage进入for循环进入for循环延时tms，再次采样，取得误差量，使e2=e1，e1=fVoltage_former-fVoltage;误差积累sume+=fabs(e1)使电机输出电压v=kp*e1+ki*sume+kd*(e1-e2)用for函数控制循环次数，经过n此循环后，跳出循环，大臂或小臂已停止下落实现制动用for函数控制循环次数，经过n此循环后，跳出循环，大臂或小臂已停止下落实现制动乏方法坚二验哑证：番由于厌方法睛二采茫用P辣ID口控制落，需镜要选节择合字适的压比例数、积替分、造微分胃系数沟；另狐外甜还要扑选择误fo驼r(利)循京环中营的延袖时时疲间t付和循乒环次购数n汗。邀选择筋结果呀：k乱p=随2.擦0,绢新ki甜=0蔬.0去2,扁疮kd端=0脸.0存4，垦议t=壶10诱,匀己n配=1斜0;你所以番最终批制动眼时间田为n的*t周=1圣00蒜ms筹总结驼：售纺约对故于方亏法乌二，宵其控沿制框添图如睡图4董.1枕所示怖：军图4活.1旧4.倒2.架4亏示教揪编程台及在冶线修够改程踩序渗设计腹方法裕：冤当机赌器人涉停止浮在某换个位段置时鱼，可钳以记疏录下肆在该防位置畏所对湖应的季一组势关节衔角，搬这一域组关川节角碰用一菜个结迁构体炊存储战雪st售ru摊ct辞p容os虫it恨io炭n{辆叔繁fl咱oa紧t拐Vo币lt赏ag第e1哥;孟僻辨fl须oa舍t胖Vo春lt跪ag蛋e2移;骨宴恐fl现oa孙t伯Vo镜lt缎ag骨e3晓;爷户利fl荡oa桌t腰Vo何lt受ag保e谜4赠;路征弃fl准oa头t铁Vo糠lt冲ag至e拣5筋;彩楼招st福ru忘ct扩p棋os堡it碗io市n零*n饭ex敢t;}肚记录遗的位跃置同杀时显棍示在乱列表嫁框中盒，记凤录位椒置不倒超过冰1种00伸0个墨。搅为了西便于恳对这落些位天置作休修改蚀，本志文采霸用链处表来训动态彼存储寨这些坏结构逗体。灶当记哑录结觉束以框后，灾就可甜以运社行刚糠才记存录的逐一系所列位下置毙了，叉由于磨采用见链表靠结构爹存储敢程序撑，所德以取术用这染些程狡序很女方便延，只遮需用央一个乡指针缎从链网表首招部开修始取飞程序管，逐边行运猎行，折至到学链表故末尾钩即可近。秋程序录运行叠的时匠候，萍机器私人各厦个关副节同室时运尾动，常工作毙效率延高；绳正在想运声行的艰那行欢程序岁，以趣高亮辜状态锤显示蜻。惠另外劝，对燕于记奏录的碎位置均可以确做删匹除、移清空结等操趣作。暑4.退2.湿5毯设置域参考赠点及击回参仇考点桑程序室启动泻或退衔出的巩时候永，机呢器人买应停少留在或预设判的参绞考点欲上，别这个基参考召点在核初始墓对话按框函讨数衔BO趴OL体C榜Ro派b宇ot招D爆lg万::凉On旨In贯it肿Di渴al股og信()依中预述先设隙置。拉在程须序运已行期谋间，勒使用练者也躁可以抗自行呈设置麻。穗回参遣考点放的程灾序和况回放组示教蚀程序研一样比，不慕过回商参考殖点只嫁是运家行到侧一个评位置至。稀第5位章寄总结渣5.岂1腊所完讯成的夺工作第(1盆)税对实击验平折台的桨改造喘钻扭本削文利比用的室是报猪废的团焊接额机器夸人，材要改箭造成璃送料逮机器缠人，喜不但饥要对营末端枪执行樱机构抱进行验重新防设计右，还稀要重恶新布遗线。蚁(2梨)口对关递节轴摩电位副器进半行重蹈新标尿定蛮鸣由于遍标定膀电压擦不同剧，标腿定曲魂线和锹所得舍的函盘数关宝系就跌不同蓄，本漫文选龙用的殖是1铸0v索电崇压。疲(3嫂)枪设计征端子供板电缓路及画驱动屋电路兵螺粉端子锋板是水计算铲机、组板卡用控制挪信号粱端与裕机器渗人电债路端清的零“进桥梁粮”垄，承妹担着凭信号阴调理状、驱那动放绸大巷等任脖务。梅(4房)瞎控制邮软件价的设抗计领时软件鲜是机点器人口的原“腐大脑弯思维式”网，软趣件的桐设计勇就是诊将人营的意都志赋猎予机值器人犹的掘“优大脑丸”晌。剖5.萌2算设计房经验好（膜1）尝底芝座设见计成认长方皆体不纠合理脏当腰嚼关节村在不较同的典位置替时，撤肩关聪节运浮动的苍下限眼不同钻，不种便于禁编程荒；最迁好将存底座闹设计暖成圆危柱体报，并昨且下魄面带桐有法塘兰支钱撑。浮（2另）企最好涨安装度机械低制动俘装置齿蓄息仅朝依靠励程序插来实闲现制窗动并认不可诉靠，葵例如矛突然与掉电敲，将低无法袄制动淘。肯（3低）吵电奏机上糖应安施装放眨电回短路获露电机诊相当纵于一陷个线统圈，梯在电嫂机启舟动或券者停跪止瞬骗间，婚会产歪生很纹高的亭感应略电动浙势，会很可恒能会壳对电搂路中欧的元撤器件对造成景破坏古，所艘以要渠加上国稳压撇或者悉续流属元件疑。壶（4蚀）通电位朗器输挎出电辅压会拣在一犯定范盛围内肢会有户无规免则的平波动鼠由于妈电位汗器材坦料电绪阻率翻分布诞的不乞均匀近以及出电刷余滑动吸时接农触电欧阻的涛无规铺律变圾化，逃会引谷起所粮谓的守“胖滑嫂动噪颤声肌”躲。这蔬导致馆电位脚器反取馈电果压并辣不准核确。萄（5欠）班关节株角