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二 〇 一 三 年 六 月
本科毕业设计说明书
题 目：模块式六自由度机器人控制系统设计 学生姓名：
学 院：机械学院 系 别：机械系
专 业：机械电子工程 班 级： 指导教师：
职 称：
摘要
近二十年来，机器人技术的发展非常迅速，各种用途机器人在各个领域获得广泛应用。我国在机器人的应用和研究方面与工业化发达国家相比还有一定差距，因此设计和研究各种用途的机器人特别是推广机器人、工业机器人的应用是有现实的意义。
典型的工业机器人例如喷装配机器人、漆机器人、焊接机器人等大多是固定在加工设备旁边或生产线作业的，本论文在参考大量的文献资料的基础上，结合了项目的要求，设计一种小型的、固定在AGV上的、以实现移动的串联六自由度机器人。
首先，针对机器人设计要求提出了多个方案，并且对其进行分析和比较，选择其中最优的结构设计方案;然后进行运动学分析，用D一H方法来建立坐标变换矩阵，推算出运动方程的正解和逆解;用矢量积法推导速度雅可比矩阵，并计算包括腕点在内的一些点的速度和位移;然后借助坐标的变换矩阵进行工作空间的分析。这些工作为移动式机器人的运动控制、结构设计和动力学分析提供了依据。
最后运用已有的六自由度机械手及其手爪的三维造型和装配，将模型导入proteus中，并进行运动学仿真对其结果进行了分析，并且对在机械设计中使用的虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。
关键词:6自由度机器人；运动学分析；仿真
ABSTRACT
In the Past twenty years，the robot technology has been developed greatly and used in many different fields. There is a large gap between our country and the developed countries in research and application of the robot technology so that there will be a great value to study，design and applied different kinds of robots，especially industrial robots.
Most typical industrial robots such as welding robot，painting robot and assembly robot are all fixed on the product line or near the machining equipment when they are working. Based on larger number of relative literatures and combined with the need of project，the author have designed a kind of small一size serial robot with 6 degree of freedom which can be fixed on the AGV to construct a mobile robot.
First of all，several kinds of schemes were proposed according to the design demand. The best scheme was chosen after analysis and comparing and the structure was designed. At same time，The kinematics analysis was conducted，coordinate transformation matrix using D一H method was set up，and the kinematics equation direct solution and inverse solution was deduced，the matrix was constructed using vector product method，and the values displacement and velocity of some special point including the wrist point were calculated. Secondly，the working space of the robot was analyzed and the axes section of practical working space was drawn. These works provided a basis to structure design, kinematics and control.
At last do the completion of six degrees of freedom manipulator’s and gripper’s three-dimensional modeling and assembly. models will be imported in proteus, and do the simulation and kinematics, and the simulation result was analyzed. In the experiment，the author tried to use the virtual prototyping technology in mechanism design.
Keywords: Six degrees of freedom robot;Kinematics Analysis; simulation
目录
摘要 (2)
ABSTRACT (3)
目录 (4)
第一章绪论 (1)
1.1机器人概述 (1)
1.2模块式六自由度机器人概述 (1)
1.2.1机器人分类 (1)
1.2.2 自由度理论概述 (2)
1.2.3模块式六自由度机器人的应用 (2)
1.3主要研究内容 (3)
第二章运动学分析 (4)
2.1概述 (4)
2.2运动学分析 (4)
2.2.1空间机构位置的描述 (4)
2.2.2空间机构中两任意坐标系的变换关系 (9)
2.2.3工业机器人运动学方程 (11)
2.3 机构的运动学分析 (11)
2.3.1 机构尺寸参数 (11)
2.3.2 机构的运动学方程 (13)
第三章模块式六自由度机器人控制系统硬件设计 (15)
3.1 总体控制方案设计 (15)
3.2 步进电机选取及控制设计 (15)
3.2.1步进电机原理及控制技术 (15)
3.2.2步进电机的换向控制 (17)
3.2.3步进电机的选取 (17)
3.3 ULN2003驱动器 (18)
3.4 89C51控制设计 (21)
3.4.1 AT89C51简介 (21)
3.4.2 AT89C51最小系统 (21)
3.4.3 AT89C51系统设计 (22)
第四章模块式六自由度机器人控制系统仿真设计 (25)
4.1仿真软件概述 (25)
4.1.1 protues简介 (25)
4.1.2 Keil C51简介 (25)
4.2 仿真系统设计 (25)
4.2.1 仿真系统组成 (25)
4.2.2仿真系统程序设计 (25)
4.3 运行调试结果 (26)
结果 (26)
参考文献 (28)
致谢 (29)
附录：程序代码 (30)
第一章绪论
1.1机器人概述
机器人是种能够进行编程，并在自动控制下执行移动作业任务或某种操作的机械装置。
机器人技术综合了电子工程、机械工程、人工智能、及计算机技术等多种科学的最新研究成果，是典型的机电一体化技术代表，是在当代科技发展最活跃领域。机器人的制造研究与应用正受到越来越多的工业国家的重视。近十几年来，工业机器人技术发展非常迅速，各种工业机器人的在各个领域各种用途中获得广泛应用。
1.2模块式六自由度机器人概述
1.2.1机器人分类
关于机器人如何分类，在国际上没有制定统一标准，有的按控制方式分，有的按负载重量分，有的按应用领域分，有的按结构分，有的按自由度分。一般的分类方式：多功能，有几个自由度，操作型机器人，能自动控制，可固定或运动，可重复编程，用于相关自动化系统之中。程控型机器人，按预先要求的条件及顺序，依次控制工业机器人的机械动作。“示教再现型”机器人，可以通过引导或者其它方式，首先教会机器人执行动作，输入工作程序，则机器人可自动重复进行作业。感觉控制型机器人，通过传感器获取的信息来控制机器人的动作。数控型的机器人，不必使机器人动作，通过语言、数值等对机器人进行示教，根据机器人示教后的信息进行工作。适应控制型机器人，机器人能适应变化中环境，控制自身的行动。学习控制型机器人，具有一定的学习功能，机器人能“体会”工作的经验，并将所“学”的经验用于作业中。智能型机器人，以人工智能决定其机器人的行动。
1.2.2 自由度理论概述
自自度的概念:工业机器人的空间机构一般都为多关节，其运动副通常有转动副和移动副两种。移动关节是以移动副相连的关节。相应地，转动关节是以转动副相连的关节。在这些关节之中，单独驱动的关节被称为主动关节。主动关节的数目就是机器人的自由度。
由机械原理可知，机构具有运动确定时必须所给定的独立运动参数数目，称为机构的自由度（degree of freedom of mechanism），其数目通常表示为F。如果一个构件组合体自由度F>0，他就可以称为一个机构，也就是表明各构件间可有相对的运动；如果F=0，则表明它是一个结构（structure），即已退化成为一个构件。机构自由度分为平面的机构自由度和空间的机构自由度。一个原动件只能提供一个独立的参数。
1.2.3模块式六自由度机器人的应用
六自由度机器人是一种典型工业机器人，在装配、自动搬运、喷涂、焊接、等工业现场中有广泛应用。固高科技GRB系列的六自由度机器人是固高先进的设计与成熟完备的运动控制技术和教学理念有机结合的产物,它既满足工业现场的要求，也是教学与科研机构进行编程系统设计和运动规划的理想对象。
该机器人采用六关节的串联结构，各个关节以“精密谐波减速器+绝对编码器电机”为传动。在小臂处留有气动工具、安装摄像头等外部设备的接口，并且提供备用的电气接口，方便用户进行功能的扩展。
机器人控制方面，采用集成的PC技术、逻辑控制、图像技术及具有专业运动控制技术的VME运动控制器，高速高精度，性能可靠稳定。
工业机器人广泛应用于工业领域。工业机器人一般是指在工厂车间的环境中，配合自动化生产需要，代替人来完成零件或材料的加工、装配、搬运等操作的一种工业机器人。工业机器人定义为:“一种可重复编程的、自动定位控制、多自由度、多功能的操作机。能搬运零件、材料或操持工具，用以完成各种作业。”
操作机被定义为:“具有与人的手臂有相似的动作功能，可以在空间抓放物体或者进行其它操作的机械装置。”
一个典型的机器人系统由通讯接口、本体、计算机控制系统、传感系统、关节伺服驱动系统等部分组成。一般多自由度的串联机器人具有4～6个的自由度，其
中2～3个自由度用来决定末端执行器在空间的位置，其余的2～3个自由度用来决定了末端执行器在空间的姿态。
1.3主要研究内容
通过查阅了大量的文献资料，并且系统学习了机器人的技术知识，同时对国内外的机器人，主要是对六自由度机器人的现状有了比较详细了解。在这个基础上，结合了作者本人设想，和设计工作中需要解决的问题，主要进行以下几项工作:
(1) 调研收集分析有关六自由度机器人的资料，总结其机构与工作特点；
(2) 找到合适六自由度机器人的机构方案；
(3) 模块式六自由度机器人控制系统设计；
(4) 六自由度机器人运动学分析与仿真；
(5) 利用动力学分析软件proteus对六自由度机器人模型进行运动学仿真，对在设计中使用虚拟样机技术进行探索和尝试。
第二章 运动学分析
2.1概述
多自由度机器人其实是具有多个关节空间机构，为了描述在空间中末端执行器的姿态和位置，可以建立一个坐标系在每个关节上，利用坐标系之间的关系去描述末端执行器的位姿。
建立坐标系的方法有很多种，常用的有D 一H 法(四参数法)和矩阵变换法及五参数法等。
D 一H 法(四参数法)是由Denavit 和Hartenberg1955年提出的一种建立相对的位姿的矩阵方法。它用齐次变换来描述各个连杆相对于固定的参考系空间几何关系，用一个4x4齐次变换矩阵来描述相临两连杆的空间关系，从而推导出了“基坐标系”相对于“末端执行器坐标系”的等价齐次坐标变换矩阵，它把一个矢量从一个坐标系中转换到另一个坐标系中，每一个矩阵可以同时实现以下两个作用：平移和旋转。建立操作臂运动方程。本文中用的D 一H 法来建立坐标系并且推导该机器人的运动方程。
2.2运动学分析
2.2.1空间机构位置的描述
1.点的位置描述
空间任一点P 的位置在直角坐标系｛A ｝中可用（3ⅹ1）的位置矢量Ap 来表示如图2-1为:
点P 的三个位置坐标分量分别是Px 、Py 、Pz 。
??
??
?
?????=z y x P P P P A 图2-1 点的位置描述
2.点的齐次坐标
上述坐标用（4ⅹ1）列阵表示，被称为三维空间点P 的齐次坐标，比如:
齐次坐标是并不唯一的，当列阵每一项分别去乘以一个非零因子ω都表示P 点。
3.坐标轴方向的描述
在直角坐标系中，x,y,z 轴的单位向量可用 、
、 表示，则用齐次坐标描述x 、y 、z 轴的方向：
规定：以列阵 且a2+b2+c2=1表示某矢量的方向。如列阵
中的第四个元素不为零，则表示空间某点的位置。 如图2-2中矢量
的方向可表示为：
???
???
????????=1z y x P P P P ???
???
????????=??????????????=??????????????ωωωωz y x z y x P P P w c b a P P P 1=p i j k
???
??
?
??????=0001x ???
??
???????=0010y ???
??
???????=0100z []T
c b a 0[]T
c b a
ωv
???
??
???????=0
c b a v
其中a=cos α，b=cos β，c=cos γ。 v 点坐标为：
4.动坐标系位姿的描述
用位姿矩阵对坐标系各轴方向和动坐标系原点位置进行描述，例如原始的直角坐标系可以描述为：
如描述一个任意的坐标系R ，则利用其三个坐标轴x R 、y R 、z R 在原始的坐标系中表示矢量齐次列阵与列阵[0 0 0 1]T 组成。
5.刚体位姿的描述
机器人的每一个连杆都可以看做一个刚体。当给定刚体上某一点位置与该刚体在空中的姿态，于是刚体在空间上的位姿便是唯一确定的了，可用唯一一个位姿矩阵来描述。如图2-3刚体o ’x ’y ’z ’是固连于刚体上的一个坐标系，称为动坐标系。
刚体Q 在固定坐标系OXYZ 中位置的齐次坐标形式为：
、 、 分别为x ’,y ’,z ’坐标轴的单位向量：
?????
???????=
1c b a v ?
?
???
????
???=1000010000100001
A ??
??
???
???????=1000z y x p 图2-3 刚体的位置和姿态描述
n o a
刚体的位姿表示为齐次矩阵：
6.手部位姿的描述
如图2-4机器人手的位姿可用固连于手的坐标系{B}的位姿表示
（1）原点：手部中心点为原点OB
（2）接近矢量：关节轴方向的单位向量 （3）姿态矢量：手指连线方向的矢量 （4）法相矢量： 即法向矢量同时垂直于姿态矢量和接近矢量。手部位置矢量为从固定参考坐标系OXYZ 原点指向手部坐标系{B}原点矢量P ，手部的位姿矩阵为：
??
?
???????????=
0n n n z y x n ??????
????????=0o o o z y x o ??????
?
???????=0a a a z y x a ??
???
?
?
???????==10
00
][0
00
z a o n y a o n x a o n z
z
z y y y
x
x
x
p a
o n T 图2-4 机器人手部的位置和姿态描述
a
o
a
o n ?=
7.目标物位姿的描述
任何一种物体在空间中的位置和姿态都可以用齐次矩阵表示。图2-5楔块Q 的情况可用6个点来描述：
使Q ①绕z 轴旋转90°：Rot （z ，90°） ②再绕y 轴旋转90°：Rot （y ，90°） ③再沿x 轴方向平移4：Trans （4，0，0） 楔块变为图（b ）状态。
??
?
?
?
?
????????==10
00
][p a o n p a o n p a o n x
z
z
z x y y y
x x
x
x p a
o n T ?
?
???
?
?
?????---=
1111110022004400001111
11Q ?
?
???
?
?
??
???---=11111144000011111144
6644Q 图2-5 目标物的位置和姿态描述
2.2.2空间机构中两任意坐标系的变换关系
刚体的旋转、平移运动均可由齐次变换矩阵来表示，刚体变换后的位姿由其原始描述矩阵乘以齐次变换矩阵而得到。
1.平移的齐次变换
如图2-6，A 点（x ，y ，z ）平移至A ’（x ’，y ’，z ’
即：
记为：
其中 称为平移算子。
2.旋转的齐次变换
如图2-7，A 点绕z 轴旋转 角后移至A ’，即
??????+=?+=?+=z z z y y y x x x '''????
?
?
?????????????????
????=?????
???????1
10001000100011'''z y x z y x z y x ()a z y x Trans a
???=,'()
z y x Trans ???,图2-6 点的平移变换
θ
??
???
=+=-=z z y x y y x x 'cos sin 'sin cos 'θθθθ图2-7 点的旋转变换
推导：设A 点在xoy 平面上投影的长度为r ，与x 轴夹角为α。
则
即 z 坐标未变，故z ’=z 写成矩阵形式为
记为 同理：
图2-8中 为任意过原点的单位矢量，
其在三个坐标轴上分量为kx ，ky ，kz ，且 。若A 点绕 旋转θ角，则可以证明，其旋转齐次变换矩阵为
Rot （k,θ）
???==ααsin y cos r r x ??
?+=+=)sin(y')cos('θαθαr r x ??
?-=-=θ
αθαθ
αθαsin cos cos sin y'sin sin cos cos 'r r r r x ????+=-=θ
θθθsin cos y'sin cos 'x x y x x ?????
???????????????????-=????????????11000010000cos sin 00sin cos 1'''z y x z y x θθθθ()a
z Rot a
θ,'=?????
?
?
??
???-=10
000cos sin 00sin cos 00001
),(θθθθ
θx Rot ?????
????
???-==100
0cos 0sin 0010
0sin 0cos ),(θ
θθθθy Rot R
122
2=++k k k z
y
x
k
??????
???
?????+-+-----+-+-+---+-=10
000cos )cos 1(sin )cos 1(sin )cos 1(0sin )cos 1(cos )cos 1(sin )cos 1(0sin )cos 1(sin )cos 1(cos )cos 1(),(Rot
222θ
θθ
θθθθθθθθθθθθ
θθθθz x z y y z x x y z y z y x y x z z x y x k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k
2.2.3工业机器人运动学方程
齐次变换矩阵Ai 表示可连杆i 坐标系相对于连杆坐标系i-1位姿变换矩阵。例如A1表示连杆1相对连杆0（基座），A2矩阵表示连杆1坐标系相对于连杆1坐标系的位姿变换。连杆2相对固定坐标系的位姿可用A2 和A1 的乘积表示T2=A1A2
依此类推, 对于六连杆机器人，于是有下列矩阵：T6=A1A2A3A4A5A6，上述等式称为机器人的运动学方程。Ｔ６表示手部坐标相对于固定参考系的位姿。
或前三列表示手部的姿态；
或第四列表示手部中心点的位置。 2.3 机构的运动学分析
2.3.1 机构尺寸参数
机构模型如图2-9、图2-10所示：
图2-8 点的一般旋转变换
?????
???????=?
???
??=10
10
00
6z z z z
y y y y x x x x n n p a o n p a o n p a o n P R T R n 0
P
n 0
图2-9 机构模型
图2-10 机构模型
根据模型尺寸，姿态连杆长度分别为49、50、123。位置的初始值为：
??
???
??????
?10
256100001075001 设两个移动装置的传动比为1k ；所有传动机构的传动比为2k 。各个电机的转角位n θ。
2.3.2 机构的运动学方程
前三个关节确定了末端的主要位置。以初始状态的小臂方向为x 轴正方向；大臂伸长方向为z 轴正方向，建立空间坐标系。 则初始状态位置方程为：
?
?
?????????
?++1000
256100cos 01075sin 00122131131θθθθθk k k 位姿方程为：
?
?
?????????
?++-10
256100cos 0cos sin 75sin 0sin cos 221311113111θθθθθθθθθk k k 第四关节的旋转齐次变换矩阵为：
?????
???????-1
010000cos sin 0
0sin cos 4
444θθ
θθ 第四关节的移动变换矩阵为：
??
???
???????-10
9910000100001 第五关节的旋转齐次变换矩阵中设k 为旋转的环绕单位矢量，1k 、2k 、3k 分别为
x 、y 、z 轴的三个分量。则：)cos(411θθ+=k ，)sin(412θθ+=k ，03=k 。
所以：
?????
?
?
????
?+-+-----+-+-+---+-=10
00cos )cos 1(sin )cos 1(sin )cos 1(0sin )cos 1(cos )cos 1(sin )cos 1(0sin )cos 1(sin )cos 1(cos )cos 1(),(5
5335
1523525315152355225
352
1525315352155115θθθθθθθθθθθ
θθθθθθθθk k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k Rot 第六关节的移动矩阵：
?
?
????
???
???++=1000
)sin(sin 123100)cos(sin 123010
cos 1230
01()4154155
θθθθθθθtrans
第三章模块式六自由度机器人控制系统硬件设计
3.1 总体控制方案设计
如前所述，该机器人可用于制造车间的物流系统中工件的装夹、搬运和日常生活中的看护、持物等。要求工作范围大，动作灵活，被夹持物应具有多种多样姿态，自由度为6个，重量轻，结构紧凑。则本设计方案如图3-1所示：
图3-1 总体方案
3.2 步进电机选取及控制设计
步进电机是一种进行精确的步进运动的机电执行元件，它可广泛应用于工业机械中的数字控制，为使系统的通用性、可维护性、可靠性以及性价比最优，根据控制系统功能的要求及步进电机的应用环境，确定了设计系统的硬件与软件的功能划分，从而实现了基于8051 单片机的四相步进电机的开环控制系统。
3.2.1步进电机原理及控制技术
步进电机是种将电脉冲信号转换成了直线或角位移的执行元件，它是不能直接接到交直流电源上的，而必须使用专业的设备——步进电机控制驱动器，典型的步进电机控制系统：控制器可以发出从几赫兹到几千赫兹可以连续变化的脉冲频率脉冲信号，它为环形分配器来提供脉冲序列，环形分配器的功能主要是把来自控制环节的脉冲按一定的规律分配后，经过功率放大器放大加到步进电机的驱动电源各项输入端，用以驱动步进电机的转动，环形的分配器主要有两大类：一类用计算机软件设计的方法实现环形分配器的要求功能，通常称为软环形分配器。另一类则是用硬件构成的环形分配器，通常称为硬环形分配器。功率放大器主要是对环形分配器
课程设计任务书 （ 2015 级） 目录 摘要------------------------------------------------------4 引言------------------------------------------------------5 任务书-----------------------------------------------------6 第一章 我国机器人技术的发展概况------------------------------------7 第二章机器人的总体设计解剖 1.1资料的收集与阐述-----------------------------------------7 1.2机器人工作原理简介 1.总体设计剖------------------------------------------------8 2.伺服电机的剖析--------------------------------------------9 第三章机器人总体设计综述 ---------------------------------12 1、1设计课题的阐述-----------------------------------------12 1、2单片机的选择-------------------------------------------12 1、3主控板部分简介-----------------------------------------12 第四章机器人的总体设计方案与部分简介 1、1设计方案-----------------------------------------------13 1、2各部分功能及原理简介-----------------------------------13 第五章机器人的原理图设计、仿真及电路板制作 1、1机器人的原理图设计-------------------------------------15 1、2电源部分-----------------------------------------------16 1、3稳压电源部分-------------------------------------------16 1、5接口电路部分-------------------------------------------17 1、6单片机最小系统和ISP在线编程---------------------------18 1、9电路板制作---------------------------------------------18 第六章机器人电路板的调试与结论
燕山大学 本科毕业设计（论文）开题报告 课题名称：六足步行机器人 学院（系）：里仁学院 年级专业：机械电子 学生姓名： 指导教师： 完成日期：
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 步行机器人，简称步行机 ,是一种智能型机器人 , 它是涉及到生物科学 , 仿生学 , 机构学 , 传感技术及信息处理技术等的一门综合性高科技 . 在崎岖路面上 ,步行车辆优于轮式或履带式车辆 .腿式系统有很大的优越以及较好的机动性 , 崎岖路面上乘坐的舒适性 ,对地形的适应能力强 .所以 ,这类机器人在军事运输 , 海底探测 , 矿山开采 , 星球探测 , 残疾人的轮椅 , 教育及娱乐等众多行业 ,有非常广阔的应用前景 , 多足步行机器人技术一直是国内外机器人领域的研究热点之一。 目前《机械电子》等期刊发布国内研究成果如下： 闰尚彬,韩宝玲,罗庆生在文献[1]针对仿生六足步行机器人关节较多,其步态轨迹规划和关节控制量计算都较为复杂的现状,采用Solidworks软件与MSC.ADAMS软件相结合的方式对六足仿生步行机器人的样机模型进行了运动学仿真与分析.通过仿真,验证了所设计的三角步态的适用性和所选择的三次样条曲线作为机器人足端点轨迹曲线方案的可行性. 韩宝玲王秋丽罗庆生在文献[2]基于六足仿生步行机器人机构学特性的研究,采用数值分析法求解了机器人步行足的足端工作空间,利用虚拟样机技术计算了机器人的灵活度,从两方面综合衡量六足仿生步行机器人的工作能力,并以六足步行机器人各腿节比例关系的确定为例,介绍了六足步行机器人结构优化的具体方案. 苏军陈学东田文罡在文献[3]研究六足步行机器人全方位行走步态，分析其静态稳定性；规划了典型直线行走步态和定点转弯步态，确定了直线行走步态最大跨步和定点转弯步态最大转角；进行了步态控制算法模拟仿真及实地步行实验。 王绍治郭伟于海涛李满天在文献[4]根据CPG双层网络的特点,采用分层分布式系统架构研究制了一种机器人运动控制系统.其基于FPGA的星型总线,在保证通信速率的同时提高了系统抗干扰能力.在单足控制器中嵌入双NIOS完成CPG网络解算和电机运动控制. 郭少晶韩宝玲罗庆生在文献[5]针对采用电池供电的六足仿生步行机器人其工作时间受限的情况,提出了将动态电源管理、实时任务调度和运动策略规划等方法,综合运用于其控制系统,且更为全面地考虑了机器人系统的能耗等级.这种方法对于降低机器人的系统能耗起到了实质性的作用,其整体思路与技术途径可为降低其它类似的多足步行机器人的系统能耗, 陈甫臧希喆赵杰闫继宏在文献[6]从机械结构、运动模式和步态控制3个方面, 对六足步行机器人的仿生机制进行了分析. 提出一种灵活度评价函数, 基于该函数对六足机器人的结构参数进行了优化; 推导了步态模式与步行速度关系的数学表达; 构建了分布式局部规则网络, 可自适应地调整错乱的腿间相序,生成静态稳定的自由步态.仿真实验验证了上述仿生机制的有效性。
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
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
六自由度工业机器人 对于工业机器人的设计与大多数机械设计过程相同;首先要知道为什么要设计机器人机器人能实现哪些功能活动空间（有效工作范围）有多大了解基本的要求后，接下来的工作就好作了。 首先是根据基本要求确定机器人的种类，是行走的提升（举升）机械臂、还是三轴的坐标机器人、还是六轴的机器人等。选定了机器人的种类也就确定了控制方式，也就有了在有限的空间内进行设计的指导方向。 接下来的要做的就是设计任务的确定。这是一个相对复杂的过程，在实现这一复杂过程的第一步是将设计要求明确的规定下来;第二步是按照设计要求制作机械传动简图，分析简图，制定动作流程表（图），初步确定传动功率、控制流程和方式;第三步是明确设计内容，设计步骤、攻克点、设计计算书、草图绘制，材料、加工工艺、控制程序、电路图绘制;第四步是综合审核各方面的内容，确认生产。 下面我将以六轴工业机器人作为设计对象来阐明这一设计过程： 在介绍机器人设计之前我先说一下机器人的应用领域。机器人的应用领域可以说是非常广泛的，在自动化生产线上的就有很多例子，如垛码机器人、包装机器人、转线机器人;在焊接方面也有很例子，如汽车生产线上的焊接机器人等等;现在机器人的发展是非常的迅速，机器人的应用也在民用企业的各个行业得以延伸。机器人的设计人才需求也越来越大。 六轴机器人的应用范筹不同，设计形式也各不相同。现在世界上生产机器人的公司也很多，结构各有特色。在中国应用最多的如：ABB、Panasonic、FANUK、莫托曼等国外进口的机器人。 既然机器人的应用那么广泛，在我国却没有知名的生产公司。对于作为中国机械工程技术人员来说是一个值得思考的问题！有关机器人技术方面探讨太少了从业人员还不能成群体虽然在很多地方可以看到机器的论术，可是却没有真正形成普及的东西。 即然是要说设计，那我就从头一点一点的说起。力求讲的通俗简明一些，讲得不对的地方还请各位指正！ 六轴机器人是多关节、多自由度的机器人，动作多，变化灵活;是一种柔性技术较高的工业机器人，应用面也最广泛。那么怎样去从头开始的设计它呢工作范围又怎样去确定动作怎样去编排呢位姿怎样去控制呢各部位的关节又是有怎么样的要求呢等等。。。。。。让我们带着众多的疑问慢慢的往下走吧！ 首先我们设定：机器人是六轴多自由度的机器人，手爪夹持二氧气体保护焊标准焊枪;完成点焊、连续焊等不同要求的焊接部件，工艺要求、工艺路线变化快的自动生线上。最大伸长量：1700mm;转动270度;底座与地平线水平固定;全电机驱动。 好了，有了这样的基本要求我们就可以做初步的方案的思考了。 首先是全电机驱动的，那么我们在考虑方案的时候就不要去考虑液压和气压的各种结构了，也就是传动机构只能用齿轮齿条、连杆机构等机械机构了。 机器人是用于焊接方面的，那么我们就去考察有人工行为下的各种焊接手法和方法。这里就有一个很复杂的东西在里面，那就是焊接工艺;即然焊艺定不下来，我们就给它区分一下，在常用焊接里有单点点焊、连续断点点焊、连续平缝焊接、填角焊接、立缝焊接、仰焊、环缝焊等等。。。。。。 搞清了各种焊方法，也就明白了要实现这些复杂的动作就要有一套可行的控制方式才行;在机械没有完全设计出来之前可以不做太多的控制方案思考，有一个大概的轮廓概念就行了，待机械结构做完，各方面的驱动功率确定下来之后再做详细的程序。 焊枪是用常用的标准的焊枪，也就是说焊枪是随时可以更换下来的，也就要求我们要做到对焊枪的夹持部分进行快速锁定与松开。
搬运码垛机器人毕业设计 Prepared on 22 November 2020
目录1
1绪论 研究背景及意义 随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。 码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。 近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工
摘要 六足机器人有强大的运动能力，采用类似生物的爬行机构进行运动，自动化程度高，可以提供给运动学、仿生学原理研究提供有力的工具。本设计中六足机器人系统基于仿生学原理，采用六足昆虫的机械结构，通过控制18个舵机，采用三角步态和定点转弯等步态，实现六足机器人的姿态控制。系统使用 RF24L01射频模块进行遥控。为提高响应速度和动作连贯性，六足机器人的驱动芯片采用ARM Cortex M4芯片，基于μC/OS-II操作系统，遥控器部分采用ARM9处理器S3C2440，基于Linux系统。通过建立六足机器人的运动模型，运用正运动学和逆运动学对机器人进行分析，验证机器人步态的可靠性。 关键字：六足机器人，Linux，ARM，NRF24L01，运动学 Abstract Bionic hexapod walking robot has a strong ability of movement, the use of similar creatures crawling mechanism movement, high degree of automation, can be provided to the kinematics, the principle of bionics research provides powerful tool. Six feet in the design of this robot system based on bionics principle, the mechanical structure of the six-legged insect, through 18 steering gear control, use the gait, such as triangle gait and turning point to control the position of six-legged robot. Remote control system use RF24L01 rf modules. In order to improve the response speed and motion consistency, six-legged robot driver chip USES the ARM architecture (M4 chip, based on mu C/OS - II operation system, remote control part adopts ARM9 processor S3C2440, based on Linux system. By establishing a six-legged robot motion model, using forward kinematics and inverse kinematics analysis of robot, verify the reliability of the robot gait. KEYWORD:Bionic hexapod walking robot;Linux,ARM,NRF24L01;Kinematics
山东建筑大学 课程设计成果报告 题目：基于Python的网络爬虫设计课程：计算机网络A 院（部）：管理工程学院 专业：信息管理与信息系统 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期：
目录 1 设计目的 (1) 2 设计任务内容 (1) 3 网络爬虫程序总体设计 (1) 4 网络爬虫程序详细设计 (1) 4.1 设计环境和目标分析 (1) 4.1.1 设计环境 (1) 4.1.2 目标分析 (2) 4.2 爬虫运行流程分析 (2) 4.3 控制模块详细设计 (3) 4.3 爬虫模块详细设计 (3) 4.3.1 URL管理器设计 (3) 4.3.2 网页下载器设计 (3) 4.3.3 网页解析器设计 (3) 4.4数据输出器详细设计 (4) 5 调试与测试 (4) 5.1 调试过程中遇到的问题 (4) 5.2测试数据及结果显示 (5) 6 课程设计心得与体会 (5) 7 参考文献 (6) 8 附录1 网络爬虫程序设计代码 (6) 9 附录2 网络爬虫爬取的数据文档 (9)
1 设计目的 本课程设计是信息管理与信息系统专业重要的实践性环节之一，是在学生学习完《计算机网络》课程后进行的一次全面的综合练习。本课程设计的目的和任务： 1．巩固和加深学生对计算机网络基本知识的理解和掌握； 2．培养学生进行对网络规划、管理及配置的能力或加深对网络协议体系结构的理解或提高网络编程能力； 3．提高学生进行技术总结和撰写说明书的能力。 2 设计任务内容 网络爬虫是从web中发现,下载以及存储内容，是搜索引擎的核心部分。传统爬虫从一个或若干初始网页的URL开始，获得初始网页上的URL，在抓取网页的过程中，不断从当前页面上抽取新的URL放入队列，直到满足系统的一定停止条件。 参照开放源码分析网络爬虫实现方法，给出设计方案，画出设计流程图。 选择自己熟悉的开发环境，实现网络爬虫抓取页面、从而形成结构化数据的基本功能，界面适当美化。给出软件测试结果。 3 网络爬虫程序总体设计 在本爬虫程序中共有三个模块： 1、爬虫调度端：启动爬虫，停止爬虫，监视爬虫的运行情况 2、爬虫模块：包含三个小模块，URL管理器、网页下载器、网页解析器。 （1）URL管理器：对需要爬取的URL和已经爬取过的URL进行管理，可以从URL 管理器中取出一个待爬取的URL，传递给网页下载器。 （2）网页下载器：网页下载器将URL指定的网页下载下来，存储成一个字符串，传递给网页解析器。 （3）网页解析器：网页解析器解析传递的字符串，解析器不仅可以解析出需要爬取的数据，而且还可以解析出每一个网页指向其他网页的URL，这些URL被解析出来会补充进URL管理器 3、数据输出模块：存储爬取的数据 4 网络爬虫程序详细设计 4.1 设计环境和目标分析 4.1.1 设计环境
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
六自由度机械手设计说明书
设计参数
摘要 随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。 机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。机械手在工业中的应用十分广泛，如：一、以提高生产过程中的自动化程度 应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 二、以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产 应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。 应用前景 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。 机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用
摘要 近二十年来，机器人技术的发展非常迅速，各种用途机器人在各个领域获得广泛应用。我国在机器人的应用和研究方面与工业化发达国家相比还有一定差距，因此设计和研究各种用途的机器人特别是推广机器人、工业机器人的应用是有现实的意义。 典型的工业机器人例如喷装配机器人、漆机器人、焊接机器人等大多是固定在加工设备旁边或生产线作业的，本论文在参考大量的文献资料的基础上，结合了项目的要求，设计一种小型的、固定在AGV上的、以实现移动的串联六自由度机器人。 首先，针对机器人设计要求提出了多个方案，并且对其进行分析和比较，选择其中最优的结构设计方案;然后进行运动学分析，用D一H方法来建立坐标变换矩阵，推算出运动方程的正解和逆解;用矢量积法推导速度雅可比矩阵，并计算包括腕点在内的一些点的速度和位移;然后借助坐标的变换矩阵进行工作空间的分析。这些工作为移动式机器人的运动控制、结构设计和动力学分析提供了依据。 最后运用已有的六自由度机械手及其手爪的三维造型和装配，将模型导入proteus中，并进行运动学仿真对其结果进行了分析，并且对在机械设计中使用的虚拟样机技术做了尝试，积累了经验。 关键词:6自由度机器人；运动学分析；仿真
ABSTRACT In the Past twenty years，the robot technology has been developed greatly and used in many different fields. There is a large gap between our country and the developed countries in research and application of the robot technology so that there will be a great value to study，design and applied different kinds of robots，especially industrial robots. Most typical industrial robots such as welding robot，painting robot and assembly robot are all fixed on the product line or near the machining equipment when they are working. Based on larger number of relative literatures and combined with the need of project，the author have designed a kind of small一size serial robot with 6 degree of freedom which can be fixed on the AGV to construct a mobile robot. First of all，several kinds of schemes were proposed according to the design demand. The best scheme was chosen after analysis and comparing and the structure was designed. At same time，The kinematics analysis was conducted，coordinate transformation matrix using D一H method was set up，and the kinematics equation direct solution and inverse solution was deduced，the matrix was constructed using vector product method，and the values displacement and velocity of some special point including the wrist point were calculated. Secondly，the working space of the robot was analyzed and the axes section of practical working space was drawn. These works provided a basis to structure design, kinematics and control. At last do the completion of six degrees of fr eedom manipulator’s and gripper’s three-dimensional modeling and assembly. models will be imported in proteus, and do the simulation and kinematics, and the simulation result was analyzed. In the experiment，the author tried to use the virtual prototyping technology in mechanism design. Keywords: Six degrees of freedom robot;Kinematics Analysis; simulation
本文的设计为六足爬虫机器人，机器人以交流-直流开关电源作为动力源，单片机为控制元件，伺服电机为执行部件，机器人采用三足着地进行运动，通过单片机对伺服电机的控制，机器人能够实现前进、后退等运动方式，三足着地运动方式保证了机器人能够平稳运行。伺服电机具有力量大，扭矩大，体积小，重量轻等特点。单片机产生20ms 的PWM 波形，通过软件改写脉冲的占空比，从而达到改变伺服电机角度的目的。 1 机器人运动分析 1.1 六足爬虫式机器人运动方案比较 方案一：六足爬虫式机器人的每条腿都能单独完成抬腿、前进、后退运动。 此方案的特点： 每条腿都能自由活动，每条腿都能单独进行二自由度的运动。每条腿的灵活性好，更容易进行仿生运动，六足爬虫机器人可以完成除要求外的很多动作，运动的视觉效果更好。由于每条腿能单独完成二自由度的运动，所以每条腿上要安装两个舵机，舵机使用数量大，舵机的安装难度加大，机械结构部分的制作相对复杂，又由于每个舵机都要有单独的信号控制，电路控制部分变得复杂了，控制程序也相应的变得复杂。 方案二：六足爬虫式机器人采取三腿为一组的运动模式，且同一侧的前腿、后腿的前后转动由同一侧的中腿进行驱动。采用三腿为一组(一侧的前足、后足与另一侧的中足为一组)的运动方式，各条腿能够协调的进行运动，机器人的运动相对平稳。 此方案特点：相比上述方案，个腿能够协调运动，在满足运动要求的情况下，舵机使用数量少，节约成本。机器人运动平稳，控制、驱动部分都得到相应的简化，控制简单。选择此方案，机器人还可进行横向运动。 两方案相比，选择方案二更合适。 1.2 六足爬虫式机器人运动状态分析 1.2.1 机器人运动步态分析 六足爬虫式机器人的行走是以三条腿为一组进行的，即一侧的前、后足与另一侧的中足为一组。这样就形成了一个三角形支架结构，当这三条腿放在地面并
重庆理工大学 毕业设计（论文）文献综述题目机器人行走机构设计 二级学院重庆汽车学院 专业机械设计制造及其自动化班级 姓名学号 指导教师系主任 时间
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机器人行走机构 吴俊 摘要：行走机器人是机器人学中的一个重要分支。行走机构可以是轮式的、履带式的 和腿式的等，能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。本 文从国内外的研究状况着手，介绍了行走机器人的发展历史，研究现状和发展趋势。本文还介绍了国内最新的研究成果。 关键字：机器人行走机构发展现状应用 Keyword:robot travelling mechanism developing current situation application 一，前言 行走机器人是机器人学中的一个重要分支。关于行走机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式的和腿式的等；其次，必须考虑 驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为；第三，必须考虑导航或路径规划。因此，行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体 的综合系统。机器人的机械结构形式的选型和设计，应该根据实际需要进行。在机器 人机构方面，应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性 的工作。对于行走机器人，研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的 各种移动机构。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多，但大多数 仍处于实验阶段，而轮式移动机器人由于其控制简单，运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展，从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车，从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车 到新近研制的管道清洗检测机器人，都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和 广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。 二、课题国内外现状 多足步行机器人是一种具有冗余驱动、多支链、时变拓扑运动机构, 是模仿多足 动物运动形式的特种机器人, 是一种足式移动机构。所谓多足一般指四足及四足其以上, 常见的多足步行机器人包括四足步行机器人、六足步行机器人、八足步行机器人等。 步行机器人历经百年的发展, 取得了长足的进步, 归纳起来主要经历以下几个 阶段: 第一阶段, 以机械和液压控制实现运动的机器人。 第二阶段, 以电子计算机技术控制的机器人。 第三阶段, 多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。 三、研究主要成果 国内多足步行机器人的研究成果[1]： 1991年,上海交通大学马培荪等研制出JTUWM[1]系列四足步行机器人。JTUWM-III是模仿马等四足哺乳动物的腿外形制成,每条腿有3个自由度,由直流伺服
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，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重要的成员，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程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，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、以及控制元件的设计，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。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
六自由度机器人说明书 专业：机械制造与自动化 班级： 成员：
目录 一、打开气源 二、机器人的快速操作入门 1、坐标系的选择 2、手动速度调整 3、伺服电源接通 4、接通主电源 5、接通伺服电源 三、伺服电源切断 1、切断伺服电源 2、切断主电源 四、轴操作
一、打开气源 请确认系统进气气源已进行供气，未供气或气压不足将会导致系统无法正常工作，系统运行中如断开气源，可能导致设备损坏，甚至造成人员伤害。 打开下图气泵，将开关拨到“I”，再打开气阀
拨到“开”，即 “Ⅰ” 往上拨，打开气阀
二、机器人的快速操作入门 1、坐标系的选择 在示教模式下，选择机器人运动坐标系：按手持操作示教器上的【坐标系】键，每按一次此键，坐标系按以下顺序变化，通过状态区的显示来确认。 2、手动速度调整 示教模式下，选择机器人运动速度：按手持操作示教器上【高速】键或【低速】键，每按一次，手动速度按以下顺序变化，通过状态区的速度显示来确认。 ?按手动速度【高速】键，每按一次，手动速度按以下顺序变化：微动1%→微动2%→低5%→低10%→中25%→中50%→高75%→高100%。 ?按手动速度【低速】键，每按一次，手动速度按以下顺序变化：高100%→高75%→中50%→中25%→低10%→低5%→微动2%→微动1%。 3、伺服电源接通 打开上电控柜上的主电源开关时，应确认在机器人动作 范围内无任何人员。
忽视此提示可能会发生与机器人的意外接触而造成人身伤害。如有任何问题发生，应立即按动急停键，急停键位于 电控柜前门的右上方。 4、接通主电源 ●把电控柜侧板上的主电源开关扳转到接通(ON) 的位置，此 时主电源接通。 ●按下电控柜面板上的绿色伺服启动按钮。
六足爬虫机器人设计 设计人：李海鹰 日期：2004年9月30日
目录 前言 (3) （一）、机器人的大脑 (3) （二）、机器人的眼睛耳朵 (3) （三）、机器人的腿——驱动器与驱动轮 (4) （四）、机器人的手臂——机械传动专制 (5) （五）、机器人的心脏——电池 (5) 一、AT89S51单片机简介 (6) （一）、AT89S51主要功能列举如下： (6) （二）、AT89S51各引脚功能介绍： (6) 二、控制系统电路图 (9) 三、微型伺服马达原理与控制 (10) （一）、微型伺服马达内部结构 (10) （二）、微行伺服马达的工作原理 (10) （三）、伺服马达的控制 (11) （四）、选用的伺服马达 (11) 四、红外遥控 (12) （一）、红外遥控系统 (12) （二）、遥控发射器及其编码 (12) （三）、红外接收模块 (13) （四）、红外解码程序设计 (13) 五、控制程序 (14) 六、六足爬虫机器人结构设计图 (21)
前言 今年年初，学校为参加中央电视台举办的第三届全国大学生机器人电视大赛，组建了机器人制作小组。我积极参加，有幸成为了其中的一员。因为我们以前没有参加过类似的比赛，也没有制作机器人的经验。可以说我们什么都是从零开始，边学习边制作。通过这半年多的制作过程，我从中学到了很多书本上学不到的东西，也得到了很好的学习与锻炼的机会。 最初，我们组建了机器人制作实验室。到五金机电市场购买了必要的工具和一些制作材料。然后开始制作实验机器人的身体——框架。 实验机器人的框架我们是使用轻型万能角钢制作的，这种角钢的两侧都有间隔均匀的孔槽，可以很方便的用螺栓进行连接。用不同长度的角钢组合后，就可以得到不同大小的立方体和长方体及多边形。机器人身体的框架就搭建好了。在它的上面将装上：机器人的大脑——可编程控制器、机器人的眼睛耳朵——传感器、机器人的腿——驱动轮、机器人的手臂——机械传动专制、机器人的心脏——电池……之所以使用轻型万能角钢，主要是因为是在制作试验机型，而轻型万能角钢安装拆卸方便和便于修改长度，调整设计。 实验机器人定型后，就照其尺寸用不锈钢方管焊接制作机器人的身体。再在上面进行打孔等工作，后就可以将机器人的其它部分安装上去。这样一个机器人就制作好了。 下面我介绍一下机器人的基本组成部分： （一）、机器人的大脑 它可以有很多叫法，可以叫做：可编程控制器、微控制器，微处理器，处理器或者计算器等，不过这都不要紧，通常微处理器是指一块芯片，而其它的是一整套控制器，包括微处理器和一些别的元件。任何一个机器人大脑就必须要有这块芯片，不然就称不上机器人了。在选择微控制器的时候，主要要考虑：处理器的速度，要实现的功能，ROM和RAM的大小，I/O端口类型和数量，编程语言以及功耗等。 其主要类型有：单片机、PLC、工控机、PC机等。 单有这些硬件是不够的，机器人的大脑还无法运行。只有在程序的控制下，它才能按我们的要求去工作。可以说程序就是机器人的灵魂了。而程序是由编程语言所编写的。 编程语言是一个控制器能够接受的语言类型，一般有C语言，汇编语言或者basic语言等，这些通常能被高级一点的控制器直接执行，因为在高级控制器里面内置了编译器能够直接把一些高级语言翻译成机器码。微处理器将执行这些机器码，并对机器人进行控制。 （二）、机器人的眼睛耳朵 传感器，是机器人的感觉器官，是机器人和现实世界之间的纽带，使机器人