FANUC机器人仿真软件操作手册
2008年10月第1版ROBOGUIDE 使用手册（弧焊部分基础篇）
目录 目录 (1) 第一章概述 (2) 1.1. 软件安装 (2) 1.2. 软件注册 (3) 1.3. 新建Workcell的步骤 (4) 1.3.1. 新建 (4) 1.3.2. 添加附加轴的设置 (11) 1.4. 添加焊枪，TCP设置。 (16) 1.5. Workcell的存储目录 (20) 1.6.鼠标操作 (22) 第二章创建变位机 (25) 3.1.利用自建数模创建 (25) 3.1.1．快速简易方法 (25) 3.1.2．导入外部模型方法 (42) 3.2.利用模型库创建 (54) 3.2.1．导入默认配置的模型库变位机 (54) 3.2.2．手动装配模型库变位机 (58) 第三章创建机器人行走轴 (66) 3.1. 行走轴－利用模型库 (66) 3.2. 行走轴－自建数模 (75) 第四章变位机协调功能 (82) 4.1. 单轴变位机协调功能设置 (82) 4.2. 单轴变位机协调功能示例 (96) 第五章添加其他外围设备 (98) 第六章仿真录像的制作 (102)
第一章概述 1.1. 软件安装 本教程中所用软件版本号为V6.407269 正确安装ROBOGUIDE ，先安装安装盘里的SimPRO，选择需要的虚拟机器人的软件版本。安装完SimPRO后再安装WeldPro。安装完，会要求注册；若未注册，有30天时间试用。
如果需要用到变位机协调功能，还需要安装MultiRobot Arc Package。 1.2. 软件注册 注册方法：打开WeldPRO程序，点击Help / Register WeldPRO 弹出如下窗口，
基于新型码垛机器人的结构设计与运动学分析 发表时间：2019-01-14T15:49:38.937Z 来源：《防护工程》2018年第31期作者：梁海龙 [导读] 该机器人结构设计合理，控制灵活，最大抓取载荷为100kg，工作能力达800次/h，完全满足工业现场的要求。广东利迅达机器人系统股份有限公司广东佛山 528251 摘要：码垛机器人是实现包装和物流自动化的关键装备，针对生产线上各种产品的码垛要求，实现自动、高速、准确、连续的码垛作业，降低工人劳动强度，提高生产效率，广泛应用于化工、建材、饮料、食品等行业生产线物料的堆放和搬运。 关键词：码垛机器人；结构设计；运动学； 码垛机器人是用在工业生产线上执行各种产品的获取、搬运、码垛、拆垛等任务的一类工业机器人，码垛机器人的使用能降低工人劳动强度，提高生产效率，降低生产成本。针对物流行业的搬运码放作业，文章设计了一种新型机器人机械结构，可使机器人码放货物更加准确、平稳，同时能够使机械臂实现轻量化，在同等条件下承载能力更强，提高了整机稳定性；运用解析几何法对该机器人的机构进行了详尽的运动学分析 一、新型码垛机器人的结构设计 1.总体机构的组成。码垛机器人的结构：该机器人的手臂，固定在腰部上，在该部分内小臂通过前大臂、后大臂与的搬运和码垛作业，且机械系统主要有四个关节部分组成，能实现四种运动：腰部旋转，大臂上下运动，小臂前后运动和手腕回转运动四种运动，全部由交流伺服电机驱动，这种结构的机器人完全可以满足生产线上需求。 2.水平及垂直关节的结构设计。水平及垂直关节部份都有一个电机，每个电机藉由控制同步带轮及齿型带的旋转来使滚珠丝杠转动，间而带动其滑块及拖板这样的运动可以使机器人实现大臂上下运动，小臂前后运动且可以满足驱动大惯性力矩负载和快速运动精确定位的要求。 3.腰部底座的结构设计。腰部底座关节机械构图，腰部底座的运动是藉由底部的伺服电机来控制空心轴，进而使机架实现了腰部旋转，并且经由实验证明底部基座及法兰的结构设计，可以降低机械关节运动时的工作噪音，而通常被搬运的物品只需要从一个位置，移到另一个位置上，绕垂直于水平方向的轴旋转调整放置方向，所以此结构满足现场工作的需求。 4.腕部及机器人手爪的结构设计。腕部关节及手爪机械构图，腕部电机控制手爪连接盘带动机器人手爪旋转，利用对箱状物机械手控制进行分析，该机构主要完成码垛操作中夹紧箱状物体的动作，机器人手爪底部安装气源入口及气源处理和压力继电器，工作时侧夹板开合由通电磁阀控制汽缸活塞杆缩回，带动两侧板互相靠近，从而完成夹紧动作，手爪板完全打开时，可以使张开的手爪之间的宽度大于包装箱的宽度，而另一个通电磁阀控制气缸实现手爪开合，以保证机械手的手爪准确、可靠地落于生产线运输辊之间或拖盘上。 二、运动学分析 1.工作原理。运动学分析是机器人轨迹规划和控制系统软件设计的前提和基础。码垛机器人一般采用点到点的运动模式，在开始码垛工作之前，需要先进行轨迹的规划，确定运动过程的路径点，使机器人能够准确、安全地将物品摆放到指定位置，避免打垛现象，轨迹规划是运动学反解的实际应用。码垛机器人主要由固定底座、回转台、大臂、小臂、抓手安装法兰、关节驱动电机、随动液压缸和连杆等组成，是具有4 个自由度的平行四边形机构混联工业机器臂俯仰、抓手旋转。由大臂驱动电机直接驱动大臂；由小臂驱动电机驱动小臂驱动件，通过平行四边形机构驱动小臂；另外还有2 个平行四边形机构用于使抓手安装法兰处始终保持水平，该结构的优点是可以减少一个驱动；抓手法兰可以根据各种工作场合安装相应的执行机构。码垛机器人完成一次码垛任务的典型工况如下：抓起上升→旋转到垛盘上→下降放到垛盘上。根据码垛任务的典型工况，拟定码垛任务如下：上升过程从工作空间的最低点到最高点→回转台旋转90°→下降过程从工作空间最高点到最低点。机器人的抓手根据实际作业对象进行选择， 2.基于码垛机器人运动学仿真。为准确地对执行末端进行分析求解，便于 系统对电机的控制，需要对机器人臂部进行运动分析。研究推导的基础上提出了一种简单直观的求解方法在机器人大小臂组合旋转的主剖面内设置一个固定的坐标系，在电机带动下沿轴方向水平运动两点分别为后大臂、前大臂与小臂的铰接点角为前大臂与水平轴的夹角。工业机器人运动学的研究包括2 个方面：运动学正解和运动学逆解。运动学正解是已知各杆件结构参数及关节变量，求末端执行器的空间位置和姿态。运动学逆解是已知满足工作要求时末端执行器的空间位置和姿态以及各杆件的结构参数，求各关节变量。工业机器人运动学分析时，常为机械手的每个连杆建立一个坐标系，并用齐次变换矩阵来描述这些坐标系间的相对位置和姿态。D － H 法是常用的建立杆件位姿关系的方法，该方法适用于串联机构，不能直接用于混联机器人。混联码垛机器人，如果采用D － H 法进行运动学分析，必须对其平行四边形机构进行简化。保持抓手安装法兰始终水平的2 个平行四边形可以简化，抓手安装法兰中心到小臂末端铰点的相对位置不变。因此，运动学仿真时，末端执行机构可以只计算到小臂末端铰点。驱动小臂的平行四边形可以通过移动驱动点的方式来进行简化。简化后的机构简图以及所建立的杆件坐标系码垛机器人执行码垛任务过程中，要使各个关节在停顿点冲击尽可能小，即在停顿点的角速度、角加速度尽可能为0，减小电机和机械部分的磨损。这就需要对点到点的码垛任务进行轨迹规划，再针对具体任务对运动学正反解进行仿真。采用多项式插值来实现点到点的轨迹规划，完全可以满足停顿点角速度、角加速度为0 的要求。机器人工具箱轨迹规划函数返回的为各个关节角位移、角速度、角加速度。采用运动学正解函数可以返回最后一个关节的坐标变化，即码垛机器人的运动轨迹；采用运动学逆解函数可以返回运动过程中各个关节的转角。 3.仿真结果与分析。运行仿真计算，进入后处理模块得到运动学仿真结果，并与运动学仿真得到的结果进行对比，动力学仿真得到的驱动电机所在关节处的驱动力矩当关节变量连续变化时，机器人末端执行器的位置坐标曲线平滑且连续，表明码垛机器人在运动过程中是平稳的。各关节在各停顿点的速度和角速度都为0，且整个过程平滑地变化，说明在整个运动过程中，节点冲击小、运动平稳；关节2、关节3 的最大速度接近最大角速度，但均未超过该最大值，说明完成码垛任务的时间已经接近最短。另外，运动学仿真结果有非常高的吻合度，数值仿真和模型仿真的正确性得到了相互验证，说明运动学仿真时对机构所做的简化对仿真结果没有影响，其为机器人动力学的仿真提供了可靠的模型。轨迹点的确定必须要在码垛机器人的最大工作空间内，这样才能保证按照工业需求摆放物品，避免机器人失控。根据确定的工作空间，判断时，只需要进行边缘点的判断，一旦发现有点不在工作空间内，就要重新设定码垛方式。
热博机器人3D仿真系统 用 户 手 册
杭州热博科技有限公司 1.软件介绍 RB-3DRSS是热博科技有限公司新近推出的一款以.NET平台为基础，在Microsoft Windows平台上使用3D技术开发的3D机器人仿真软件。用户通过构建虚拟机器人、虚拟环境，编写虚拟机器人的驱动程序，模拟现实情况下机器人在特定环境中的运行情况。 RB-3DRSS与市面上的同类产品相比，它具有如下的特点： 1．全3D场景。用户可自由控制视角的位置，角度。 2．先进的物理引擎技术，引入真实世界的重力、作用力、反作用力、速度、加速度、摩擦力等概念，是一款真正意义上的仿真软件。 3．逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术，高度接近实际环境下的机器人运动状态，大大简化实际机器人调试过程。
4．实时运行调试。运行时，依据实际运行情况，调整机器人参数，帮助用户快速实现理想中的效果。 5．自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件，进行机器人搭建，可自行编辑3D训练比赛场地，所想即所得。 6．单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人，自由组队进行队伍间对抗。7．与机器人图形化开发平台无缝连接。其生成的控制程序代码可在虚拟仿真系统中直接调用，大大节省编程时间。
系统配置要求 操作系统:win98,win2000全系列,winXp,win2003 server 运行环境:.Net Framework v2.0,DirectX 9.0c 最低硬件配置： 2.0GHz以上主频的CPU,512M内存,64M显存以上的3D显卡.支持1024×768分辨率,16bit颜色的监视器，声卡 推荐配置： 3.0G以上主频的CPU,1G内存,128M显存的3D显卡，支持1024×768分辨率,16bit 颜色监视器，声卡
工业机器人的基本参数和性能指标 表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。 自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload)有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。
KUKA KR40PA机器人运动学分析及simmulink仿真 一．Kuka KR40PA码垛机器人简介 Kuka KR40PA机器人是一种有四个自由度的码垛机器人，有四个驱动器，很好地运用了平行四边形机构，固定其姿态从而大大简化了控制难度，并且提高了精度及寿命，本文所用kuka码垛机器人如下图所示： 二、机构简图，及其简化。 1、机构简图如下：
第一步简化原因：第一步我们简化了两个平行四边形机构，在此我们分析，这两个平行四边形机构的作用是约束末端执行器在XZ平面的姿态，即：使末端执行器始终竖直向下。在此我们人为的默认末端执行器始终竖直向下，不随前面传递构件的影响。此时便可以将两组平行四边形机构去除而不影响末端执行器的姿态和位移。 第一步简化后机构简图 第二步简化原因：在此我将主动杆1及连杆4去除。杆1 2 3 4组成了一个平行四边形机构，因此β3=β2-β1.所以我们将杆1杆4去除，只要使β3=β2-β1便不影响末端执行器的位置和姿态。 第二步简化后的图形
第三步简化原因：为了使参数更简洁，便于计算。我们将杆2的第一个关节与第一个旋转轴相交，这样简化的模型更好计算。不影响总体机构的功能。 最终简化后的机构简图
三、建立连杆坐标系。 如下图： 四、D-H参数表 i αi-1a i-1d iθi 1 0 0 0 θ1 2 -90 0 0 θ2 3 0 l20 θ3 4 0 l30 θ4 5 90 0 0 θ5 五、求正运动学公式 = =
= = = = =*= =*= =*= 由于平行四边形机构的存在使得 = = * = * = 所以 ==
工业机器人软件仿真码垛工作站
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工业自动化技术强化训练Ⅱ实践报告 工业机器人码垛应用 作者姓名: 指导老师： 所在学院: 提交日期：
绪论 一、摘要 本次强化训练的时间为期4周，通过对ABＢ机器人的学习与操作，以完成本次强化训练的要求。这着4周的学习过程中,学习包括机器人的发展历程和机械结构等理论方面，还包含了编程、机器人I／O的接线。同时练习实操机器人，这是一个必不可少的环节,只有理论与实践相结合，才能出真知。在前一周的实操中完成了机器人循迹。 而本次强化训练的重点为，利用ABB ＲoboｔStudｉｏ对双输送线单机械臂工作站完成工作站搭建并模拟仿真。 ABB ＲoboｔStudｉｏ是优秀的计算机仿真软件。为帮助您提高生产率，降低购买与实施机器人解决方案的总成本,ＡＢB开发了一个适用于机器人寿命周期各个阶段的软件产品家族。 规划与可行性：规划与定义阶段RｏｂoｔＳtuｄio可让您在实际构建机器人系统之前先进行设计和试运行。您还可以利用该软件确认机器人是否能到达所有编程位置,并计算解决方案的工作周期。 编程：设计阶段，PrｏｇramMａｋer将帮助您在ＰC机上创建、编辑和修改机器人程序及各种数据文件。ScｒeenMakeｒ能帮您定制生产用的ＡＢＢ示教悬臂程序画面。 关键词:强化训练；ABＢＲoｂｏtStuｄiｏ;双输送线;模拟仿真
工业机器人码垛软件仿真 一、双输送线码垛工作站搭建 在ABB RｏboｔStｕdiｏ中导入机器人模型后，点击显示机器人工作范围，以机器人为中心,周围放置两个输送线与两个托盘垛。也可以将两个托盘垛换成一个较大的传送带，但此种方法需要增加新的I/Ｏ设置,不宜采用。值得注意的是托盘垛应放置于较合适，既较高的位置，以免机械臂达到极限位置。 布局如下，其中双输送线的以及托盘垛的位置并未精确定位，只需要放置在合理的机器人工作范围内即可。 二、工作站搭建流程 第一节:搭建输送带系统 1、新建一个物料并手动拖动到输送带上 2、在建模选项中点击Smａrｔ组件,并添加一个Sourcｅ 3、设置Ｓouｒｃe的属性如下，其中Positioｎ选项为要复制的物料的原点位置，值得注意的是Tｒaｎsienｔ应当勾选，以防内存溢出。
工业机器人工程应用虚拟仿真教程教学提纲 一、说明 1．课程的性质和内容 《工业机器人工程应用虚拟仿真教程》课程是高级技工学校工业机器人应用与维护专业的专业课。主要内容包括：Robot Studio软件的操作、建模、Smart 组建的使用、轨迹离线编程、动画效果的制作、模拟工作站的构建、仿真验证以及在线操作。 2．课程的任务和要求 本课程的主要任务是培养学生熟练操作Robot Studio软件，并能通过Robot Studio软件对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护，为学生从事工业机器人工程技术人员打下的必要的专业基础。 通过本课程的学习，学生应该达到以下几个方面的专业基础。 （1）了解Robot Studio工业机器人仿真软件的基础知识，掌握软件使用方法和技巧。 （2）掌握构建基本仿真工业机器人工作站的方法。 （3）能熟练在Robot Studio软件中创建工件、工具模型。 （4）掌握工业机器人离线轨迹编程方法。 （5）掌握Smart组建的应用。 （6）掌握带导轨和变位机的机器人系统创建于应用方法。 （7）了解ScreenMaker示教器用户自定义界面的操作。 （8）掌握Robot Studio软件的在线功能。 3．教学中注意的问题 （1）本课程教学最好采用理论与实际相结合的一体化教学方式，借助多媒体网络教室，一人一机，使用多媒体课件讲解与软件操作相结合。 （2）理论教学中应帮助学生总结并灵活运用所学的相关知识，本着够用的原则讲授，切忌面面俱到。对工业机器人仿真操作不作深入探讨，仅作一般性了解。
（3）实践教学环节中对工业机器人Robot Studio仿真软件常用功能作简单介绍，重点培养学生使用软件对工业机器人进行基本操作、功能设置、二次开发、在线监控与编程、方案设计和检验。教师教学中多联系生产实际并选用一些工业上经典的工业机器人使用案例进行讲解，提高学生对工业机器人进行应用开发、调试、现场维护的能力。 二、学时分配表
码垛机器人 摘要：随着我国经济的持续发展和科学技术的突飞猛进，使得机器人在码垛、 涂胶、点焊、弧焊、喷涂、搬运、测量等行业有着相当广泛的应用。 现在有很多个原因，包括包装的种类、工厂环境和客户需求等将码垛变成包装工厂里一块难啃的骨头。为了克服这些困难，码垛设备的各个方面都在发展改进，包括从机械手到操纵它的软件。最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。一个处理随机装载的机器人码垛机需要特殊的软件，通过软件，机器人码垛机与生产线的其他部分相连接，这是个巨大的进步。 关键词：码垛，机器人，装载，生产线; 一、码垛机器人简介 最近市场上对灵活性的需求不断增长，这一个趋势已经影响到了包装的多个方面，生产线的后段也不例外。零售客户，尤其是那些具有影响力的如沃尔玛一样的大型超市，经常需要定制一些随机货盘，但是他们不得不定制每一个货盘，而货盘的形式只是偶尔会有重复。而且这类随机的货盘的高效生产是比较困难的。对于随机货盘来说，码垛机器人是唯一的选择。尽管如此，机器人装载也面临比较多的问题，如果要以较高的速度进行生产，将更加困难重重。 二、码垛机器人设计 首要任务是根据机器人所要完成的工作，先确定机器人的结构组成。可以是龙门式，挂壁安装式等。再按工作要求所给出各轴的运动行程、负载、运动速度、加速度，动作周期来选每个运动轴直线运动单元的型号，所配驱动电机及所配精密行星减速机的型号。 下图是一个典型的三维机器人码垛的现场布置情况。 下面即以此系统为例对沈阳鼎冷机电码垛机器人进行深入的阐述 此码垛机器人是应用箱体码垛搬运工作上的。 三、生产线路：
中学信息技术《机器人仿真系统》教案第16课机器人仿真系统 【教学目标】 .知识目标 ◆认识仿真下的虚拟机器人； ◆能用NSTRSS设计场地、构建机器人并利用仿真环境进行组队测试。 2．过程与方法 ◆通过教师演示在虚拟仿真环境下的机器人运行，激发学生兴趣； ◆通过教师讲解虚拟仿真软件，培养学生对新软件的兴趣； ◆通过让学生自己动手调试，体会学习新事物的乐趣。 3．情感态度与价值观 ◆使学生领悟“自由无限，创意无限，只有想不到，没有做不到”的道理； ◆培养学生积极探索、敢于实践、大胆创新的精神和意识。 【教法选择】 示例讲解、任务驱动、辅导答疑。 【教学重点】 ．用NSTRSS仿真系统设计仿真场地；
2．搭建仿真机器人； 3．运行仿真。 【教学难点】 ．设计场地； 2．搭建仿真机器人。 【教学过程】 一、巩固1日知，引入新知 教师活动 将上节课学生完成的在现实场地中运行的走迷宫机器人进行分组比赛，一是能够检验学生的学习情况，二是能调动起学生的积极性，三是为引入仿真系统做准备。 学生活动 小组合作，调试机器人程序，检查机器人的搭建，准备比赛。 教师活动 通过比赛，提出问题：同学们想不想经常地进行这样的比赛呢?但是在现实中调试，需要很多的时间，而且还需要固定的场地环境等等，非常不方便，我们有没有什么好办法解决这个问颢？ 引入纳英特的仿真模拟系统，展示它的特点，与现实情况做比较。 教师给学生演示讲解：
．关于仿真系统 什么是仿真系统?仿真系统是机器人的设计、实现，完全在虚拟的环境中，以虚拟的形式出现，它以优化机器人硬件和软件设计、缩短研发周期、节约成本为特色，解决机器人设计过程的不足。 2．初识NSTRSS软件 NSTRSS是NST科技新近推出的一款以．NET平台为基础，使用microsoftDirectX9．0技术的3D机器人仿真软件。用户通过构建虚拟机器人、虚拟环境，编写虚拟机器人的驱动程序，模拟现实情况下机器人在特定环境中的运行情况。 NSTRSS与市面上的同类产品相比，它具有如下的特点：全3D场景。用户可自由控制视角的位置及角度，甚至以第一人称方式进行场景漫游； 逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术，高度接近实际环境下的机器人运动状态，大大简化实际机器人调试过程； 实时运行调试。运行时，依据实际运行情况，调整机器人参数，帮助用户快速实现理想中的效果； 自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件，进行机器人搭建，可自行编辑3D训练比赛场地，所想即所得； 单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人，自由组队进行队伍间对抗；
1 主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真)： 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人，可以被用于研究和教学，除此之外，USARSim是RoboCup救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎ODE(Open Dynamics Engine)，支持三维的渲染和物理模拟，较高可配置性和可扩展性，与Player兼容，采用分层控制系统，开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用UDP协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费GPL条款，多平台支持可以安装并运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。 1.2 Simbad Simbad是基于Java3D的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器，可定制环境和自定义配置传感器模块等功能，采用3D虚拟传感技术，支持单或多机器人仿真，提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易，开源，基于GNU协议，不支持物理计算，可以运行在任何支持包含Java3D库的Java客户端系统上。 1.3 Webots Webots是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台，主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人，可以自定义环境大小，环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置，它使用ODE检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性，可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可供选择的仿真传感器和驱动器，机器人的控制器可以通过内部集成化开发环境或者第三方开发环境进行编程，控制器程序可以用C，C++等编写，机器人每个行为都可以在真实世界中测试。支持大量机器人模型如khepera、pioneer2、aibo等，也可以导入自己定义的机器人。全球有超过750个高校和研究中心使用该仿真软件，但需要付费，支持各主流操作系统包括Linux, Windows和MacOS。 1.4 MRDS-Microsoft Robotics Developer Studio MRDS是微软开发的一款基于Windows环境、网络化、基于服务框架结构的机器人控制仿真平台，使用PhysX物理引擎，是目前保真度最高的仿真引擎之一，主要针对学术、爱好者和商业开发，支持大量的机器人软硬件。MRDS是基于实时并发协调同步CCR(Concurrency and Coordination Runtime)和分布式软件服务DSS(Decentralized Software Services)，进行异步并行任务管理并允许多种服务协调管理获得复杂的行为，提供可视化编程语言(VPL)和可视化仿真环境(VSE)。支持主流的商业机器人，主要编程语言为C#，非商业应用免费，但只支持在Windows操作系统下进行开发。 1.5 PSG-Player/Stage/Gazebo
1.3 简介能力风暴机器人仿真系统 学习智能机器人，除了需要具备机器人硬件外，还需要为机器人编写控制程序，并在场地上进行反复调试。但如果手边暂时既无机器人实物，又无真实场地，我们还能学习和研究机器人吗？答案是可以的。能力风暴机器人为我们提供了一套仿真的VJC系统软件，在这个仿真系统中，我们不仅可以为机器人编写各种控制程序，同时还可以将编制的程序下载到仿真的机器人上，并在仿真的场地中进行模拟运行和调试,体验机器人控制的全过程。本节我们就来认识VJC系统仿真版软件，学习构建仿真场地和仿真调试的方法。 1.3.1 认识VJC系统仿真版软件 1．VJC系统仿真版软件的安装 安装VJC系统仿真版的方法很简单，先打开本书配套光盘上的“VJC系统软件\VJC1.5仿真版”文件夹，找到名为“setup.exe”的安装程序，用鼠标双击该文件，系统自动将其安装到C盘中，并在Windows桌面上自动生成一个“VJC1.5仿真版”的快捷方式图标，软件安装的路径默认为：C:\program files\VJC1.5仿真版。如果我们使用的计算机中已经安装了VJC系统仿真版，则安装这一步可以跳过不做。 2．VJC系统仿真版软件的启动及主界面 当需要进入VJC系统仿真版编程时，只要双击桌面上的“VJC1.5仿真版”快捷方式图标，就可进入VJC的编程环境。 VJC编程环境的主界面见图1-3-1。可以看出，主界面包含了以下几个部分： （1）菜单栏及工具栏：位于窗口上方，工具栏上除了新建、打开、保存等常规按钮外，还有仿真、JC代码、缩放等按钮,见图1-3-2所示。 （2）模块库：位于窗口左侧，共有五大类模块库，其中：执行器模块库包含了基本动作模块，这是控制机器人运动的基本模
1 主要介绍以下七种仿真平台 (侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真 : 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim 是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人, 可以被用于研究和教学, 除此之外, USARSim 是 RoboCup 救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎 ODE(Open Dynamics Engine,支持三维的渲染和物理模拟,较高可配置性和可扩展性,与 Player 兼容,采用分层控制系统, 开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用 UDP 协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费 GPL 条款, 多平台支持可以安装并运行在Linux 、 Windows 和 MacOS 操作系统上。 1.2 Simbad Simbad 是基于 Java3D 的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器, 可定制环境和自定义配置传感器模块等功能, 采用 3D 虚拟传感技术, 支持单或多机器人仿真,提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易,开源,基于 GNU 协议,不支持物理计算,可以运行在任何支持包含 Java3D 库的 Java 客户端系统上。 1.3 Webots Webots 是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台, 主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人, 可以自定义环境大小, 环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置,它使用 ODE 检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性, 可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可
目录 摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................. I I 第1章绪论 .. (1) 1.1引言 (1) 1.2研究背景及意义 (1) 1.2.1研究背景 (1) 1.2.2研究意义 (2) 1.3码垛机器人研究现状 (2) 1.4课题来源及研究内容 (5) 第2章码垛机器人运动学分析 (6) 2.1引言 (6) 2.2机器人D-H坐标系及运动学数学模型 (6) 2.2.1机器人D-H坐标系 (6) 2.2.2基于D-H法的机器人运动学数学模型 (7) 2.3码垛机器人结构设计 (8) 2.3.1码垛机器人技术参数 (8) 2.3.2码垛机器人构型确定 (10) 2.3.3码垛机器人整体结构设计 (12) 2.4行程放大系数及仿真分析 (13) 2.4.1行程放大系数 (13) 2.4.2 ADAMS仿真流程 (16) 2.4.3构建仿真模型 (16) 2.4.4仿真分析与验证 (17) 2.5运动学正逆解及仿真分析 (19) 2.5.1位置分析 (20) 2.5.2速度分析 (24) 2.5.3加速度分析 (25) 2.5.4 MATLAB仿真分析 (27) 2.6本章小结 (29) 第3章码垛机器人疲劳分析 (30) IV
最 特 别 的 机 器 人 科 技 前 沿 课程： 院系： 专业： 学号： 姓名：
最特别的机器人科技前沿 【摘要】机器人的出现和发展，对全人类的发展具有巨大的影响，机器在很多领域代替了人类自己操作，使人类的生产能力有了巨大的提高。随着智能机器人的研发，机器人将进一步为人类服务，本文主要从不同的角度来探讨仿真机器人的科技原理、应用、影响等。 【关键字】机器人；仿真系统；应用；影响；发展 在人类的发展史中，机器人扮演着一个十分重演的角色，特别是现代机器人。首先让我们来看看机器人的发展简史。追根溯源，早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的“机器人”。在近代，随着第一次、第二次工业革命，各种机械装置的发明与应用，世界各地出现了许多“机器人”玩具和工艺品。这些装置大多由时钟机构驱动，用凸轮和杠杆传递运动。1920年，捷克作家K.凯比克在一科幻剧本中首次提出了ROBOT （汉语前译为“劳伯”）这个名词。现在已被人们作为机器人的专用名词。1950 年美国作家I.阿西莫夫提出了机器人学（Robotics）这一概念，并提出了所谓的“机器人三原则”，即：1.机器人不可伤人；2.机器人必须服从人给与，但不和（1）矛盾的指令； 3.在与（1）、（2）原则不相矛盾的前提下，机器人可维护自身不受伤害。上世纪50，60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶；70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人得到了迅速发展；进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人—有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分有关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进随着时代的发展，入了使用化，在工业生产中得到广泛应用。 科学技术日新月异。我们的生活无时无刻不在被新科学新技术影响着、改变着。特别是机器人的到来更是给我们的生活和生产带来了巨大的改变，特别是工业机器人在日本大力发展之后，机器人的发展迎来了一个新的春天。到了上世纪80年代，随着科技的进步，人类也在不断地研发更人性化的机器人，于是科学家们开始了研究一种新的机器人——仿真机器人。 随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。既然有了技术，人类就想最大化利用他们，让他们具有更大的价值，于是人们将机器人的技术（如传感技术、智能技术、控制技术等）扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器——仿真机器人。 看到仿真机器人这几个字，就能想到仿真技术是他的核心技术，那么下面就针对机器人仿真技术和仿真设计简单介绍一下。机器人系统仿真是指通过计算机对实际的机器人系统进行模拟的技术。通过计算机对实际的机器人系统进行 模拟。机器人系统仿真可以通过单机或多台机器人组成的工作站或生产线。仿真可以通过交互式计算机图形技术和机器人学理论等，在计算机中生成机器人的几何图形，并对其进行三维显示，用来确定机器人的本体及工作环境的动态变化过程。通过系统仿真，可以在制造单机与生产线之前模拟出实物，缩短生产工期，可以避免不必要的返工。在使用的软件中，工作
1.1工业机器人仿真运行及录像 可以在计算机中仿真验证机器人运行轨迹及录制视频。 1.仿真运行步骤 (1)如图10-18所示，在“基本”功能选项中单击“同步”，选择“同步 到工作站” S I U J'..u ./ I .- -ilj P J Z1 帳胡| Hr EA w? 刖如A Q # 叨SWG Q ^9- m三打厶 .ftUS - E”- 協：沁令 jj - 划耳艺- 二. ! fcurR _________________ 型與. ________________ 色 希*：證住忙曰力啜知立& f J2L -i AalL ■isiialTsiidkAih^Al S* 吉H-kTiE?3.Ti!>3 H IE1HKKU■二—辰―?. /耐皿Mt 祜出h可 A KEII J 3 ■' ^FdiiAwfr 』FlG3F?Ti&jt 論ijr■吨—lifiiJt y?■吉■" ti-Hu 巾 Sfliw ■?喰，3，cmMto，，mt，y jo D.町 图10-18 (2) 如图10-19所示，将需要同步的选项都打勾后(默认全部勾选) ，单击“确定” J il giTVli ?Q|1JO1- 凶杯i *吕耳 图10-19 (3) 如图10-20所示，在“仿真”功能选项中单击“仿真设定”。选项都
打勾，在T_R0B1的设置“进入点”选择要执行的程序，单击“关闭” 图 10-20 (4)如图10-21所示，在“仿真”功能选项中，单击“播放”后机器人会 按所编辑的程序路径进行运动 2.录制视频步骤 (1)如图10-22所示，在“文件”功能选项中，选择“选项”，单击“屏 幕录像 机”，查看录制的视频保存位置，单击“确定” 9lf ■ 14 to t) ■ El 9 i* *4； n y M L ^LEK-L 1春二 Gi 1 啡*t ■M4 ■Eg MMtt TJTEJ EI 啊12云 .SfeZMm 畫期Fi ■塌. QbflBq>￥i i -f^apHiiVM ■ apl "- P. -x 暮| no 竝 图 10-21
第一课：教学机器人概述 教学目标： 1.了解机器人的概念。 2.了解机器人的分类和用途。 3.培养对机器人的浓厚兴趣。 教学重点： 培养对机器人的浓厚兴趣。 教学难点： 了解机器人的概念。 教学准备： 机器人仿真环境软件。 教学过程： 一、问题导入 同学们，你们队机器人感兴趣吗？你们队机器人了解多少？ 二、了解机器人 1.讲授机器人概念 机器人是一种可编程的多功能智能操作机，或是为了执行不同的任务而具有电脑控制功能、可编程实现动作的专门系统。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。一般由
执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。 2.通过图片让同学们了解各种机器人 民用机器人 娱乐用机器人 军事用机器人
科研机器人 三、练习巩固 和同学们一块通过网络了解更多的关于机器人比赛的信息 四、布置作业 设计一个自己想象中的机器人，画图并用文字说明自己的机器人有什么功能和特点。
第二课：教学机器人和仿真机器人教学 教学目标： 了解教学机器人的概况。 了解能力风暴教学机器人的身体结构。 了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。 教学重点： 了解和应用能力风暴教学机器人的仿真教学环境。 教学难点： 了解能力风暴教学机器人的身体结构。 教学准备： 机器人仿真环境软件。 教学过程： 一、问题导入 我们没有购买到机器人怎么办？我们怎么才能够通过其他渠道学习和了解机器人。 二、通过网络展示教学机器人概况 随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多学校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程或开设了兴趣实践小组。为了满足这些需要，人们专门研制出来了各种适合于教学用的机器人。
附录 MATLAB 机器人工具箱仿真程序： 1）运动学仿真模型程序（Rob1.m） L1=link([pi/2 150 0 0]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.doczj.com/doc/837956283.html,=’MOTOMAN-UP6’ % 模型的名称 >>drivebot(r) 2）正运动学仿真程序（Rob2.m） L1=link([pi/2 150 0 0]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.doczj.com/doc/837956283.html,= ’MOTOMAN-UP6’ t=[0:0.01:10];%产生时间向量 qA=[0 0 0 0 0 0 ]; %机械手初始关节角度 qAB=[-pi/2 -pi/3 0 pi/6 pi/3 pi/2 ];%机械手终止关节角度 figure('Name','up6机器人正运动学仿真演示');%给仿真图像命名q=jtraj(qA,qAB,t);%生成关节运动轨迹 T=fkine(r,q);%正向运动学仿真函数 plot(r,q);%生成机器人的运动
figure('Name','up6机器人末端位移图'） subplot(3,1,1); plot(t, squeeze(T(1,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('X (m)'); subplot(3,1,2); plot(t, squeeze(T(2,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('Y (m)'); subplot(3,1,3); plot(t, squeeze(T(3,4,:))); xlabel('Time (s)'); ylabel('Z (m)'); x=squeeze(T(1,4,:)); y=squeeze(T(2,4,:)); z=squeeze(T(3,4,:)); figure('Name','up6机器人末端轨迹图'); plot3(x,y,z); 3）机器人各关节转动角度仿真程序：（Rob3.m） L1=link([pi/2 150 0 0 ]) L2=link([0 570 0 0]) L3=link([pi/2 130 0 0]) L4=link([-pi/2 0 0 640]) L5=link([pi/2 0 0 0 ]) L6=link([0 0 0 95]) r=robot({L1 L2 L3 L4 L5 L6}) https://www.doczj.com/doc/837956283.html,='motoman-up6' t=[0:0.01:10]; qA=[0 0 0 0 0 0 ]; qAB=[ pi/6 pi/6 pi/6 pi/6 pi/6 pi/6]; q=jtraj(qA,qAB,t); Plot(r,q); subplot(6,1,1); plot(t,q(:,1)); title('转动关节1'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,2); plot(t,q(:,2)); title('转动关节2'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,3); plot(t,q(:,3)); title('转动关节3'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,4); plot(t,q(:,4)); title('转动关节4'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad' ); subplot(6,1,5); plot(t,q(:,5)); title('转动关节5'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); subplot(6,1,6); plot(t,q(:,6)); title('转动关节6'); xlabel('时间/s'); ylabel('角度/rad'); 4）机器人各关节转动角速度仿真程序：（Rob4.m） t=[0:0.01:10]; qA=[0 0 0 0 0 0 ];%机械手初始关节量 qAB=[ 1.5709 -0.8902 -0.0481 -0.5178 1.0645 -1.0201]; [q,qd,qdd]=jtraj(qA,qAB,t); Plot(r,q); subplot(6,1,1); plot(t,qd(:,1)); title('转动关节1'); xlabel('时间/s'); ylabel('rad/s');