兰州交通大学毕业设计（论文）
“慧鱼”工业机器人的三维实体建模及仿真
摘要
工业机器人作为现代制造技术发展的重要标志之一和新兴技术产业，已为世人所认同，并正对现代高技术产业各领域以至人们的生活产生了重要影响。本设计从工业机器人的发展为引线，阐述了工业机器人以及焊接机器人的发展和应用现状，分析介绍了焊接机器人系统的组成、特点和发展趋势。然后以德国“慧鱼”焊接工业机器人模型为基础，并对其所有模型零件进行了系统的测绘和记录，并运用美国参数技术公司开发的以参数化设计著称的产品设计软件Pro/E对“慧鱼”焊接工业机器人模型的零件逐一地进行了三维建模，再运用Pro/E装配对零件进行了装配并对工业焊接机器人模型的三维实体模型进行了仿真和部分的应力结构分析。
关键字：慧鱼创意组合；工业机器人；焊接机器人；Pro/E；三维仿真。
“fisher” industry robot's
three dimensional entity modelling and simulation
abstract
The industrial robot takes one of important symbols in modern technique of manufacture development and the emerging technological industry, has been widely recognized by the whole world, and is in all areas of modern high-tech industries as well as the lives of the people had a major impact. The design of the development of industrial robots from the lead, industrial robots, and described the development and application of welding robots, analyzed describes the composition of the welding robot system, characteristics and trends . Then the German industrial robots welding Fischertechnik model, and its parts all models of the system mapping and records, and using technology developed by the U.S. argument for parametric design software, product design, known for Pro / E on Fischer model of industrial robots welding the parts one by one carried out three-dimensional modeling, and then use Pro / E assembly of parts and assembly of industrial welding robot model three-dimensional solid model simulation and structural analysis of some of the stress.
Key words:fischertechnik creative combined ；Industry robot; The welds robot; Pro/E;
Three dimensional simulation
目录
1绪论 (1)
1.1工业机器人的发展与应用 (1)
1.1.1工业机器人的发展及应用领域 (1)
1.1.2工业机器人的国内外发展现状及趋势 (3)
1.2焊接机器人的应用与展望 (4)
1.2.1焊接机器人的发展历程 (4)
1.2.2焊接机器人的应用和技术现状 (5)
1.2.3焊接机器人的发展趋势 (5)
1.3. Pro/ENGINEER软件系统 (7)
1.3.1 Pro/ENGINEER系统概况及特点 (7)
1.3.2 软件应用状况及影响 (8)
1.3.3用该软件建立三自由焊接机器人零件的特点 (8)
2 “慧鱼”焊接工业机器人的工作原理解析 (9)
2.1慧鱼焊接工业机器人的整体设计思路 (9)
2.2 “慧鱼”焊接工业机器人的工作原理 (9)
3 “慧鱼”工业机器人 (12)
3.1慧鱼创意组合模型的概况及运用 (12)
3.2 “慧鱼”机器人的基本构件和用法 (13)
3.2.1慧鱼的特点 (13)
3.2.2 基本构件 (15)
3.3 “慧鱼”常用机构和拓展设计 (20)
4 “慧鱼”工业焊接机器人模型的建模及虚拟运动仿 (24)
4.1 零件建模 (24)
4.1.1 建立标准件 (24)
4.1.2 参数化建模 (25)
4.1.3 建立三自由度工业焊接机器人模型零件库 (26)
4.2 三自由度工业焊接机器人模型装配 (26)
4.3 运动仿真 (30)
致谢 (33)
参考文献 (34)
兰州交通大学毕业设计（论文）
1绪论
1.1工业机器人的发展与应用
1.1.1工业机器人的发展及应用领域
工业机器人是一种典型的光、机、电一体化高科技产品，一般指在工厂车间环境中，配合自动化生产的需要，代替人来完成材料或零件的搬运、加工、装配等操作的一种机器人。工业机器人的定义为:一种自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机.操作机定义为:具有和人的手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置.工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备.特别适合于多品种、变批量的柔性生产.它对稳定、提高产品质量，提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用.1959年被称为“工业机器人之父”的美国发明家约瑟夫·英格伯格与德沃尔联手制造出世界上第一台工业机器人。随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂Unlmation公司.1962年美国ANJ公司生产出的“VERSTRAN”(意思是万能搬运)成为真正商业化的工业机器人，掀起了全世界对机器人研究的热潮.从20世纪60年代后期开始，搬运、喷漆、弧焊机器人相继在生产中得到应用。从20世纪70年代开始，机器技术的研究重点被放在对外部传感器和控制方法的研究上.20世纪80年代以后，在着重研究机器人视觉的同时，机器人先进控制方法和应用领域不断的进步和扩展.从上世纪90年代开始，随着计算机技术和光、机、电一体化以及网络技术的深入发展，出现了娱乐、洗尘、警卫等多种贴近生活的智能机器人。值得一提的是，日本虽然研制机器人的时间比美国晚了约10年，但是他们从最初的购买美国的成熟产品和技术，到自己开始大规模的研究，到现在已经形成一个相当大的机器人产业。按照日本的数据统计，日本机器人数量占了世界总数的一半以上。我国机器人的研究和开发可以追溯到六十年代，但直到七十年代中期，全国大约240多家单位中的大多数仍停留在程控机械手这一低水平的重复研究上，到八十年代中期863计划实施前，全国还没有一台示教再现式关节型机器人产品问世，更谈不上
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
竭诚为您提供优质文档/双击可除慧鱼机器人实验报告 篇一：隧道机器人慧鱼实验报告 慧鱼综合性实验报告 实验课题：隧道机器人的组装和控制器 控制运行原理 一、实验类型：综合性实验 二、实验课题：隧道机器人的组装和控制器控制运行原理。 任务一：机器人要能沿着离墙约20厘米的一条路径行走。 任务二：令机器人在运行过程期间遇到障碍物时，懂得应如何处理。当距离障碍物约60厘米时，它会将速度减到一半，距离40厘米时，它会暂停，如果遇到障碍物走近机器人，在距离20厘米时他会慢慢后退，若距离只有10厘米，它会快速后退。 三、实验器材 1、“慧鱼”创意模型组合包；
2、“慧鱼”专用电源； 3、个人计算机； 4、“慧鱼”专用控制器； 5、RobopRo软件； 四、问题分析： 在基本模型的基础上安装上距离传感器，通过距离传感器判断障碍物与履带机器人的距离，从而调整自己的运动状态。 五、实验方案设计： 1、实验主要元件：编码马达、履带、齿轮、控制器、距离传感器 2、程序代码： 任务一： 程序启动后，若距离传感器感应到距离履带机器人约20厘米处有障碍物，则小车以一定的速度直行，当障碍物与小车距离不是20厘米时，小车停止。 任务二： 程序启动后，机器人在运行过程期间遇到障碍物， 当距离障碍物 约60厘米时，它会将速度减到一半，距离40厘米时，它会暂停，如果遇到障碍物走近机器人，在距离20厘米时他会慢慢后退，若距离只有10厘米，它会快速后退。
六、实验总结： 做完了这个实验课题我有许多感悟，首先，对于机械组装方(:慧鱼机器人实验报告)面我们充分了解到了齿轮的巨 大作用，齿轮可以实现物体间的减速加速变向换向，以及本课题中的实现平动和转动之间的转化，实现了将电动机的转动转化为履带的平动这一功能，可以说齿轮是最有实际用途的机械元件之一；其次这次组装的机器人中应用到了距离传感器，距离传感器接收装置安装在履带机器人侧面位置，当有障碍物移动到侧面遮挡住距离传感器时，传感器感受到有障碍物，信号会发生变化，以此向控制器传输信号，以便于控制器控制电机的转动进而控制隧道机器人的运动。 通过慧鱼课程的学习，是我们不但增强了动手能力，还增强了创新能力。在这个实验中，我所在的小组主要是根据要求完成机器人的组装，在实验中我充分发挥了我的领导才能给队友们合理分工和鼓励他们努力，最后在规定的时间内完成了老师交给我们的任务，使得机器人按要求进行。 经过隧道机器人的组装实践活动，学习和理解了机器人的主要由两个部分组成：传动系统和控制反馈系统。也使得我们更加了解传动部分和控制反馈系统之间的协作运行，弄清楚了它动作的顺利进行的原理，使得实践与理论结合起来，巩固了机电一体化的理论知识，同 时也使我们更加了解自己在学习上的不足和以后学习
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；
工学院毕业设计（论文） 移动机器人模型设计 专业：机电一体化技术 班级：机电0911 学号： 学生姓名： 指导教师： 二零一一年四月 I
目录 摘要 (1) 第1章绪论 (2) 1.1 慧鱼创意组合模型概述 (2) 1.2 课题的内容及意义 (2) 第2章移动机器人慧鱼模型设计 (4) 2.1 模型的总体设计 (4) 2.1.1 模型实物图 (4) 2.1.2 模型示意图 (4) 2.2 模块设计 (6) 2.2.1 升降模块设计 (6) 2.2.2 水平模块设计 (8) 2.2.3 底座智能旋转模块设计 (9) 2.2.4 智能判断模块设计 (11) 2.3 慧鱼模型接线图 (12) 第3章移动机器人调试 (13) 3.1 硬件调试 (13) 3.2 软件调试 (13) 第4章结论 (15) 谢辞 (16) 参考文献 (17)
摘要:在参考市场上的机器人的机构和外观后，根据慧鱼模型在符合自身情况的比例对机器人进行整体框架的设计。接着，在模型上安装数个电机提供机器人运动的动力，并用蜗轮蜗杆，齿轮等传动机构进行传动；安装若干限位开关来控制机器人运动的方向及转向的动作；最后，在符合以上条件的情况下，对整个模型进行处理使其具有最美观的外形。 关键词:移动机器人；慧鱼模型；限位开关；设计
第1章绪论 1.1 慧鱼创意组合模型概述 1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechnik）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。 慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。 慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。 慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让我们的孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。 1.2课题的内容及意义 本论文在参考市场上一些普通的移动机器人结构的基础上，通过慧鱼模型的结构组建和ROBO板的智能控制来完成移动机器人的设计。 通过慧鱼教学模型来组建出本设计移动机器人，通过各个机构的相互配合联系来控制移动机器人。设计的模型通过慧鱼软件来编写程序进行控制。接口板能转换软件命令，一旦程序被下载，接口就可以脱离与计算机的连接，独立于计算机执行程序，体现其智能化。通过本毕业设计的完成，可以使设计者使用慧鱼创意组合模型通过自己的构思设计出自己的模型，使设计者能更加深刻的了解机械结构设计和机械运动的规律，强化了通过慧鱼软件对机械运动的控制。使设计者能使用智能化来控制机械设备，智能化的设计也将是未来机械发展的一个重要趋向。
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
慧鱼制作说明书 注：因为本组缺少控制器等总要部件，所以采用单片机控制。 一：慧鱼构件 C51单片机、机械爪（含9g舵机）、L298n电机驱动、超声波传感器、红外光传感器等。二：工作原理 智能搬运小车以c51单片机核心，通过8v电池组对L298N直流电机驱动模块供电驱动电机的正反转来达到小车转弯、前进，利用红外光线传感器检测道路上的黑线并沿着黑线前进、超声波传感器检测障碍物小车停止前进、此时9g舵机控制爪子的张开抓住物体、闭合，然后继续前行，它们协调工作完成智能车搬运和探测小车所处环境的一些实时信息的功能。 三：机器人制作过程和感悟 我们参加了学校举办的机器人比赛慧鱼组。学校给我们提供了最基础的设备，慧鱼机器人的套装，但我们缺少控制模块和供电设备。我们的机器人套装提供的是探索机器人，这与学校的要求有巨大的差距，因此需要我们自己的改装。 指导老师将套装交予我们后，我们当即组织人员分工，对机器人进行拼装和制作，在拼装中我们发现慧鱼机器人的的材质较为优良，易于拼装，各个卡口都较为准确。我们根据套装所提供的图纸反复拼装拆卸，熟悉了各个部件的用途。机器人的底盘已熟悉掌握。但我们缺少核心部件，因此我们根据需求购买了51单片机开发套装、L298N驱动模块、电池盒和机械手等一些其他的必须部件。我们对买来的部件根据比赛的需求进行组装，对小车的核心部件进行安装和调试。同时又购进了小的单片机开发模块装载在小车上。在我们对小车进行调试时发现我们对于编程存在着较大的问题，由于我们大一没有接触到单片机开发，我们参加了电子协会的培训，使我们初步的掌握了一些单片机知识，但我们的c语言基础较差，而我们的小车需要识别路途和和物体，搬运等一系列动作，编程较为困难，以我们现在所掌握的知识不足以完成我们需要的程序，因此我们参考其他四驱车的程序进行改进，但中间存在着较大的难度。 通过慧鱼机器人的制作和安装我们认识到机器人是一种机电一体化技术，综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术、接口技术及系统总体技术等群体技术。我们想要制作机器人必须对这些知识有一定的了解和掌握，而我们对这些方面的了解和掌握较为薄弱，因此我们应当通过这次机器人大赛的机会增加对这些方面的了解和学习。
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
机器人系统仿真 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。目录 1英文 2简介 3发展概况 4机器人本身的设计和研究 5机器人的教学和培训 6遥控操作机器人 7仿真平台开发软件OpenGL 技术 1英文 机器人系统仿真 【simulation of robot system】 2简介 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
仿真机器人 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，工作站级的仿真软件功能较全，实时性高且真实性强，可以产生近似真实的仿真画面；而微机级仿真软件随实时性和真实性不高，但具有通用性强、使用方便等优点。目前机器人系统仿真所存在的主要问题是仿真造型与实际产品之间存在误差，需要进一步的研究解决。 3发展概况 国外很早便认识班机器人仿真在机器^研究和应用方面的重要作用，并从70年代开始进行了这方面的研究工作．在许多从事机器人研究的部门都装备有功能较强的机器人仿真软件系统，它们为机器人的研究提供了灵活和方便的工具倒如，美国Cornell大学开发了一个通用的交互式机器人图形仿真系统INEFFABELLE，它不是针对某个具体机器人，而是利用它可以很容易建立所需要的机器人及环境的模型，并且具有图形显示和运动的功能。西德Saarlandes大学开发了一个机器人仿真系统R0BsIM，它能进行机器人系统的分析、综合及离线编程，美国Maryland大学开发了一个机械手设计和分析的工具DYNAMAN，它能产生机械手的动力学模型．根据需要可以自动产生F0RTRAN 的仿真程序，同时也可产生符号表示的雅可比矩阵MIT开发了一个机器人CAD软件包OPTARMⅡ，它可用于时间最优轨迹规划的研究。Michigan大学开发了一个机器人图形编程系统——PR0GREss，其特点是菜单驱动和光标控制，并能有219图形符号来仿真外界的传感器和执行部件，以使用户获得更加接近真实的编程环境． 自80年代以来国外已建成了许多用于机器人工作站设计和离线编程的仿真系统，例如美国McAuto公司开发了机器人仿真系统PLACE，它主要用于机器人工作站的设计；
第一课教学机器人 一、教学目标 帮助学生了解机器人的由来 二、重点难点 使学生理解机器人是靠什么来思考，机器人的部分。 三、教学过程： 第一课时机器人的故事 新课导入 “robot”一词源出自捷克语“robota”，意为“强迫劳动”。1920年捷克斯洛伐克作家萨佩克写了一个名为《洛桑万能机器人公司》的剧本,他把在洛桑万能机器人公司生产劳动的那些家伙取名“Robot”,汉语音译为“罗伯特”，捷克语意为“奴隶”——萨佩克把机器人的地位确定为只管埋头干活、任由人类压榨的奴隶，它们存在的价值只是服务于人类。它们沒有思维能力,不能思考,只是类似人的机器,很能干, 以便使人摆脱劳作。它们能生存20年,刚生产出来时由人教它们知识。它们不能思考，也有感情，一个人能干三个人的活，公司为此生意兴隆。后来一个极其偶然的原因,机器人开始有了知觉,它们不堪忍受人类的统治,做人类的奴隶,于是,机器人向人类发动攻击,最后彻底毁灭了人类。“机器人”的名字也正式由此而生。 新课讲授 第一代机器人只能用手抓取东西，用脚行走，听“懂”主人的语言，做一些重复性的机械动作。人们把它称为工业机器人。现在，机器人经过好几代的更新改造，已经能和人们自由交谈，沟通语言，并灵活地走动。也就是说，它不仅有了听觉、视觉、触觉，而且还具有记忆、学习、思维和判断能力。人们把新一代的机器人称为智能机器人。 明天的高级智能机器人将比今天的智能机器人具有更丰富的感觉功能和更熟练的活动能力。到那时，家庭里将有服务周到、态度和蔼可亲的家庭机器人。早晨，主人吃过早点上班以后，它立即用吸尘器清的房间，用洗衣机洗涤(dí)主人换下的衣服。电话铃响了，它马上拿起耳机，在一张便条上记下对话内容。“哇——”摇篮里的婴儿醒了，它又像慈祥的母亲一样抱起婴儿，喂水、喂奶，轻声哼(hēng)起一支优美动听的催眠曲，把婴儿再一次送入梦乡。门铃响了，它并不急于开门，而首先问来访者是谁，然后根据来访者的声音仔细辨别他是不是主人的客人，以此决定是否开门。即使是盗贼的恐吓，它也不会害怕，而是声色俱厉地高喊：“快走，你这个无赖(lài)!再不走，我要报警了!”盗贼听到这喊声，只好胆战心惊地走开。做午餐的铃声响了，
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
“慧鱼模型” 三自由度机械手 设 计 小 册 学院：机电工程学院班级：机械设计与制造 指导老师：蔺绍江 姓名：王连海 学号：201030120130
一、概述 (1) 1.1机电一体化技术 (1) 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 (1) 1.1.2机电一体化系统组成 (1) 1.2. 慧鱼机器人 (2) 1.2.1慧鱼创意教学组合模型简介 (2) 二、机器人的组成 (3) 2.1组成构件 (3) 2.2慧鱼机器人分析 (6) 2.2.1机器人机构组成 (6) 2.2.2主要成分构成及功能 (7) 2.3. 机器人的工作空间形式 (9) 2.4机器人的机械运动形态和变换控制 (11) 2.5机器人的位移、速度、方向的控制方法 (13)
一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基 础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是 检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变 化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到 的信息向执行器发出相应的控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器 的检测信号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根 据信息处理结果，按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控 制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行 器是运动部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械 系统提供能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气 能和液压能。
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
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
慧鱼机器人 一、概述 1.1机电一体化技术 1.1.1机电一体化技术的定义和内容 机电一体化技术综合应用了机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术,接口技术及系统总体技术等群体技术,从系统的观点出发,根据系统功能目标和优化组织结构目标,以智能、动力、结构、运动和感知等组成要素为基础,对各组成要素及相互之间的信息处理、接口耦合、运动传递、物质运动、能量变换机理进行研究,使得整个系统有机结合与综合集成,并在系统程序和微电子电路的有序信息流控制下,形成物质和能量的有规则运动,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1.1.2机电一体化系统组成 1.机械本体机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着 支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。 2.检测传感部分检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电 一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递 给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的 控制。 3.电子控制单元电子控制单元是机电一体化系统的核心，负责将来自各传感器的检测信 号和外部输入命令进行集中、存储、计算、分析，根据信息处理结果， 按照一定的程度和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地进行。 4.执行器执行器的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的运动。执行器是运动 部件，通常采用电力驱动、气压驱动和液压驱动等几种方式。 5.动力源动力源是机电一体化产品能量供应部分，是按照系统控制要求向机械系统提供 能量和动力使系统正常运行。提供能量的方式包括电能、气能和液压能。
慧鱼机器人实验报告内容
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华北电力大学 综合性实验报告 项目名称：慧鱼创意模型开放实验 课程名称：科技创新实践3 实验人员：沙理想测控1201班 201202030118 刘赛测控1201班 201202030115 实验时间：2015年11月28日 华北电力大学工程实训中心
慧鱼创意模型开放实验实验报告 一、实验目的 （1）认识了解“慧鱼”创意模型组合包中的各种硬件； （2）了解ROBOPRO软件及编程； （3）了解慧鱼创意模型是如何控制和协调机构运动的； （4）锻炼机械创新设计能力，初步建立对机电一体化产品的认识。 二、实验器材 （1）“慧鱼”创意模型组合包； （2）“慧鱼”专用电源； （3）个人计算机； （4）“慧鱼”专用智能接口板； （5）ROBOPRO软件； 三、实验准备 认识“慧鱼”创意模型使用手册中已搭建的示例模型。 四、实验内容 2.红绿灯 （1）完成模型与接口板、接口板与计算机之间的连接； （2）分别测试马达、灯、信号开关； （3）编写控制程序，实现红绿灯通常情况为绿灯亮，当有行人按下按钮I1，3秒后绿灯灭，黄灯亮，4秒后黄灯灭，红灯亮，红灯持续亮10秒钟，接着红灯、黄灯同时亮3秒钟，随后红、黄灯灭，绿灯亮。 （4）写出实验报告：说明模型的工作原理，附上所编程序。 原理：利用计时器，当有人时，绿灯亮;当过一定时间后，红灯亮，绿灯灭；然后黄灯亮。当程序如下：
3.移动门 （1）完成模型与接口板、接口板与计算机之间的连接；
兰州交通大学毕业设计（论文） “慧鱼”工业机器人的三维实体建模及仿真 摘要 工业机器人作为现代制造技术发展的重要标志之一和新兴技术产业，已为世人所认同，并正对现代高技术产业各领域以至人们的生活产生了重要影响。本设计从工业机器人的发展为引线，阐述了工业机器人以及焊接机器人的发展和应用现状，分析介绍了焊接机器人系统的组成、特点和发展趋势。然后以德国“慧鱼”焊接工业机器人模型为基础，并对其所有模型零件进行了系统的测绘和记录，并运用美国参数技术公司开发的以参数化设计著称的产品设计软件Pro/E对“慧鱼”焊接工业机器人模型的零件逐一地进行了三维建模，再运用Pro/E装配对零件进行了装配并对工业焊接机器人模型的三维实体模型进行了仿真和部分的应力结构分析。 关键字：慧鱼创意组合；工业机器人；焊接机器人；Pro/E；三维仿真。
“fisher” industry robot's three dimensional entity modelling and simulation abstract The industrial robot takes one of important symbols in modern technique of manufacture development and the emerging technological industry, has been widely recognized by the whole world, and is in all areas of modern high-tech industries as well as the lives of the people had a major impact. The design of the development of industrial robots from the lead, industrial robots, and described the development and application of welding robots, analyzed describes the composition of the welding robot system, characteristics and trends . Then the German industrial robots welding Fischertechnik model, and its parts all models of the system mapping and records, and using technology developed by the U.S. argument for parametric design software, product design, known for Pro / E on Fischer model of industrial robots welding the parts one by one carried out three-dimensional modeling, and then use Pro / E assembly of parts and assembly of industrial welding robot model three-dimensional solid model simulation and structural analysis of some of the stress. Key words:fischertechnik creative combined ；Industry robot; The welds robot; Pro/E; Three dimensional simulation
作图步骤： 1、双击桌面ROBOTSTUDIO 5.15图标，如下图所示。 点击左侧选项栏，选择授权。 然后选择激活向导，选择如下： 2、点击创建文件，出现如下界面。 3、选择机器人模型，点击ABB模型库，出现如下界面，选择IRB2600.把承重能力改为20KG. 4、然后点击导入模型库，下拖选择MYTOOL后，然后把左侧边mytool工具拖到IRB2600-20-165-01，机器人上自动安装了喷头工具。 5、然后点击机器人系统菜单，选择从布局创建系统。 在此项目中，可以在名称处修改系统的名称，尤其在系统多的情况下。在主菜单中，一定要修改工具，把原始的tool10改为mytool。或者，在放入机器人时，即完成此项设置，可以不需要修改此项。 一直选择下一个，即可成功。 成功后，屏幕右下角变为绿色。 5、选择建模，在菜单中选择固体，再选择矩形体。 6、选择矩形体后，设置矩形体的长宽高参数为400、500、400后，点击创建，后关闭，即可在屏幕上看到矩形体。 在此项中选择左侧布局后，双击部件1，修改名称为box。 7、点击菜单中大地坐标中的移动，即可移动矩形体。 此项中一定要注意看俯视图，使正方体在机器人运动范围内，否则出错。 8、点击基本菜单中的路径。 一种路径就设置为PATH10，如果有其他，就要多设置几个路径。 后选择捕捉末端和手动线性，并把屏幕右下方的几个参数设置为MOVEJ,V300，Z为fine，准备设置示教指令。 9、做6个示教指令，第一个和最后一个为MOVEJ，其他都为MOVEL。每移动一个点，点一次示教指令。 10、设置完示教指令后，点击基本菜单下同步，选择同步到VC 然后，所有同步下选项都选择，点击确定即可。 11、然后选择仿真菜单。首先点击仿真设定，把原有路径删除，把新的路径添加到主队列中，然后确定。 12、设定好后，点击播放，即可进行仿真。 13、如需要录像，则应该先点击仿真录像，后在点击播放，即可进行仿真录像。 14、最终保存和打包。 先点击文件菜单，然后选择保存。 保存后，在点击“共享”，后选择第一个选项“打包”。 即可完成文件程序打包。 至此，所有过程完成。
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