四自由度关节型机器人的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 毕业设计任务书 四自由度关节型机器人设计 学 生 指导教师 班 级 职 称 系 主 任 主管院长 院 20 5 月买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 前 言 随着世界经济的发展和经济全球化，国内外的市场竞争将日趋激烈，企业必须走工业全面自动化的道路。机器人的出现，正是 顺应了工业自动化新阶段 柔性化的社会需要，是社会经济发达的必然产物。机器人的产业化及其广泛应用，必将为社会带来巨大的经济效益，把人类从繁重的体力劳动和有害环境中解放出来。 机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛兴趣。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。从近年世界机器人推出的产品看，未来工业机器人具有如下的发展趋势： (1) 高级智能化 未来机器人与今天的相比最突出的特点在于其具有更高的智能。随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发展，必将大大提高工业机器人学习知识和运用知识解决问题的能力，并具有视觉、力觉、感觉等功能，能感知环境的变化，做出相应反应，又很高的自适应能力，几乎能象人一样去干更多的工作。 (2) 应用广泛化 在 21 世纪，机器人不再局限于工业生产，而是向服务领域扩展。社会的各个领域都可由机器人在工作，从而使人类进入机器人时代。根据专家预测，用于家庭的“个人机器人”必将在 21 世 纪得到推广和普及，人类生活将变得更加美好舒适，模仿生物从事生物特点动作的仿生机器人将倍受社会青睐，警备和军事用机器人也将在保卫国家安全方面发挥重用的作用。 (3) 产品微型化 微机械电子技术和精密加工技术的发展为机器人微型化创造了条件，以功能材料、智能材料为基础的微驱动器、微移动机构以及高度自治的控制系统的开发使微型化成为可能。微型机器人可以代替人进入人本身不能到达的领域工作，帮助人类进行微观领域的研究：帮助医生对病人进行微循环系统的手术，使之可注入血管清理血液，清除病灶和癌变，尺寸极微小的纳米机器人将不再 是梦想。 (4) 高精度、高可靠性 随着人类对产品和服务质量的要求越来越高，对从事制造业或服务业的机器人的要求也相应提高，开发高精度、高可靠性机器人是必然的发展结果。采用最新交流伺服电动机或 动机直接驱动，以进一步改善机器人的动态特性，提高性：采用 64 位数字伺服驱动单元和主机采用 32 位以上制，不仅可使机器人精度大为提高，也可以提高插补运算和坐标变换的速度。 机器人工业是一个正在高速崛起的产业，随着机器人技术的不断发展和日臻完善，它必将在人类社会发展中发挥更加重要的作用。 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 前 言 . i 摘 要 . 1 章 概述 . 1 机器人的发展概况 . 1 中国研制机器人情况 . 2 第 2 章 机器 人本体设计要求 . 3 设计的主要内容与要求 . 4 论文内容 . 4 设计要求 . 4 设计（论文）的主要技术指标和相关的技术参数 . 4 技术指标 . 4 重要设计参数 . 4 第 3 章 机器人的结构设计 . 5 由度及关节 . 6 座及连杆 . 6 械手的设计 . 7 动方式 . 10 动方式 . 12 动器 . 13 第 4 章 控制系统硬件 . 14 制系统模式的选择 . 14 制系统的搭建 . 15 小 结 . 23 参考文献 . 24 致 谢 . 25 买文档就送您 纸全套 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 本设计内 容为四自由度关节型机器人，主要对关节型机器人的操作臂进行系统的设计，机器人的末端操作器即手指是可替换夹具，操作臂有四个自由度，可实现在工作空间范围内的物体的转移，手爪一次可载荷 操作臂的动力源为舵机，总共有 5 个舵机，它们分别控制腰部旋转，大臂、小臂、手腕的摆动，以及手爪张合，本文设计的四自由度关节型机器人可用于小工作空间内完成对小质量物体的转移工作，同时也可以做为教学机器人。 关键词：四自由度 ；操作臂；舵机 is on of is is a of in is to It is is of to be to in its as 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 章 概述 机器人（ 自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。 机器人的发展概况 第一代遥控机械手 1948 年诞生于美国的阿贡实验室，当时用来对放射性材料进行远距离操作，以保护原子能工作者免受放射线照射。第一台工业机器人诞生于 1956 年，是英格尔博格(控制技术与机械臂相结合的产物。当时，主要是为了克服串联机构累积的系统误差，以便达到较高的空间定位精度，提出了示教再现的编程方式，从而使重复定位精度差不多比绝对定位精度提高了一个数量级。至今绝大部分使用中的工业机器人仍采用这种编程方式。第一台工业机器人的商用产品诞生于 1962 年，当时，其作业仅限于上 、下料。尔后的发展比预想中的要慢。20 世纪 60 年代，美、英等国很多学者，把机器人作为人智能的载体，来研究如何使机器人具有环境识别、问题求解以及规划能力，祈望使机器人具有类似人的高度自治功能，结果是始终停留在实验室阶段。其中美国著名的斯坦福研究所的眼车计划，虽然形式上实现了心理学中典型的猴子和香蕉问题的求解，然而由于距离解决实际中的复杂问题太远，因而得不到进一步的支持，只好于 1972年中止。 20 世纪 60 年代末至 70 年代中，世界上很多著名的实验室、大学和研究所，如英国的爱丁堡大学人工智能实验室，英国的斯坦福大学 、斯坦福研究所、麻省理工学院，以及日本的日立中央研究所等，都在致力了机器人装配作业的研究，单纯从技术出发模仿人进行的作业，或实现看图装配，或自动装配顺序生成等。由于当时的工业水平还没有发展到相应的阶段，无法解决所遇到的技术难题，另一方面因耗费巨大而无法得到应用部门的支持。至 20 世纪 70 年代中，由于所订目标过高，除了局部单元技术方面取得不少有意义的成果外，整体上说大部分研究没有取得有意义的实际结果 2。 1968 年，日本川崎重工引进美国 司的 器人制造技术，开始了日本机器人的 时代，经过近十年的努力，开发了点焊、弧焊及各种上、下料作业的简易经济型机器人。成功地把机器人应用到汽车工业、铸塑工业、机械制造业，从而大大地提高了制成品的一致性及质量，形成了一定规模的机器人产业。 20 世纪 70 年代，出现了更多的机器人商品，并在工业发达国家的工业生产中逐步推广应用。 1979 年公司 出了 列工业机器人，它的关节由电动机驱动，可配置视觉、触觉、力觉传感器，是技术较为先进的机器人。到 1980 年，全世界有 2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 万余台机器人在工业中应用。 20 世纪 80 年代工业机器人产业得到了巨 大的发展，但是所开发的四大类型机器人（点焊、弧焊、喷涂、上下料）主要用于汽车工业。工业化国家的机器人产值，以年均 20 40的增长率上升。 1984 年全世界机器人使用总台数为 8 万台，到 1985 年底，己达 14 万台，到 1990 年已有 30 万台左右，其中高性能的机器人所占比例不断增加，特别是各种装配机器人的产量增加较快，和机器人配套使用的机器视觉技术和装备也得到迅速发展。 1985 年前后， 司又先后推出了交流伺服驱动的工业机器人产品。随着以提高质量为目的的装配机器人及柔性装配线的开发成功，1989 年 机器人产业首先在日本，之后在各主要工业国呈发展趋势。进人 20 世纪 90 年代后，装配机器人及柔性装配技术将进入大发展时期。 日本一直拥有全世界机器人总数的 60左右。到 1998 年，美国拥有机器人 8 万台，德国为 7万多台，分别占世界机器人总数的 15和 13左右。到 2000 年，服役的机器人总数约 100 万台。 机器人大都工作于结构性环境中，即工作任务、完成工作的步骤、工件存放的位置、工作对象等都是事先已知的，而且定位精度也是完全确定的，所以机器人完全可以按事先示教编好的程序重复不断地工作。当自动化进一步向建筑、采掘、 运输等行业扩展时，其环境则是非结构化的，不能事先确定，或至少不能完全确定，总任务虽可事先确定，但如何去完成，要根据当时的实际情况来确定与制订。因此，研究具有感知、思维，能在非结构环境中自主式工作的机器人就成了机器人学研究的长远目标。实践证明，要达到这一目标，还需经过长时期的努力，等待 此重要技术有所突破，特别是机器视觉、环境建模、问题求解、规划等智能问题上。因此， 20 世纪 80 年代末，各国把发展的目标调整到更现实的基础上来，即把以多传感器为基础的计算机辅助遥控加上局部自治作为发展非结构环境机器人的主要方向，而 把智能自治式机器人作为一个更长远的科学问题去探索。 另外一个值得注意的方向是传统机械的机器人化。日前，数控机床、工程机械、采掘机械等已开始向这一方向发展，进一步的发展将会带来这些机械本身的革命。 综上所述，机器人的发展已不局限于机器人本身，而将作为新一代整个机器的发展方向。 中国研制机器人情况 我国研究机器人的起步时间，其实并不比国外晚很多，大概在 20 世纪 70 年代前，当时，北京自动化研究所和沈阳自动化研究所相继开展了机器人技术的研究工作，但是由于种种原因，机器人技术研究及应用推广在我国 十分缓慢。直到 90 年代初，也就研制了 150 台左右，而且大部分是作为演示用的，不能在生产实践中发挥作。这些机器人也是以示教型第一代机器人为主，这与当时世界25 万台的机器人总量相比，差距很大。造成这种现象的原因很多，其中与我国在机器人领域的研究买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 队伍较小，机器人技术教学工作薄弱不无关系。从 90 年代开始，情况已经有所好转。早期的“ 863”计划已经把机器人技术作为重要的攻关内容，国家科委和国家自然科学基金委员会也都相继资助了一批有关机器人的研究项目。在高等学校中，也陆续开展了机器人的教学课程和机器人技术的研究工作。到 目前为止，我国在机器人的技术研究方面已经相继取得了一些重要成果，在某些技术领域已经接近国际前沿水平，比如，我国自行研制的水下机器人，在无缆的情况下可潜到水下 6000 米，而且具有自主功能，这一技术达到了国际先进水平。但是从总体上看，我国在智能机器人方面的研究可以说还是刚刚起步，机器人传感技术和机器人专用控制系统等方面的研究还比较薄弱。另外，在机器人的应用方面我国就显得更为落后，国内自行研制的机器人当中，能真正应用于生产部门并具有较高可靠性与良好工作性能的并不多。（在这方面，北京自动化研究所研制的 喷漆机 器人可以说是国内值得骄傲的一种机器人，其性能指标已经与国际同类水平相当，而且在生产线上也经过了长期检验，受到了用户的好评，现已批量生产。） 值得一提的是，最近几年，我国在汽车、电子行业相继引进了不少生产线，其中就有不少配套的机器人装置。另外，国内的一些大专院校和科研单位也购买了一些国外的机器人，这些“洋机器人”的引入，也为我国在相关领域的研究工作提供了许多借鉴。 第 2 章 机器人本体设计 要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本课题所设计的机器人属于 垂直 关节型机器人 ,具有四个自由度 :三个旋转关节 ,轴线相互平行 ,实现 平面内定位和定向；一个移动关节 ,实现末端件升降运动。具体机械系统由基座 、 手臂和末端执行器三大部分组成 ,每一部分都有若干自由度 ,构成了一个多自由度的机械系统。基座具有回转机构(肩关节 ),手臂由大臂、小臂组成 ,末端执行器 (手部 )是一个钳爪式手部结构。 设计的主要内容与要求 论文内容 工业机器人系统设计包括机械系统的设计、控制系统 的设计。为配合机电一体化专业的需要，本次毕业设计的主要 完成 对 机器人 机械结构部分的设计以及 控制系统的设计 。 设计要求 (1) 拟定（或评述）整体方 案，特别是传感，控制方式与机械本题的有机结合的设计方案。 (2) 根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部，腕部，臂部和机身的结构。 (3) 部分的设计计算 (4) 工业机器人工作装配图的设计与绘制。 (5) 编写设计说明书。 (6) 设计要有现实意义，具有实用价值。 设计（论文）的主要技术指标和相关的技术参数 技术指标 (1) 抓重：额定抓取重量或称额定负荷，单位为 (2) 自由度数目和坐标形式：整机、手臂和手腕等运动共有几个自由度，并说明坐标形式。 (3) 定位方式：固定 机械挡块、可调机械挡块、行程开关，电位器及其各种位置设定和检测装置；各个自由度所设定的位置数目或位置信息容量 ;点位控制或连续轨迹控制。 (4) 夹持范围（ 握力（即夹紧力）（ N）。 (5) 定位精度：位置设定精度及重复定位精度（ ）。 8 (6) 电路控制方法及程序容量。 重要设计参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 如表 2 1 为本次设计的重要参数 结构型式 垂直关节型 自由度 4 手爪张合 握紧 /放松 手腕弯曲 0 度 小臂摆动 0120 度 大臂摆 动 0120 度 腰部旋转 50 度 工作空间半径 300作空间高度 450大载荷 3 章 机器人的结构 设计 该设计的目的是为了设计一台 物料搬运 机器人，利用现有已经报废的焊接机器人，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本文的中结构设计主要偏向于对原有机构的改造和机械手的设计。 由度及关节 图 1 该机器人具有四个自由度 ，即腰关节、肩关节、肘关节和腕关节，都为转动关节；还有一个用于夹持物料的机械手。 座及连杆 座 基座是整个机器人本体的支撑。为保证机器人运行的稳定性，采用两块“ Z”字形实心铸铁作支撑。 基座上面是接线盒子，所有电机的驱动信号和反馈信号都从中出入。接线盒子外面，有一个引入线出口和一个引出线出口。 臂 大臂长度 230体尺寸如图 示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 臂外形 臂 小臂长度 240体尺寸如图 示： 图 臂外形 械手的设计 工业机器人的手 又称为末端执行器，它使机器人直接用于抓取和握紧（吸附）专用工具（如喷枪、扳手、焊具、喷头等）进行操作的部件。它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。由于被握工件的形状、尺寸、重量、材质及表面状态等不同，因此工业机器人末端操作器是多种多样的，大致可分为以下几类： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 （ 1） 夹钳式取料手 （ 2） 吸附式取料手 （ 3） 专用操作器及转换器 （ 4） 仿生多指灵巧手 本文设计对象为 物料搬运 机器人，并不需要复杂的多指人工指，只需要设计能从不同角度抓取工件的钳形指。 手指是直接与工件接触的部件。手指松开和夹紧工件，是通过手指的张开与闭合来实现的。该设计采用两个手指，其外形如图 示 图 械手手指形状 传动机构是向手指传递运动和动力，以实现夹紧和松开动作的机构。根据手指开合的动作特点分为回转型和平移形。本文采用回转型传动机构。图 初步设计的机械手机构简图（只画出了一半，另外一半关于中心线对称）。 图 械手机构简图 在图 ， O 为电机输出轴，曲柄 杆 块 B 和支架构成曲柄滑块机构； 滑块 B、连杆 杆 支架构成滑块摇杆机构。通过两个机构串联，使电机买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 最终驱动 来回摆动，从而实现手指的开合运动。 图 的黑线和蓝线表示机构运行的两个极限位置。 为便于手指的顺利合拢，可以在两个手指之间设置一个弹簧，这样还可以提供适当的夹紧力。 另外，在选用电机的时候，要使电机的功率足以克服弹簧的收缩和张开，并且提供足够加紧物体的力。 图 采用虚拟样机软件 分析所设计的机械手机构的工作状况。 图 拟样机场景 下面更进一步计算出所需要的电机力矩。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 矩变化情况 从图 看到，起始阶段须克服的弹簧力最大，电机转矩必须大于 550N 为电机的挑选提供了一定的依据。 动方式 该机器人一共具有四个独立的转动关节，连同末端机械手的运动，一共需要五个动力源。 机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表 表 种驱动方式的特点对照 内容 驱动方式 液压驱动 气动驱动 电 机 驱动 输出功率 很大，压力范围为50 140，压力范围为 4860大可达 大 控制性能 利用液体的不可压缩性，控制精度较高，输出功率大，可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制 气体压缩性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，难以实现高速、高精度的连续轨迹控制 控制精度高，功率较大，能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服特性好，控制系统复杂 响应速度 很高 较高 很高 结构性能及体积 结构 适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率 /质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较大 结构适当，执行机构可标准化、模拟化，易实现直接驱动。功率 /质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小 伺服电动机易于标准化，结构性能好，噪声低，电动机一般需配置减速装置，除 动机外，难以直接驱动，结构紧凑，无密封问题 防爆性能较好，用液 防爆性能好，高于 设备自身无爆炸和火灾买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 安全性 压油作传动介质，在一定条件下有火灾危险 10000 个大气压 )时应注意设备的抗压性 危险，直流有刷电动机换向时有火花，对环 境的防爆性能较差 对环境的影响 液压系统易漏油，对环境有污染 排气时有噪声 无 在工业机器人中应用范围 适用于重载、低速驱动，电液伺服系统适用于喷涂机器人、点焊机器人和托运机器人 适用于中小负载驱动、精度要求较低的有限点位程序控制机器人，如冲压机器人本体的气动平衡及装配机器人气动夹具 适用于中小负载、要求具有较高的位置控制精度和轨迹控制精度、速度较高的机器人，如 服喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、装配机器人等 成本 液压元件成本较高 成本低 成本高 维修及使用 方便，但油液对环境温度有一定要 求 方便 较复杂 机器人驱动系统各有其优缺点，通常对机器人的驱动系统的要求有： 1）驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高； 2）反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换； 3）驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小； 4）安全可靠； 5）操作和维护方便； 6）对环境无污染，噪声要小； 7）经济上合理，尤其要尽量减少占地面积。 基于上述驱动系统的特点和机器人驱动系统的设计要求，本文选用直流伺服电机驱动的方式对机器人进行驱 动。表 选定的各个关节电机型号及其相关参数。 表 器人驱动电机参数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电机参数 腰关节 肩关节 肘关节 腕关节 手爪 型号 定电压 18v 18v 18v 6v 6v 额定转矩 m m m m m 最大转矩 m m m 额定转 速 7980980980460460高转速 转子惯量 9200200200动方式 由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，提高带负载能力。对机器人的传动机构的一般要求有： （ 1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻； （ 2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这 样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动； （ 3） 回 差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度； （ 4）寿命长、价格低。 本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，采用了齿形带传动。 齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在本文中主要用于腰关节、肩关节和肘关节的传动。 齿形带传动原理如图 示。 齿轮带的传动比计算公式为 2112 齿轮带的平均速度买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2211 a 图 形带传动 动器 制动器及其作用： 制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。 在机器人机构中，学要使用制动器的情况如下： 特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施 停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。 机械制动器： 机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动 器和电磁制动器等几种。其中最典型的是电磁制动器。 在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。因此 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 这种制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。 电气制动器 电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机 械能转换为电能的发电功能。换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。 本文中，该机器人实验平台未安装机械制动器，因此机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。另外，由于各方面限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。 采用电气制动器，其优点在于：在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功能，这是非常理想 的情况，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故应尽量避免。缺点在于：这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。 、 第 4 章 控制系统硬件 制系统模式的选择 构建机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。首先需要选择和硬件平台，控制系统硬件平台对于系统的开放性、实现方式和开发工作量有很大的影响。一般常用的控制系统硬件平台应满足：硬件系统基于标准总线机构，具有可伸缩性；硬件结构具有必要的实时计算能力；硬件系统模块化，便于添加或更改各种接口、传感器和特殊计算机等；低成本。 到目前为止 ， 一般机器人控制系统的硬件平台可以大致分为两类：基于线（ 司 1981 年推出的第一代 32 位工业开放标准总线 ）的系统和基于 线的系统。近年来，随着 性能的快速发展，可靠性大为提高，价格却大幅度降低，以 为核心的控制系统已广泛被机器人控制领域所接受。 基于 控制系统一般包括单 制模式， C 的控制模式， 布式控制器的控制模式， 动控制卡的控制模式， 据采集卡的控制模式，由于基于采集卡的控制方式灵活，成本低 廉，有利于本文设计中的废物利用，在程序和算法上可以自主编制各类算法，适合本课题研究的需要。因此本文选定 据采集卡的控制方式。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 制系统的搭建 图 制系统框图 控机 在此选用研华工业控制机 ,主频 233存 128 兆， 32 位数据总线。底板有 9 个槽， 4 个 槽，带 示器。其性能价格比优越，兼容性好，有利于软硬件维护和升级。与普通个人计算机相比工业控制 有以下优点： 芯片筛选要比一般个人计算机严格； 芯片驱动能力 较强； 整机内部结构属于工业加强型，具有较强的防震和抗干扰性能； 对环境（如温度、湿度、灰尘等）的要求要比一般计算机低得多。 据采集卡 在本设计中我们主要用到 研华 公司的 参数如下。 要特点 ： 路单端 12 位模拟量输入 路 12 位模拟量输出 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 采样速率可编程，最快达 30带 中断的 A/D 路数字量输出 要特点 ： 路独立 D/A 输出 位分辨率双缓 冲 D/A 转换器 路数字量输入及 16 路数字量输出 多种电压范围： +/+/0 +5V， 0 +10V 和 4 20流环 。 服放大器 在驱动系统设计 过程 中，主要是对 伺服电机 的驱动，本文中利用报废机器人上的机驱动关节，因此同样选用 服电机驱动器（ 0/2）进行驱动，如图 示，这是专门针对 机设计的伺服电机放大控制器，具有很强的控制 功能和稳定性，电源电压 1230v 之间， 1、 2 接线端子接伺服电机，直接给电机供电， 3， 4 接线端与电源相连， 7、 8 接控制电压，通过数据采集卡输出的模拟电压信号进入这两个接线端来控制电机的转速大小和正反转，13、 14 接测速计（本文中未用）， 3、 4、 10 之间是一个光耦合器，输入“准备好”信号。在伺服控制器前面，有 5 个旋钮调节器涌来调节电机的五个参数，下边有 10 个 关，用来选择控制器工作状态。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1234567891 01 11 21 31 41 51 6电 源控 制 电 压测 速 计1234567891 0a i a O f f s e to n o f a x4 k 电 机图 服放大器 接线及其调节示意 子板 不同的被测信号通过不同的传送路线到采集卡，而采集卡在工控机机箱内，不变直接连接到工业系统中的各种传感器或执行器。 端子板的主要作用有两个： 端子板是采集卡与每一个信号调理电路或驱动装置之间的电器连接部件，给每一路输入、输出信号提供单独的信号线和地线，使每一路通道可单独接通或断开，系统检修和排除故障时不必全部停止运行。 将每一路信号经过各自的传送路线到达端子板后，可以根据各路信号和传送路线的特点，在端子板上对各路信号进行简单的调理，如经电阻衰减、分流或经过 通 滤波后进入采集卡。 图 示为端子板电路 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 子板电路 图 示的电路图中，为防止直流电机产生的噪声影响电路的正常运行，使用了光电耦合器 4机电一体化技术中，光电耦合电路是重要的接口电路。 其中 过五路数字量输出来控制电机电路的通断， 过五路模拟量输出来控制电机的正反转和运行速度，另外 负责采集五个电位器的电压，以此将电机的运行角度反馈给计算机。 位器及其标定 电 位器是一种可调电阻，也是电子电路中用途最广泛的元器件之一。它对外有三个引出端，其中两个为固定端，另一个是中心抽头。转动或调节电位器转动轴，其中心抽头与固定端之间的电阻将发生变化。 本文采用的电位器是单圈的，也就是说各关节的运动角度小于 360，对于该机器人已经足够了。电位器安装在机器人的各个关节输出轴上，所以在关节角的运动范围内，电位计的输出电压和关节角是一一对应的，存在着一定的函数关系。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 从理论上来讲，电位器应该是线性的测量元件，但由于电位器的滑动噪声以及滑线电阻的工作过程中的磨损，这种函数关系并非理想的 线性关系，而是存在一定的偏移。电位器的标定就是根据在各个角度处测量的电压值，拟合出一条直线， 近似替代真实的函数关系。 下面即是对各个关节的进行电位计标定。 电位器 1 的标定， 如图 示： 图 位器 关节角 1 与电位计 1 的函数关系： a=位器 2 的标定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 图 示： 关节角 2 与电位计 2 的函数关系： a=位器 3 的标定 图 如图 示： 关节角 3 与电位计 3 的函数关系： a= 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 电位器 4 的标定 图 如图 示： 关节角 4 与电位计 4 的函数关系： a= 位器 5 的标定 图 如图 示： 电机 5 与电位计 5 的函数关系： a= ：以上标定工作都是在 电压下测量的 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 源 电位器和伺服放大器都需要一定的电压，特别是电位计是在 条件下工作的，稳定的电压对于保