基于Adams的机器人设计

1、基于ADAMS的Epson紧凑型6轴机器人运动学仿真班级：2011级机电01班 姓名：刘金龙 学号：20112917 电话：1325324737 邮箱：441487181 指导教师：宁先雄 时间：2014年5月6日目录1引言11.1工业机器人31.2应用31.3国内外主要工业机器人生产厂商31.4发展趋势42 Epson机器人公司41.1爱普生工业机器人公司历史自述41.2产品自我描述43爱普生S5中距离6轴机器人53.1概述53.2特性和优势53.3爱普生 S5 中距离 6 轴机器人规格64爱普生 S5 中距离 6 轴机器人运动学仿真74.1建立连杆坐标系74.2基于ADAMS的仿真84.2

2、.1建立模型84.2.2主要仿真步骤9.参考文献12 1引言1.1工业机器人工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有36个运动自由度，其中腕部通常有13个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程

3、序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。1.2应用工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。20世纪50年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并

4、将其称为工业机器人；60年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用21台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。由于工业机器人具有一定的通用性和适应性，能适应多品种中、小批量的生产，70年代起，常与数字控制机床结合在一起，成为柔性制造单元或柔性制造系统的组成部分。1.3国内外主要工业机器人生产厂商在国际上，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而得到工业界广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的、著名的工业机器人公司。 他们包括：瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC

5、、Yaskawa（安川）、NACHI（不二越）、OTC 、MITSUBISHI（三菱）德国的KUKA Roboter，美国的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英国的AutoTech Robotics，加拿大的Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性企业。在国内，工业机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲，主要有首钢（MOTOMAN）莫托曼机器人有限公司、中国新松机器自动化股

6、份有限公司、广州数控，奇瑞等公司。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司，年利润增长在40%左右。1.4发展趋势当前，国外已经研制和生产了各种不同的标准组件，而中国作为未来工业机器人的主要生产国，标准化的过程是发展趋势。智能化、仿生化是工业机器人的最高阶段，随着材料、控制等技术不断发展，实验室产品越来越多的产品化，逐步应用於各个场合。伴随移动互联网、物联网的发展，多传感器、分布式控制的精密型工业机器人将会越来越多，逐步渗透制造业的方方面面，并且由制造实施型向服务型转化。2 Epson机器人公司1.1爱普生工业机器人公司历史自述1981年，爱普生工业机器人诞生。当时，爱普生工厂自动化业

7、务部开始在世界范围内与其它制造商分享其在高精密小型零部件组装领域的专业知识。创立爱普生工业机器人的最初目的是满足内部自动化需求，却迅速获得了全球许多最高水准的制造工厂的认可。在过去26年里，爱普生工业机器人一直是小型部件组装作业领域的领导者，其中包括基于PC的控件、紧凑型SCARA机器人等。我们的重心是创建机器人和自动化产品，帮助客户享受全球许多顶级赞助商的全球制造战略带来的优势。爱普生工业机器人在全球成千上万个制造工厂执行繁忙的作业。1.2产品自我描述爱普生工业机器人在易用性、高性能和可靠性等方面处于业界领先地位，在全世界闻名遐迩。RC520控制器是机器人制造商推出的首款基于PC的控制器。此

8、外，我公司率先推出了Active X控件（现改为.NET支持），可将第三方产品轻松地集成到机器人工作单元。我们工作的重心是简化产品并使其易于使用，我们的EPSON RC+软件证明我们处于正确的轨道上。爱普生SCARA工业机器人在性能和可靠性方面在业界首屈一指，这要归功于我们锲而不舍地努力打造和提供新一代产品。我们二层控制方法提供了以价值为导向的“低端”但性能较高的控制器，以及基于开放式架构PC的控制器，具有先进的功能，可满足最复杂的作业要求。最近，我们推出了新一代基于PC的控制器，其性能比之前的产品更高。最近还推出了SCARA机器人的新型号，称为SCARA+或RS系列工业机器人，在周期时间、小

9、型规格、最大工作使用范围等方面在业界遥遥领先。我们的G系列SCARA机器人目前提供200多个型号，包括台面安装型、复合安装型、洁净型/ESD等型号，手臂长度范围从175mm到1000mm不等。最重要的是，我们还拥有许多集成可选产品，如Vision Guidance、Force Sensing、GUI Builder、Profibus、DeviceNet、EtherNet/IP、Security/Audit Log及.Net等。3爱普生S5中距离6轴机器人3.1概述爱普生S5系列6轴机器人能提供优越性能和业界领先的基于PC的控制。爱普生S5机型是高速、低振动、高负载、长手臂、面向特殊环境使用的机

10、器人。S5采用刚性手臂设计，结合了先进的爱普生伺服控制技术，即使在要求高精度高速循环时，也能实现高速运动和低振动。所有S5 6轴机器人在各轴上都有制动，可灵活进行台面、侧壁或吊顶安装。爱普生RC+由于设计直观，具备多个省时特性和功能，因此可提供业界领先的简单易用性。强大灵活的基于PC的爱普生RC620+控制器通过提供在一个紧凑包装内的一个典型的机器人工作单元正常所需的功能，来降低工作单元集成。3.2特性和优势爱普生S5 6轴机器人以最大刚性和性能为理念。结合高刚度和我们的 RC620+ 和 RC180 控制器所提供的高级伺服控制功能，可实现平滑、快速运动。它还具有多种集成选项，如视觉导引、传送

11、带跟踪等。高性能和灵活的手臂，在保持最快循环时间的同时，最高负载达到5Kg，高精度重复定位，符合客户期许，高强度手臂设计发挥最大性能一流的控制器与开发软件，爱普生RC+在简单易用、节省开发时间方面业界领先，两个分级控制器设计使S5机器人具备高性能或低成本解决方案，集成选项可最大化系统性能，减少总开发时间（更多信息，请参阅选项页），高性能处理能力较竞争对手产品快很多倍完整集成选项，视觉导引、网络连接性、设备网、现场总线、以太网、IP、CC-Link现场总线连接性、安全和审计、GUI构建器、其它轴控件、传送带追踪、提供洁净型/ESD 型号适用应用及行业有，汽车、医疗、消费电子产品、工业产品、通信、

12、制药、半导体、电子设备、食品、包装。3.3爱普生 S5 中距离 6 轴机器人规格核心规格重复定位精度: +/-0.030mm负载 (Kg): Rated 2 / Max 5 (7Kg with limitations)循环时间: 0.44 sec重量: 38 KgArm Length 臂长水平臂长 (到安装面): 786mm水平臂长 (到腕心): 706mm垂直臂长 (到安装面): 1028mm垂直臂长 (到腕心): 948mm可选手臂配置安装类型: 台面，吊顶，侧壁洁净度: ISO4级洁净度防护规格: IP65用户线路Electric: 15 (D-Sub Connector)Air: 2环

13、境适用Temperature: 5- 40 deg CHumidity: 10 - 80% (non condensing)安全规格ANSI/RIA R15.06-1999CEJIS B 8433可用控制器RC180 Micro PowerDrive基于PC的RC620 +高性能运动范围J1 (旋转): +/-170 degJ2 (下臂): -150 to +65 degJ3 (上臂): +190 to -72 degJ4 (腕转动): +/-190 degJ5 (腕弯曲): +/-135 degJ6 (腕扭曲): +/-360 deg电机功率J1 400 WattsJ2 400 WattsJ

14、3 200 WattsJ4 50 WattsJ5: 50 WattsJ6: 50 Watts制动全部 6 个轴选件Vision Guide.NET SupportDeviceNet, EtherNEt/IP, Profibus, CC-Link传送带跟踪（仅适用于 RC620+）GUI Builder（仅适用于 RC620+）安全/审计Security/Audit机器人电缆3M (标准), 5M (可选), 10M (可选)4爱普生 S5 中距离 6 轴机器人运动学仿真4.1建立连杆坐标系坐标系的建立：(1)zi轴在i杆的小标号轴线上；(2)xi轴为i杆两个轴的公垂线，由小标号指向大标号。D-

15、H参数的规定：(1)i杆的杆长ai为i杆公垂线长度，标量；(2) i杆的扭转角ai为zi轴到zi+1轴，绕xi轴，代数量；(3) i杆相对于i-1杆的转角èi为xi-1轴到xi轴，绕zi轴，代数量；(4) i杆相对于i-1杆的安装距离di为xi-1轴到xi轴，沿zi轴，代数量。D-H表连杆号i关节变量èi/（°）连杆扭角ái/（°）连杆长度ai/mm连杆距离di/mm0无0无无10-908802è2 031003è3-90004è4900625è5-9002436è6无004.2基于ADAMS的仿真4.2.1建立模型模型如图1。 图1其中，主要参数如图2。 图24.2.2主要仿真步骤（1）、将机器人第5个参考点的轨迹曲线的参数方程作为点驱动的参数（如图3）。驱动程序如下：STEP5(time, 0.0, 0.0, 2.0, 200.0)+STEP5(time, 2.0, 0.0, 8.0, -593.0)0 * timeSTEP5(time, 4.0,