机器人原理的大作业

永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析

姓名：周伟学号：1022229 班级：机制二班

指导老师：沈伟

一、作者简介 (2)

二、名词解释 (3)

三、文献索引 (4)

四、作者写该文的目的 (5)

五、作者对于永磁同步电机伺服系统的启动过程的研究.. 5

六、永磁同步电机伺服系统的前景及应用 (8)

七、永磁同步电机伺服系统的现状 (13)

八、对永磁同步电机伺服系统的相关补充 (14)

九、我对永磁同步电机伺服系统的启动过程的认识 (15)

永磁同步电机伺服系统中电机启动过程分析

内容：

一、作者简介

邓智泉：男，1969年生，电机与电器专业教授，博士生指导教师。1993年、1996年分别在东北大学获得工学硕士学位和工学博士学位。1996年4月起在南京航空航天大学开始博士后阶段研究工作，研究课题为“异步电动机直接力矩控制系统的关键问题研究”，在此期间完成中国博士后科学基金资助课题“异步电动机的非线性自适应控制”的研主要科研成果。

严仰光：1935年3月生，男，教授、博士生导师，我国著名航空电源专家，享受国务院政府特殊津贴专家，是航空电源航空科技（部级）重点实验室的创建者与首任主任。

1958年毕业于南京航空学院（现南京航空航天大学）航空电机电器专业。长期从事航空电源系统电机与控制、功率变换技术的教学和科研工作。获国家技术发明二等奖、省部级技术发明一等奖、科技进步二、三等奖多项，获授权国家发明专利36项，发表学术论文300余篇，主编专著和教材三部。培养了一大批电力电子与电力传动、电机与电器领域的知名专家和企业家，包括航空电源公司董事长、大型民营电源公司董事长、长江学者特聘教授以及重点高校电气工程学科带头人等。

陈荣：男，副教授。

二、名词解释

磁链：导电线圈或电流回路所链环的磁通量。磁链等于导电线圈匝数N与穿过该线圏各匝的平均磁通量φ的乘积，故又称磁通匝。

反电势：电功率的计算公式，用电压乘以电流，这个公式是电功率的定义式，永远正确，适用于任何情况。

对于纯电阻电路，如电阻丝、灯炮等，可以用“电流的平方乘以电阻”“电压的平方除以电阻”的公式计算，这是由欧姆定律推导出来的。但对于非纯电阻电路，如电动机等，只能用“电压乘以电流”这一公式，因为对于电动机等，欧姆定律并不适用，也就是说，电压和电流不成正比。

这里就要说一下欧姆定律，当电流流过电阻时会发热，而这个公式就是Q =I^2*R。而IU是功率公式，当一个元件两端的电压为U，流过元件的电流为I时，这个元件消耗的电能就是UI，包括热能，机械能等所有转化成的能量。下文的反电动势就消耗了一部分电流做的功。这是因为电动机在运转时会产生“反电动势”。反电动势是由于线圈受到磁场的影响而对原电动势产生的一个相对抗的电动势。

逆变器

机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、

80W 、120W 到150W 功率规格。再大一些功率逆变电源要通过连接线接到电瓶上。把家用电器连接到电源转换器的输出端就能在汽车内使用各种电器。

占空比：在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。

三、文献索引

孙立志，陆永平，邓召春。永磁同步电动机再生制动状态的分析与仿真【J】。微电机，1997，（6）：8-11.

叶东，张锋奇，孙丽玲，等。稀土永磁同步电动机起动过程研究【J】.中国电机工程学报，1998,18（5）：335-340.

李崇坚，王祥珩，李发海，等。磁场定向控制交交变频同步电机系统的数学模型【J】.清华大学学报（自然科学版），1995,35（4）：1-8.

王成元。矢量控制交流伺服驱动电动机【M】.北京：机械工业出版社，1995.179-197.

汤蕰缪，史乃，沈文豹。电机理论与运行【M】.北京：水利电力出版社，1984.291-303.

张波，李忠，毛宗源。PWM逆变器供电的同步电机适量控制电流环的研究与设计【J】.控制理论与应用，1999,16（5）：664-668.

Kadjoudj M, Benbouzid M E H. A robust hybrid current control for

permanent magent synchronous motot drive[A]. IECON’01[C]. Piscataway: IEEE,2001,2 068-2 073.

陈伯时.电力拖动自动控制系统(第二版)[M].北京：机械工业出版社，1999.56-94.

黄健，许光瑜，陈德树。双轴励磁同步发电机的微分反馈非线性最优励磁控制[J].中国电机工程学报，1996,16（5）：341-357.

四、作者写该文的目的

针对永磁同步电机的启动问题，已有的研究并不全面，启动的动态过程是系统响应性能的重要方面，尤其是需频繁启/制动工作的伺服系统，启动过程的响应速度将直接影响整个系统的性能。本文中基于永磁同步电机dq坐标系上的数学模型，借助实验和仿真来研究磁场定向控制下电机的启动过程。

五、作者对于永磁同步电机伺服系统的启动过程的研究

如图，即为额定功率时电流稳态与动态响应及电机速度阶跃响应与电机某一项电流。

对电机启动进行矢量控制：

矢量控制下同步电机运行的向量图如图3所示；

电机与逆变器连接的主电路见图4；

电机启动过程可以分为3个阶段（见图5）。

启动过程的仿真与试验验证：

电机启动过程的速度电流波形如图6所示：（a）为仿真曲线，仿真对象参数与实验对象参数相同；（b）为空载试验波形；（c）为带上大惯性负载的试验波形。

图中启动过程中实验的电流波形与仿真的电流波形有较大的差异，这是由于该波形为电机一相电流波形，且电机启动时刻是随机的，不能像仿真那样可以任意指定启动时刻。再观察大惯性负载启动过程，在电机速度接近给定速度时，由于电机反电势较大，电流环的动态跟随能力下降，电机速度响应过程平缓。为提高电机速度响应，应该将逆变器的最大占空比设置为接近1.

图B为电机启动过程中电机速度与电机端电压的波形，从图中可以清晰地看出电机所处的工作状态，由于启动时电机电枢电流产生了超调，故在启动初始电压反向，使电流回落，即电流有一调整过程。在电机启动过程中，逆变器将由负载电流迅速增加到输出限幅电流。由于给逆变器供电的是单相二极管整流，电容滤波，所以供电电压将要下降。带载启动或系统设置较大限幅启动力矩时，在电机启动后期，速度接近给定速度，电源电压余量减小，致使电机电枢电流不能动态跟随给定值，电机速度响应将变缓，所以需要考虑直流侧电压的变化问题。启动时，电压下降数值和启动时相对整流桥的工作时刻及电机转动惯量有关，转动惯量越大，电压下降越多。如果启动对应整流桥输出电流的相邻波形之间，此时仅由滤波电容供电，电压将有较大下降。如果启动过程对应整流输出电流时刻，则此时除电容外，电源还给电机启动提供电能，电压下降数值将减小。电机空载启动过程中电压波形

的变化见图8所示稳态值为

2310

U V

.

因而，失量控制下永磁同步电机的启动是一比较复杂的过程，电机将经历电流建立、线性加速和速度调整3个阶段，其中线性加速阶段决定电机启动过程的时间长短，需要充分利用电机潜力以提高电机的响

应速度。在电流建立阶段，电流的上升速率主要取决于直流母线电压，但上升并非线性。速度线性上升阶段，电机速度的增加与加速力矩成正比，与电机轴联负载转动惯量成反比，应尽可能充分发挥电机潜力，设置高的启动转矩，可以有效地减小启动时间。速度调整阶段应尽量避免系统振荡及系统过阻尼，以使系统快速进入稳定，这可以通过调整速度调节器的比例积分系数增设转速微分负反馈来解决。在整个启动运行过程中，需要电机电流实时跟随给定电流，则电流调节器需要有良好的动态跟随性能。启动过程中，直流电压的下降主要取决于电机及轴联负载机械惯性及电容数值。需要合理选择滤波电容及整流电路供电方式。

六、永磁同步电机伺服系统的前景及应用

现代工农业中的驱动电机常用的有交流异步电动机、有刷直流电动机和永磁同步电动机(包括无刷直流电动机)三大类，它们的综合特性比较见表2。

按照不同的工农业生产机械的要求，电机驱动又分为定速驱动、调速驱动和精密控制驱动三类。

1、定速驱动

工农业生产中有大量的生产机械要求连续地以大致不变的速度

单方向运行，例如风机、泵、压缩机、普通机床等。对这类机械以往大多采用三相或单相异步电动机来驱动。异步电动机成本较低，结构简单牢靠，维修方便，很适合该类机械的驱动。但是，异步电动机效

率、功率因数低、损耗大，而该类电机使用面广量大，故有大量的电能在使用中被浪费了。其次，工农业中大量使用的风机、水泵往往亦需要调节其流量，通常是通过调节风门、阀来完成的，这其中又浪费了大量的电能。70年代起，人们用变频器调节风机、水泵中异步电动机转速来调节它们的流量，取得可观的节能效果，但变频器的成本又限制了它的使用，而且异步电动机本身的低效率依然存在。

例如，家用空调压缩机原先都是采用单相异步电动机，开关式控制其运行，噪声和较高的温度变化幅度是它的不足。90年代初，日本东芝公司首先在压缩机控制上采用了异步电动机的变频调速，变频调速的优点促进了变频空调的发展。

近年来日本的日立、三洋等公司开始采用永磁无刷电动机来替代异步电动机的变频调速，显著提高了效率，获得更好的节能效果和进一步降低了噪声，在相同的额定功率和额定转速下，设单相异步电动要的体积和重量为100，则永磁无刷直流电动机的体积为38.6，重量为34.8，用铜量为20.9，用铁量为36.5，效率提高10以上，而且调速方便，价格和异步电动机变频调速相当。永磁无刷直流电动机在空调中的应用促进了空调剂的升级换代。

再如仪器仪表等设备上大量使用的冷却风扇，以往都采用单相异步电动机外转子结构的驱动方式，它的体积和重量大，效率低。近年来它已经完全被永磁无刷直流电动机驱动的无刷风机所取代。现代迅速发展的各种计算机等信息设备上更是无例外地使用着无刷风机。这些年，使用无刷风机已形成了完整的系列，品种规格多，外框尺寸从

15mm到120mm共有12种，框架厚度有6mm到18mm共7种，电压规

格有直流1.5V、3V、5V、12V、24V、48V，转速范围从2100rpm到14000rpm，分为低转速、中转速、高转速和超高转速4种，寿命30000小时以上，电机是外转子的永磁无刷直流电动机。

近年来的实践表明，在功率不大于10kW而连续运行的场合，为

减小体积、节省材料、提高效率和降低能耗等因素，越来越多的异步电动机驱动正被永磁无刷直流电动机逐步替代。而在功率较大的场合，由于一次成本和投资较大，除了永磁材料外，还要功率较大的驱动器，故还较少有应用。

2、调速驱动

有相当多的工作机械，其运行速度需要任意设定和调节，但速度控制精度要求并不非常高。这类驱动系统在包装机械、食品机械、印刷机械、物料输送机械、纺织机械和交通车辆中有大量应用。

在这类调速应用领域最初用的最多的是直流电动机调速系统，70年代后随电力电子技术和控制技术的发展，异步电动机的变频调速迅速渗透到原来的直流调速系统的应用领域。这是因为一方面异步电动机变频调速系统的性能价格完全可与直流调速系统相媲美，另一方面异步电动机与直流电动机相比有着容量大、可靠性高、干扰小、寿命长等优点。故异步电动机变频调速在许多场合迅速取代了直流调速系统。

交流永磁同步电动机由于其体积小、重量轻、高效节能等一系列优点，越来越引起人们重视，其控制技术日趋成熟，控制器已产品化。

中小功率的异步电动机变频调速正逐步为永磁同步电动机调速系统

所取代。电梯驱动就是一个典型的例子。电梯的驱动系统对电机的加速、稳速、制动、定位都有一定的要求。早期人们采用直流电动机调速系统，其缺点是不言而喻的。70年代变频技术发展成熟，异步电

动机的变频调速驱动迅速取代了电梯行业中的直流调速系统。而这几年电梯行业中最新驱动技术就是永磁同步电动机调速系统，其体积小、节能、控制性能好、又轻易做成低速直接驱动，消除齿轮减速装置;

其低噪声、平层精度和舒适性都优于以前的驱动系统，适合在无机房电梯中使用。永磁同步电动机驱动系统很快得到各大电梯公司青睐，与其配套的专用变频器系列产品已有多种牌号上市。可以预见，在调速驱动的场合，将会是永磁同步电动机的天下。日本富士公司已推出系列的永磁同步电动机产品相配的变频控制器，功率从0.4kW～300kW,体积比同容量异步电动机小1～2个机座号，力能指标明显高于异步

电动机，可用于泵、运输机械、搅拌机、卷扬机、升降机、起重机等多咱场合。

3、精密控制驱动

①高精度的伺服控制系统

伺服电动机在工业自动化领域的运行控制中扮演了十分重要的

角色，应用场合的不同对伺服电动机的控制性能要求也不尽相同。实际应用中，伺服电动机有各种不同的控制方式，例如转矩控制/电流

控制、速度控制、位置控制等。伺服电动机系统也经历了直流伺服系统、交流伺服系统、步进电机驱动系统，直至近年来最为引人注目的

永磁电动机交流伺服系统。最近几年进口的各类自动化设备、自动加工装置和机器人等绝大多数都采用永磁同步电动机的交流伺服系统。

②信息技术中的永磁同步电动机

当今信息技术高度发展，各种计算机外设和办公自动化设备也随之高度发展，与其配套的要害部件微电机需求量大，精度和性能要求也越来越高。对这类微电机的要求是小型化、薄形化、高速、长寿命、高可靠、低噪声和低振动，精度要求更是非凡高。例如，硬盘驱动器用主轴驱动电机是永磁无刷直流电动机，它以近10000rpm的高速带动盘片旋转，盘片上执行数据读写功能的磁头在离盘片表面只有

0.1～0.3微米处作悬浮运动，其精度要求之高可想而知了。信息技术中各种设备如打印机、软硬盘驱动器、光盘驱动、传真机、复印机等中所使用的驱动电机绝大多数是永磁无刷直流电动机。受技术水平限制，这类微电机目前国内还不能自己制造，有部分产品在国内组装。

由于电子技术和控制技术的发展，永磁同步电动机的控制技术亦已成熟并日趋完善。以往同步电动机的概念和应用范围已被当今的哟观念慈同步电动机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电动机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。

参考网址：https://www.sodocs.net/doc/022872893.html,/share_news/410529.html

七、永磁同步电机伺服系统的现状

早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。V.B.Honsinger 和M.A.Rahman等人对永磁同步电机的直接起动方面做了大量的研究工作。在上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电机进行了深入的研究，其供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但多数情况下无阻尼绕组。并在该时期发表了大量

A.V.Gumaste等研究了电压型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性及电流型逆变器供电的永磁同步电动机稳态特性。

随着对永磁同步电机调速系统性能要求的不断提高，G.R.Slemon

步电机的设计方法。可设计出高效率、高力矩惯量比、高能量密度的永磁同步电机。

字控制也取得了很大的发展。D.Naunin等研制了一种永磁同步电动机矢量控制系统，采用了十六位单片机8097作为控制计算机，实现了高精度、高动态响应的全数字控制。八十年代末，九十年代初B.K.Bose 等发表了大量关于永磁同步电动机矢量控制系统全数字控制的论文。

九十年代初期，R.B.Sepe首次在转速控制器中采用自校正控制。早期自适应控制主要应用于直流电机调速系统。刘天华等也将鲁棒控

制理论应用于永磁同步电机伺服驱动。自适应控制技术能够改善控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，N.Matsui，https://www.sodocs.net/doc/022872893.html,ng等人将自适应控制技术应用于永磁同步电机调速系统。仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。

随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为目前电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。目前，实现智能控制的有效途径有三条：基于人工智能的专家系统（ExpertSystem）;基于模糊集合理论（FuzzyLogic）的模糊控制；基于

从八十年代后期一直致力于人工智能技术在电气传动领域的应用，并取得了可喜的研究成果。

八、对永磁同步电机伺服系统的相关补充

采用正弦波的永磁同步电动机可根据永磁体在转子 E放置的位置分为三种：

一是永磁体埋在转子内的内磁式永磁同步电动机，如图 8所示，为一台4极，径向充磁的内磁式永磁同步电动机：二是永磁体

安放在转子表面的外磁式永磁同步电动机；第三种是永磁体嵌入或部分嵌入的嵌入式永磁同步电动机．如图 9所示。

九、我对永磁同步电机伺服系统的启动过程的认识

矢量控制下电机的启动有三个阶段：

电流建立阶段

线性加速阶段

速度调整阶段

在转子磁场定向控制方式下，电枢电流与反电势同相，机电刘聪电势

高端流进，低端流出，电机吸收能量，转化成机械能。电机端电压超前于电动势（电流）的角度即为电机的功率角。

◎在电流建立阶段，各相电流上升率不仅与本相电感有关，表明三相绕组存在耦合关系。在逆变器一个开关周期中，电机三相绕组和直流电源的连接方式在变化，电机电流的上升率和直流侧电压成线性关系。为使电机电流快速上升电流调节器的比例系数应加大并保持直流侧有较大的电压-在电流增加的过程中只要电磁转矩大于阻力矩电机便开始旋转速度开始上升-但由于本阶段时间很短电机速度很小可以认为本阶段电机速度为零-从启动速度指令发出时开始速度调节器一直输出最大电流给定值速度环相当于开环。

◎在线性加速阶段，电机反电势随着电机转速上升而上升加在电机相绕组上的电压除平衡电阻及电感抗的压降外还要平衡电机的反电势。本阶段是电机启动的主要阶段，加速运行时间将决定系统响应速度。因此，在实际控制系统中，可设置电机能承受的最大启动力矩，以加快系统的响应速度。

◎在速度调整阶段

（1）达到设定速度前，调节器输出电流给定值大于负载电流，速度超调。电机电流下降到负载电流时，其速度已超过设定转速，速度调节器输出继续减小，促使电枢电流进一步下降，电磁力矩小于负载矩，电机减速。但只要电机速度高于给定转速，速度调节器输出将继续减小，经电流调节使电机电流进一步减小，电机继续减速。当速度减到设定转速时，速度调节器输出小于负载对应的给定电流，电机仍要减

速。当减小到设定速度以下时，速度调节器输出增加，电流增大，电机加速，经过几次调节后，电机稳定运行在设定转速。

（2）达到设定速度前，调节器输出电流给定小于等于负载电流，速度无超调。随着速度上升，速度调节器输出给定电流小于限幅值，电流调节器输出信号降低，逆变器输出电压也降低。但电机速度仍在增加，反电势也增加。由方程（1）知电机电流将减小。但只要电磁转矩大于负载转矩，电机将继续加速。速度反馈给调节器使输出进一步降低，电流给定进一步降低，电机仍在加速并逐步接近速度给定。当电机电流减小到等于负载电流时，电机电磁转矩和负载矩平衡。如此时电机速度等于给定转速，系统进入稳定运行。如此时电机速度未达到给定，则速度调节器将提高输出，电机速度上升，以减小偏差，并逐步进入稳定运行。

工业机器人设计(大四机器人课设作业)(DOC)

“工业机器人”设计大作业 作品题目：货物装卸机器人 专业：机械设计制造及其自动化 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 姓名：班级：学号： 指导教师：陈明

1 前言 货物装卸作业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。货物装卸机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件货物装卸工作，大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的货物装卸机器人愈10 万台，被广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛货物装卸、集装箱等的自动货物装卸。部分发达国家已制定出人工货物装卸的最大限度，超过限度的必须由货物装卸机器人来完成。装卸货物装卸是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高 2 设计方案论证 本课题通过对货物装卸机器人工作对象及工作场所的分析研究，深入了解其工作是 如何进行，各部分零部件应该如何运行以及如何紧密配合，先确定其总体结构再对主要 零部件进行设计计算确定其尺寸大小以及确定电机型号。 2.1 基本思想 （1）设计要考虑要求和工作环境的限制。 （2）考虑到货物装卸货物时所需要精确度不是很高，为了简化结构，境地成本，采用 角铁焊接结构。 （3）为了满足设计要求，须设计三个独立的电机驱动系统，各部分之间通过计算 机控制、协调工作。 （4）本次设计只是该题目的机械部分，而对应控制部件的考虑较少。 3 仓库货物装卸机器人的设计计算 3.1 货物装载伸缩装置的设计 3.1.1 确定传动方案 我们所学的传动方式有以下几种：带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动和钢 丝绳传动等，一般地说，啮合传动传递功率的能力高于摩擦传动；蜗轮传动工作的发热 情况较为严重，因而传动的功率不宜过大；摩擦轮传动由于必须有足够的压紧力，故而 在传递同一圆周力时，其压轴力比齿轮传动的大几倍，因而不宜用于大功率传动。带传

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六自由度工业机器人设计

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。

工业机器人论文

编号： 目录 摘要 (3) 1引言 (3) 2工业机器人技术现状与发展 (3) 2.1工业机器人技术概念 (3) 2.2工业机器人技术发展现状 (3) 2.3技术发展趋势 (5) 3外工业机器人现状 (5) 4国内工业机器人现状 (6) 5工业机器人市场现状 (8) 5.1工业机器人的需求情况 (8) 5.2工业机器人的销售情况 (8) 5.3国内工业机器人的市场特征 (9) 6工业机器人产业未来发展 (9) 7结语 (10) 参考文献 (11)

摘要：机器人的应用越来越广泛，需求越来越大，其技术研究与发展越来越深入。这将提高社会生产率与产品质量，为社会创造巨大的财富！ Abstrent：The application of robot has been more and more widely used and the require is bigger and bigger．Its research and development becomes deeper and deeper．This will improve the effective of society and the quality of production．Also it will make great poverty for the society． 关键词：工业机器人技术、市场需求、技术应用、研究进展、发展趋势 一、引言 工业机器人诞生于20世纪60年代,在20世纪90年代得到迅速发展,是最先产业化的机器人技术。它是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术,是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域。它的出现是为了适应制造业规模化生产,解决单调、重复的体力劳动和提高生产质量而代替人工作业。在我国,工业机器人的真正使用到现在已经接近20多年了,已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变,促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国改革开放的逐渐深入,国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击,因此,掌握国内工业机器人市场的实际情况,把握我国工业机器人的相关技术与研究进展,显得十分重要。 二、工业机器人技术现状与发展 2.1工业机器人技术概念 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、可重复编程、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。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

机器人大作业

IRB1600型机器人的运动学分析及仿真

目录 1.引言................................................................................................................ - 2 - 1.1 ABB公司简介.................................................................................... - 3 - 1.2ABB发展历史 .................................................................................... - 4 - 2. IRB1600 ........................................................................................................ - 5 - 2.1 IRB1600的资料................................................................................. - 6 - 2.2建立基于D-H方法的连杆坐标系 ................................................... - 8 - 2.3建立六自由度点焊机器人的运动学方程....................................... - 10 - 3. 虚拟样机的建立........................................................................................ - 12 - 3.1 导入.................................................................................................. - 12 - 3.2 添加约束副...................................................................................... - 13 - 3.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真 ............................................. - 14 - 4. 结语............................................................................................................ - 18 - 5. 参考资料.................................................................................................... - 19 -

机器人测控技术大作业

机器人测控技术 大作业 题目: 电气工程学院 学院名称：电气工程学院 专业班级：自动 学生姓名： 学号： 2015 指导教师：张世杰

考虑如图1所示的双关节刚性机械臂，试分析以下问题： 图1 双关节机械臂示意图 （1） 用D-H 建模法建立上述机械臂的运动学方程； （2） 忽略重力、摩擦力和干扰项的情况下，建立该机械臂的动力学 方程； （3） 如果取11l =，20.8l =，120.5m m ==，初始状态： 11220.100.10q q q q ???? ????????=?????????? ?? 试设计一个PD 控制器，让其跟踪一条如下指定的曲线： 12sin 2sin 2d d q t q t ππ=?? =?，并利用Matlab 中给出仿真结果。 解： Y 0 X 0 X 1 Y 1 X 2 Y2

①建立坐标系 a 、机座坐标系｛0｝ b 、杆件坐标系｛i ｝ ②确定参数 d i ——相邻坐标系x 轴之间的距离； θi ——相邻坐标系x 轴之间的夹角； l i ——相邻坐标系z 轴之间的距离； αi ——相邻坐标系z 轴之间的夹角。 ③相邻杆件位姿矩阵 M 01=Rot(z,θ1)·Trans(l 1,0,0) = 1 00 01000011 011θθθθc s s c - 1 000010000101 l 001 = 1 01001 1011 1 1011θθθθθθs L c s c L s c - 同理可得： M 12=Rot(z,θ2)·Trans(l 2,0,0) = 1 01002 20222 2022θθθθθθs L c s c L s c - M 23（h ）=Rot(z,θ3)·Trans(l 3,0,0) = 1 01003 30333 3033θθθθθθs L c s c L s c -

工业机器人设计方案

工业机器人设计方案 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。在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。工业机器人机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。工业机器人机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 目录 1.工业机器人特点有以下几个 2. 工业机器组成结构及工作原理 3.工业机器人有哪些 1.工业机器人特点有以下几个

(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性启动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器(手爪、工具等)便可执行不同的作业任务。(4)工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外部环境信息的各种传感器，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。因此，机器人技术的发展必将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用水平也可以验证一个国家科学技术和工业技术的发展水平。

机器人视觉大作业

机器人视觉论文 论文题目：基于opencv的手势识别院系：信息科学与工程学院 专业：信号与信息处理 姓名：孙竟豪 学号：21160211123

摘要 文中介绍了一种易于实现的快速实时手势识别算法。研究借助计算机视觉库OpenCV和微软Visual Studio 2008 搭建开发平台，通过视频方式实时提取人的手势信息，进而经二值化、膨胀腐蚀、轮廓提取、区域分割等图像处理流程甄别出当前手势中张开的手指，识别手势特征，提取出人手所包含的特定信息，并最终将手势信息作为控制仪器设备的操作指令，控制相关设备仪器。 0、引言 随着现代科技的高速发展及生活方式的转变，人们越发追求生活、工作中的智能化，希望享有简便、高效、人性化的智能操作控制方式。而伴随计算机的微型化，人机交互需求越来越高，人机友好交互也日益成为研发的热点。目前，人们已不仅仅满足按键式的操作控制，其目光已转向利用人体动作、表情变化等更加方便、友好、直观地应用智能化交互控制体系方面。近年来，国内外科学家在手势识别领域有了突破性进展。1993 年B．Thamas等人最先提出借助数据手套或在人手粘贴特殊颜色的辅助标记来进行手势动作的识别，由此开启了人们对手势识别领域的探索。随后，手势识别研究成果和各种方式的识别方法也纷然出现。从基于方向直方图的手势识别到复杂背景手势目标的捕获与识别，再到基于立体视觉的自然手势识别，每次探索都是手势识别领域内的重大突破。 1 手势识别流程及关键技术 本文将介绍一种基于 OpenCV 的实时手势识别算法，该算法是在现有手势识别技术基础上通过解决手心追踪定位问题来实现手势识别的实时性和高效性。 基于 OpenCV 的手势识别流程如图 1 所示。首先通过视频流采集实时手势图像，而后进行包括图像增强、图像锐化在内的图像预处理，目的是提高图像清晰度并明晰轮廓边缘。根据肤色在 YCrCb 色彩空间中的自适应阈值对图像进行二值化处理，提取图像中所有的肤色以及类肤色像素点，而后经过膨胀、腐蚀、图像平滑处理后，祛除小块的类肤色区域干扰，得到若干块面积较大的肤色区域; 此时根据各个肤色区域的轮廓特征进行甄选，获取目标手势区域，而后根据目标区域的特征进行识别，确定当前手势，获取手势信息。

机器人课程考核大作业-2013年概要

《机器人技术基础》课程考核大作业 一、进行课程学习考核(大作业形式的目的: 工业机器人系统设计是专业选修课的一个理论与实践相结合的教学环节,是机械类基础课程的延伸,可以巩固和加强机械类基础课程学习和工程应用知识的拓展,可以为毕业设计和就业工作打下良好基础,其目的是: 1、通过资料查询与整理,联系生产实际,运用所学过的知识,使学生得到对课题的论证与分析、问题解决对策、自主学习、团队合作等能力的培养。 2、利用机械类的前序课知识,学会并掌握工业机器人系统设计的特点及方法,学会并掌握工业机器人系统设计中“总体方案设计” 、“参数设计” 、“组成机构原理与分析” 、“机械结构装置设计” 、“控制系统设计”等方面的一般方法和技术要求。 3、加强机械设计中基本技能的训练, 如:设计计算能力, 运用有关设计资料、设计手册、标准、规范及经验数据的能力,以及机械、电气系统的综合运用能力。 二、同学可以选择的课题领域: 1. 玻璃、陶瓷加工业用的工业机器人 2. 化学工业中应用的工业机器人 3. 建筑行业应用的工业机器人 4. 塑料工业中应用的工业机器人(如:装配、搬运 5. 用于包装工业的工业机器人 6. 电气和电子工业中应用的工业机器人:工件搬运和存放的工业机器人 7. 特殊行业应用的工业机器人(如:医疗、残疾、家庭

8. 用于金属生产和加工的工业机器人 9. 用于木加工业的工业机器人:木加工行业装配和搬运的工业机器人 10. 用于食品供应和加工的工业机器人:食品工业中的装配和搬运的工业机器人 11. 承担复杂机具搬运任务的工业机器人 12. 搬运和托盘堆码应用的工业机器人 13. 普通机械制造领域的装配和搬运作业的工业机器人 14. 用于机床上下料件的工业机器人 15. 用于粘接和密封的工业机器人 16. 用于金属生产和加工的工业机器人 17. 锻冶场所装卸的工业机器人 18. 金属生产和加工业的装配和搬运的工业机器人 19. 用于压铸和注模成型机装卸的工业机器人 三、设计内容与要求: 1.介绍所选工业机器人系统的组成及各部分的关系,理解其机、电组成系统的要求(包括:需求分析、功能分析与分解、功能求解与集成、设计方案的形成、方案的评价等,掌握工业机器人系统方案设计的主要进程以及各阶段的主要工作内容,初步领会工业机器人系统的设计方案及一般程序。 2.介绍工业机器人系统的总体设计的概念及一般过程,包括明确总体布局设计的内容, 掌握总体布局设计的要求,以及确定主要的技术参数、总体设计图的内容。

工业机器人毕业设计

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

机器人技术大作业

可编辑版 《机器人技术》大作业 （2015年秋季学期） 题目工业机器人概述 姓名 学号 班级 专业机械设计制造及其自动化 报告提交日期2015年12月5日 哈尔滨工业大学 .

内容及要求 1.以某种机器人(如搬运、焊接、喷漆、装配等工业机器人；服务机器人； 仿生鱼、蛇等仿生机器人；军用及其它机器人等)为例，撰写一篇大作业，题目自拟，以下内容仅作参考： 1) 机器人的机械结构设计(包括各部分名称、功能、传动等)； 2) 机器人的运动学及动力学分析； 3) 机器人的控制及轨迹规划； 4) 驱动及伺服系统设计； 5) 电气控制电路图及部分控制子程序。 2.题目自拟，拒绝雷同和抄袭； 3.参考文献不少于7篇，其中至少有2篇外文文献； 4.报告统一用该模板撰写，字数不少于5000字，上限不限； 5.正文为小四号宋体，1.25倍行距；图表规范，标注为五号宋体； 6.用A4纸单面打印；左侧装订，1枚钉； 7.提交打印稿及03版word电子文档，由班长收齐。 8.此页不得删除。 评语： 成绩（20分）：教师签名： 年月 日

工业机器人概述 机器人学是当今世界极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多种学科。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已经成为人类的好帮手。在航空航天，深海探测中，往往使用机器人代替人类去完成复杂的极限工作任务。 工业机器人是一个多功能、多自由度的机械和电气一体化的自动机械设备和系统，它可以在制造过程中完成各种任务。它结合制造主机或生产线，可以形成一个单一的或多台机器自动化系统，在无人参与下，实现搬运、焊接、装配和喷涂等多种生产作业。目前，工业机器人技术飞速发展，在生产中的应用日益广泛，已成为现代制造业重要的生产高度自动化设备。 一、工业机器人特性 自20世纪60年代美国第一代机器人的开始，工业机器人的发展和应用迅速发展起来，工业机器人的最重要的特性概括如下。 1、可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人能根据工作环境不同、做出相应规划和变化，因而在小批量多品种的高效柔性制造过程可以起到很好的作用，是柔性制造系统（FMS）的重要组成部分。 2、拟人化。工业机器人在机械结构上类似于人体行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪和部分，在控制上有计算机类似大脑。此外，智能工业机器人具有许多类似生物传的感器，如皮肤接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声传感器、语言功能等。该传感器提高了自适应能力。 3、通用性。除了专门的特种工业机器人外，一般工业机器人在执行不同任务时具有很好的通用性。例如，更换工业机器人末端执行器（夹具、工具等）可以执行不同的任务。 4、机电一体化。工业机器人技术涉及的学科相当广泛，但总结起来就是是机电一体化技术。第三代智能机器人不仅具有获取外界环境信息的能力，而且具有记忆、语言理解、图像识别、推理和判断等能力，这与微电子技术、特别是计算机技术的应用有着密切的关系。因此，机器人技术的发展将带动其他技术的发展，机器人技术的发展和应用也可以验证一个国家科技和工业技术的发展和水平。 二、工业机器人组成 工业机器人系统由三大部分和六个子系统组成。三大部分：机部分、传感部分、控制部分。六个子系统：驱动系统、机械结构系统、感觉系统、机器人环境交互系统、人机交互系统、控制系统。 1、驱动系统，要使机器人运行起来，就需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统；可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动

机器人技术大作业

大作业：PUMA 机器人 1. 坐标系建立 利用D-H 参数法建立坐标系： 2．D-H 参数表 关节 i θ(?) i α(?) i l i d 运动范围 1 90 -90 0 0 -160°~160° 2 0 0 a 2 d 2 -225°~45° 3 90 90 -a 3 0 -45°~225° 4 0 -90 0 4d -110°~170° 5 0 90 0 0 -100°~100° 6 6d -266°~266° 3. 正运动学推导

3.1变换矩阵求取 1 i-1i 11Rot(,) Trans(0,0,d ) Trans(l ,0,0) Rot(,) = 00 1i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i c s c s s l c c c c c s l s A z x s c d θθαθαθθ θαθαθθααα----????-? ?=?????? 列各D-H 变换矩阵如下： 110101010010000 01-????? ?=??-? ???c s s c A 2212222 02220200 10 001c s a c s c a s A d -??????=?? ???? 33233 03 3303301000001c s a c s c a s A -?? ??--??=?? ? ? ?? 344404040400100001-??????=??-????c s s c A d 45 50 5 0505001000001c s s c A ????-??=?? ?? ?? 5666-6 066000010 001c s s c A d ?? ????=?? ???? 注：为书写方面，本文中cos ,sin i i ci si θθ== 又由00123456123456T A A A A A A =?????，利用Matlab 进行符号运算，运行程序PUMAzhengyundongxue （程序详见附录）得： ??????? ?? ???=10 0060 pz az sz nz py ay sy ny px ax sx nx T 其中 - c6*(s5*(c1*c2*s3 + c1*c3*s2) + c5*(s1*s4 - c4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3))) - s6*(c4*s1 + s4*(c1*c2*c3 - c1*s2*s3))s6*(c1*c4 - s4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)) - c6*(s5*(c2*s1*s3 + c3*s1*s2) nx ny == - c5*(c1*s4 + c4*(c2*c3*s1 - s1*s2*s3)))s4*s6*(c2*s3 + c3*s2) - c6*(s5*(c2*c3 - s2*s3) + c4*c5*(c2*s3 + c3*s2))nz ??? ??? ?=??

工业机器人设计与实现毕业设计

工业机器人毕业设计 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

1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据

工业机器人课程设计

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

哈尔滨工业大学机械课程机器人技术课程大作业

机器人技术课程作业——PUMA机器人 如上图所示的PUMA机器人，要求实现右图所示的运动，求解： ①建立坐标系； ②给出D-H参数表； ③推导正运动学、逆运动学； ④编程得出工作空间。 解： ①建立坐标系 a、建立原始坐标系

b、坐标系简化 ②给出D-H参数表 a、PUMA机器人的杆件参数 d0.6604m，1 d 0.14909m， 2 d 0.43307m， 4 d 0.05625m 6 a 0.4318m，a3 0.02032m 2 b、D-H参数表 关节i i i L i d i 运动范围 1 90 0 0 0 -160 o~160o o o 2 0 -90 0 d2 0.14909m -225 ~45 3 -90 0 a2 0.4318m 0 -45 o ~225o 4 0 -90 a3 0.02032m d4 0.43307m -110 o ~170o 5 0 90 0 0 -100 o ~100o 6 0 -90 0 d6 0.05625m -266 o ~266o

③推导正运动学、逆运动学 a、正运动学推导 c s0a i i i 1 由式i1 T i s c c c s d s i i1i i1i1i i1 s s c s c d c i i1i i1i1i i1 可得：0001 c s 1100c s 22 00c s0a 332 0 T 1s c 00 11 0010 1 T 2 001 d 2 s c 22 00 2 T 3 s c 00 33 0010 000100010001 c s0a 443 c s 55 00c s 66 00 3 T 4001 d 4 s c 44 00 4 T 5 0010 s c 55 005T 6 0010 s c 66 00 000100010001 由0012345 T T T T T T T，得机械手变换矩阵： 6123456 n o a p x x x x 0 T 6n o a p y y y y n o a p z z z z 0001 n c(c c c c s s c)s c s c c c s s s c s x236541641236516541641 n c(c c c s s s s)s c s s c c s c s c c y236541641236516541641 n s(c c c s s)c c s z23654642365 o c(s c c c c s c)s s s c s c s s c c s x236541641236516541641 o c(s c c s c s s)s s s s s s c c c c c y236541641236516451641 o s(s c c s s)c c s z23654642365 a c s c c s c c s s s x235412351541 a c s c s s c s s s c y235412351541 a c c s s c z2352354

工业机器人设计说明书

目录 1. 设计背景 (2) 2. 设计思路 (3) 3. 设计方案 (7) 4. 循环动作 (8) 5. 设计心得体会 (9) 6. 参考文献 (10) 1. 设计背景 随着社会的进步和科技的发展, 机器人产品开始进入到生产过程和日常生活中, 各种类型的机器人在特定的工作环境下发挥着越来越重要的作用。但是目前对于移动式机器人多采用轮式移动机构, 在适应复杂地形时无法满足路况的要求, 由此设计一种灵活的、行走平稳和对路况适应性强的机器人成为解决此类问题的关键。 （1）为了对工业生产进一步了解，了解机器人工作原理 （2）由于组装复杂要求实践性更强，这样提高学生动手能力在传统实验里，主要是课程中的具体原理或理论的验证性实验，如机械原理中齿轮范成实验，主要是为了验证齿轮的加工原理；再如机械设计中的带传动实验主要是为了验证带传动中的两个重要的现象——弹性滑动和打滑。这些传统型实验对学生更好的理解课本的理论知识有很大的帮助，具有课本结合性强的特点。

（3）安装过程中应用知识面更广，培养综合素质实验的内容涉及面极广，不仅包括传统机械相关的实验内容，而且还涉及到了电动机、自动控制、软件编程（慧鱼公司自带的编辑软件）等多学科的知识，最重要是它能够把这些很好地知识结合起来，并体现到某个模型中。 （4）组建灵活性大，可以自行设计装配创新性高，增加学生研究性思维而在慧鱼实验中，学生不仅可以对教具所提供的样本模型进行验证式实验（通过这些模型实验可以使学生掌握机械、电子和自动化等的相关知识），而且可以把这些不同模型的特点结合起来，进行自主设计，设计出新的作品来，因此慧鱼实验具有较高的创新性。 2. 设计思路 该机器人的工作空间形式主要有四个自由度的运动和机械手的 夹松运动。 1.机械手的夹紧运动（如下图所示） 机械手结构简图

机器人大作业

自动喷涂机器人 B09113 组长：李子浩20094011315 组员：王国锋20094011329 李广建20094011319 郑宗浩20094011338

一、自动喷涂机器人的好处 自动喷涂机因其喷涂质量好，喷涂表面质量稳定，工人劳动条件好，能降低动力消耗，价格适中等特点深受中小规模汽车涂装线青睐而广泛被采用。然而，随着我国汽车T．业的高速发展．对汽车产品产量和质量提出了更高的要求，现有自动喷涂机大多存在控制精度不够、柔性低、喷涂轨迹单一化、浪费油漆等缺点，已经不能适应当前汽车生产的柔性化和订单生产模式，严重制约了当前汽车工业的发展。相对于自动喷涂机，喷涂机器人具有如下显著优点： 1轨迹灵活，可完成车身内表面和外表面的喷涂任务，仿形喷涂轨迹精确，提高了涂膜的均匀性，降低过喷涂量和清洗溶剂的用量．提高材料的利用率，对环境保护也起到了一定的作用。 2柔性大，工作范围太，可实现多品种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡等车身混线生产。 3易操作和维护。可离线编程，大大缩短现场调试时间；模块化的设计可实现快速安装和更换元器件，极大地缩短维修时间。 4设备利用率高，往复式自动喷涂机利用率一般仅为40％～60％，而喷涂机人的利用率可达90％～95％。由于上述优点，喷涂机器人应成为汽车工业喷涂生产线的首选设备，然而由于我国工业机器人技术的局限，自主研发的喷涂机器人往往存在精度不够，控制能力低下的缺点，目前我国大多数汽车涂装生产线仍然在采用自动喷涂机设备，少数企业所采用的自动喷涂机器人大部分都是来自圜外的设备制造商(如ABB、安川等)，成套引进这些设备不仅价格昂贵，而且维护成本高，一旦设备出现故障，维修周期较长，更甚者有可能在维修期间导致整条生产线的停产，造成企业巨大的资源浪费和财产损失。因此实现自动静电涂装设备的国产化，提高对喷涂机器人的研究水平，打破国外厂商的技术垄断成为当前亟需解决的问题，这对于我国机器人产业以及汽车产业都具有重大意义。 二、国内近况 在国内，喷涂机器人的研究始于上世纪八九十年代，最早开始喷涂机器人研究的是北京机械工业自动化研究所机器人中心，从七十年代初就开始了工业机器人及其应用的研究，一方面做为我国工业机器人行业归口单位，长期代销国外的喷涂机器人，同时在国外喷涂机器人的基础上开展研究，并研发周边技术，在喷涂机器人产品中先后开发出PJ系列电液伺服喷涂机器人PJ．1、PJ．1A、PJ．IB、PJ-500和EP系列电动喷漆机器人EPS．500、EPR 一600等。近年来由于国内汽车制造业和大型的机械制造业的发展和需求，我国的许多汽车厂家和制造业公司也正在开发和研究适合自己的喷涂机器人。同时许多国外知名喷涂机器人厂家纷纷与国内企业合作或者在国内设立分公司。如MOTOMAN与国内首钢合作，生产和研发喷涂等工业机器人；ABB也在中国的上海和北京设立分公司，主要销售喷涂和非喷涂两类工业机器人。到目前为止，喷涂机器人己成为国内市场上最多，但国内自主研发和生产的喷涂机器人一般工作不够稳定，机器人重复精度低，使用寿命短，喷涂质量不理想，至今还未成功应用于汽车车身喷涂生产线。国内使用喷涂机器人的汽车制造厂家基本上都是采用国外的喷涂机器人，并且很多是照搬国外整条生产线，却普遍存在消化难、维修难、升级难等问题，从而难以真正发挥设备的作用，也有少数企业采用人工半自动喷涂，喷涂产品的质量难以保证，工人劳动强度大，而且涂料对人体健康有很大的损害，因而开发适合于国内生产实际的高精度的喷涂机器人系统显得非常迫切和必要。 三、我组经过细心讨论研究如下