六轴机器人系统设计

六轴机器人系统设计第一章六轴机器人总体方案的设计 ............................................................. .. (6)

1.1 六轴机器人的设计内容及要求 ............................................................. .. (6)

1.2 六轴机器人的总体设计 ............................................................. .. (6)

1.3 机器人腰部关节的设计 ............................................................. .. (8)

1.4 机器人肘部的设计 ............................................................. . (8)

1.5 机器人大小臂设计 ............................................................. . (9)

1.6 机器人腕部的设计 ............................................................. .. (10)

1.7 工业机器人驱动方式选择 ............................................................. .. (11)

1.4谐波减速器介绍 ............................................................. (13)

1.4.1 谐波齿轮减速器简介 ............................................................. . (13)

1.4.2 谐波减速器基本结构 ............................................................. . (13)

1.4.3 谐波减速器工作原理 ............................................................. . (14)

1.5 RV减速器介绍 .............................................................. (16)

1.5.1 RV 减速器简介 .............................................................. . (16)

1.4.2 RV减速器基本结

构 .............................................................. .. (17)

1.4.3 RV 减速器传动原理 .............................................................. . (17)

1.4.3 RV 减速器的主要性能特征 .............................................................. . (18)

1.4.4 RV 减速器的旋转方向和减速比 .............................................................. .. (19)

第二章机器人传动系统设计 ............................................................. .. (22)

2.1 机器人简单模型与静力学分析 ............................................................. (22)

2.2 伺服电机和减速器选型计算 ............................................................. . (24)

2.3 直齿轮的选择与校核 .............................................................

(29)

2.4 锥齿轮的选择与校核 ............................................................. . (34)

2.5 传动系统中其余齿轮设计校核 ............................................................. (38)

2.5 轴六的设计 ............................................................. .. (39)

2.6 轴承的校核 ............................................................. .. (43)

第三章谐波减速器的设计 ............................................................. (45)

3.1谐波齿轮减速器简要介绍和设计要求 ............................................................. . (45)

3.2 总体方案设计 ............................................................. . (45)

3.3 柔轮和刚轮材料的选择 ............................................................. (46)

3.3.1 柔轮材料选用 ............................................................. .. (46)

3.3.2 刚轮材料选用 ............................................................. .. (46)

3.3.2 凸轮材料选用 ............................................................. .. (46)

3.4 钢轮、柔轮、波发生器的设计计算与校核 (46)

3.4.1 各零件的几何尺寸计算 ............................................................. . (46)

第四章RV减速器的设计 .............................................................. . (50)

4.1 RV减速器的简要介绍和设计要求 ..............................................................

(50)

4.1.1 减速器概要 ............................................................. (50)

4.1.2 设计要求 ............................................................. . (50)

4.2行星齿轮与太阳轮的设计 ............................................................. (51)

4.2.3 齿轮模数的确定 ............................................................. . (51)

4.2.4 校核齿轮 ............................................................. . (52)

4.3减速器主体部分的设计计算 ............................................................. .. (54)

4.3.1 设计要求 ............................................................. . (54)

4.3.2 材料选择和热处理 ............................................................. (54)

4.3.3 设计计算 ............................................................. . (54)

4.3.4 轴承的选择与校核 ............................................................. (56)

第五章控制系统设计 ............................................................. .. (57)

5.1固高控制器简介 ............................................................. . (57)

5.2 软件开发平台 ............................................................. . (57)

5.3 硬件开发平台 ............................................................. . (58)

5.4电机控制系统的基本组

成 ............................................................. (59)

5.5 GUC-800 系列运动控制器模式应用 ............................................................. . (59)

第二章六轴机器人总体方案的设计

2.1 六轴机器人的设计内容及要求

六轴机器人在工业中有着广泛的应用，机器人的运动机构和运动控制系统是其核心部

分。本文也将这两者作为工作的重心。

主要设计内容：

（1）六轴机器人三维模型的建立。

（2）电机和减速器的选型计算。

（3）机械传动方案设计，设计计算并校核齿轮、轴、轴承等

（4）减速器的设计

（5）控制系统的简单设计

2.2 六轴机器人的总体设计

（1）机器人的机械部分设计主要包括传动系统设计、电机选型和减速器的选型设计。

机构本体主要包括腰部、大臂、肘关节、小臂和腕部。

本文在设计过程中，参考了埃夫特公司的 ER50-C20 系列机器人。机器人机械系统图如图2.1所示

（2）机器人的工作空间如图 2.2所示

2.3 机器人腰部关节的设计

机器人腰部主要包括底座、基座两个结构件和减速部件，底座一般用地脚螺栓固定在

地面上或用螺栓固定在其他的工作平台上，底座的尺寸要尽量大一点，使其能够承受较大

的倾覆力矩，底座结构上为中空的圆台，利于各种电缆等从中经过；基座为支撑连接大臂

的结构件，也承担着上方的所有重量，故其强度要考虑进去；减速部件为电机加减速器，

将电机的高速低扭转为低速高扭。本文设计的腰部如图 2.3所示

2.4 机器人肘部的设计

机器人肘部主要是电机 4、5、6 的输出与轴 4、5、6的第一段传动的齿轮箱和其中的

各传动部件，其设计要求与普通的减速器类似。本文设计的肘部关节如图 2.4所示。

2.5 机器人大小臂设计

机器人大臂设计应满足强度条件，原则上应对其进行静力学和动力学特性分析，本文由于时间缘故，未做有限元分析，大小臂的设计是参考市场上已有产品进行设计，大臂设计中，也应留有布线的空间；因小臂同时也是轴 4，故小臂的设计应为中空轴，轴 5 和轴六从其中穿过；大小臂上还应设计用于吊装的部分，本文设计的是打有螺纹孔的凸出块，吊装时用吊装用螺钉和吊索实现。本文设计大臂和小臂如图 2.5和2. 6所示。

工业机器人控制系统组成及典型结构

工业机器人控制系统组成及典型结构一、工业机器人控制系统所要达到的功能机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： 1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。二、工业机器人控制系统的组成 1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32 位、64 位等如奔腾系列CPU 以及其他类型CPU 。 2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的 CPU 以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 3、操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。 4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。 5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。 6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。 7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。 8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10 、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11 、网络接口 1) Ethernet 接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC 通信，数据传输速率高达 10Mbit/s ，可直接在PC 上用windows 库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP 通信协议，通过Ethernet 接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。

浅析六轴工业机器人的控制方式及特点

浅析六轴工业机器人的控制方式及特点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装置，它能自动执行工作，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。 6轴工业机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散(级)式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力(力矩)控制。 6轴工业机器人的特点主要有以下几方面： (1)可编程：6轴工业机器人Biggist特点是柔性启动化，柔性制造系统中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，适合于小批量多品种具有均衡率的柔性制造生产线的应用。 (2)拟人化：6轴工业机器人结合机器人与人的特点。在6轴工业机器人的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。其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：一般6轴工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。当然也有的工业机器人。 4)机电一体化：6轴工业机器人是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。工业机器人具有各种传感器可以获取外部环境信息，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。六轴关节工业机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了，整个工业机器人的研发制造体系较为完善，各研发厂家在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新。博立斯多年来坚持投入研发、生产各类自动化设备，其中包括：数控车床机械手、上下料机械手、机床机械手、冲压机械手、6轴工业机器人、4轴工业机械手、多轴工业机器人等。多年来不断推陈出新，研发生产的自动化设备帮助许多企业解决了生产难题，备受企业的喜爱。

工业机器人的运动轨迹

专题综述课程名称工业自动化专题题目名称工业机器人的运动轨迹学生学院____ _ 自动化________ 专业班级___ _ _ 学号学生姓名___ _ _ 指导教师_____ _____ 2013 年 6月 27日

工业机器人的运动轨迹综述【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的路径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反馈信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进行追踪与动作修正。【关键词】：工业机器人，视觉，路径跟踪，轨迹规划，高精度 1.机器人视觉，运动前的准备实际的工业现场环境复杂，多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准，从而实现精确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。 1.1基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测建立的工业机器人单目视觉系统，整个系统主要由单目视觉单元，监控单元和机器人执行单元三大单元组成。单目视觉单元为一台固定在机器人上方的CCD摄像机，负责摄取工作环境中的目标并存入图像采集卡缓冲区；监控单元负责监控各工作站的当前状态，并完成对存储图像进行相关处理的工作，达到识别定位目标的目的；执行单元负责驱动机械手实施抓取操作。 1.2基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测以立体视觉理论为基础，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型基础上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案．对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进行了检测。结果表明，该检测方法简单实用，基本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。 1.3一种面向工业机器人智能抓取的视觉引导技术研究为实现工业机器人自主识别并抓取指定的目标，提出了一种基于计算机视觉引导的解决方法。该方法利用指定目标的3D数据模型，以及由两台或者多台CCD摄像机从工作场景中不同角度获；取到的数字图像，经过目标姿态估算、投影计算并生成投影图像，再利用投影

喷漆机器人控制系统方案设计

喷涂机器人控制系统初步方案一、控制系统组成框图本控制系统采用了以PC104为核心，以步进电机驱动网为低层控制通道的开放式控制器。下图是整个控制系统的组成框图。

二、PC104模块选型采用PC104是因为它有如下特点：结构小巧紧凑, 仅96 mm ×90 mm面积内集成了PC 机所有功能；采用自栈接的母线结构，级联牢固，易于扩充；整机功耗低；兼容性好，可以借鉴PC机成熟技术；外设丰富，应用简单。本控制系统PC104模块选用研华PCM-3343F。其组成如下：核心模块DM&P V ortex86DX 的高性能低功耗CPU 模块，CPU 速度1.0 GHz，带有浮点运算单元，在板集成了256MB DDR2 SDRAM（最大可支持512MB）、显示控制器（支持LCD显示，最高分辨率为1024×768），以太网控制器等。带有PA TA硬盘接口1个，PC104扩展插槽1个，KB/MS插槽1个，USB2.0接口4个，16位GPIO口，RS-232接口3个，RS-232/422/485接口1个。选择该嵌入式主板时，应注意： 1）购买时，要求将系统内存升级到512MB； 2）购买时，要求配齐以下配件： ①键盘及鼠标的接口线共2根（编号及图片如下）； p/n: 1703060053p/n: 1700060202 ②VGA接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1700000898

③US B×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1703100260 ④RS-232×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701200220 ⑤RS-422/485接口线1根（编号及图片如下）；p/n: 1703040157 ⑥IDE接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701440350 ⑦外接Li电池1个（编号及图片如下）； p/n: 1750129010

机器人控制技术论文

摘要为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

目录摘要.......................................................... I 第1章绪论................................................ - 1 - 1.1机器人控制系统 (1) 1.2机器人控制的关键技术 (1) 第2章机器人PID控制...................................... - 2 - 2.1PID控制器的组成 (2) 2.2PID控制器的研究现状 (2) 2.3PID控制器的不足 (3) 第3章 PID控制的原理和特点 ................................ - 4 - 3.1PID控制的原理 (4) 3.2PID控制的特点 (5) 第4章 PID控制器的参数整定 ................................ - 5 -后记...................................................... - 6 -

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述

一、前言 1.课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1课题研究的意义随着机器人在工业装配线的应用越来越广泛，工业环境对其控制系统的要求也越来越高，所以开放式机器人控制系统的设计具有工程实际意义。课题以一四自由度关节型机器人研制为背景，设计机器人运动控制系统的硬件电路和软件结构，对机器人的运动控制电路进行设计，实现机器人按照预定轨迹或自主运动控制功能。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： ①以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 ②以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 ③可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作。而具有开放式结构的模块化、标准化机器人，其控制系统的研究无疑对提高机器人性能和自主能力，推动机器人技术的发展具有重大意义。 1.2国内外研究现状和发展趋势随着机器人控制技术的发展，针对结构封闭的机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。近几年，日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器，如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器。我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项。由于适用于机器人控制的软、硬件种类繁多和现代技术的飞速发展，开发一个结构完全开放的标准化机器人控制器存在一定困难，但应用现有技术，如工业PC

机器人与自动化技术

机器人与自动化技术 “机器人、无处不在的屏幕、语音交互，这些都将改变我们看待‘电脑’的方式。一旦看、听、阅读能力得到提升，你就可以以新的方式进行交互。”----比尔?盖茨在某电视节目中，预测未来科技领域的下一件大事时表示：机器人与自动化技术将成为未来发展的一大趋势，可以改变世界！工业机器人的应用，正从汽车工业向一般工业延伸，除了金属加工、食品饮料、塑料橡胶、3C、医药等行业，机器人在风能、太阳能、交通运输、建筑材料、物流甚至废品处理等行业都可以大有作为。当然，即将“改变世界”的机器人不仅仅具有代替人工的价值，在很多人类无法实现的领域也将出现机器人的身影。譬如，派送采矿机器人到月球和小行星上采挖稀土矿，将有望成为现实。而更令比尔?盖茨寄予厚望的是机器人将像“电脑”一样改变人类的生活。日本早稻田大学研究人员推出一种新型仿人型家务机器人。它集安全性、可靠性和灵巧性于一身，还具有仿人脸的外观。在工作时，它将一名男子抱下床，与他聊天并为他准备早餐。由于拥有和成年女性大小相当的灵巧双臂、双手，这种机器人能够用夹子将面包从面包机中取出，而丝毫不弄碎它。英国阿伯丁大学启动了一项新的研究计划，在3年内研发出允许机器人与人类进行交谈，甚至讨论具体决定的系统……。作为先进制造业中不可替代的重要装备，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。在机器人市场中，目前80%的市场份额仍由跨国公司占有，其中瑞典ABB、日本发那科FANUC、日本安川yaskawa和德国库卡KUKA四大企业则是市场第一梯队的“四大金刚”。其它有瑞士史陶比尔Staubli、德国克鲁斯CLOOS、德国百格拉、德国徕斯、德国斯图加特航空航天自动化集团（STUAA）、意太利瀚博士hanbs、意大利柯马COMAU、英国Auto Tech Robotics等。目前国内生产机器人的企业主要有：中科院沈阳新松机器人自动化股份有限公司、芜湖埃夫特智能装备有限公司、上海新时达机器人有限公司、安川首钢机器人有限公司、哈工大海尔机器人有限公司、南京埃斯顿机器人工程有限公司、广州数控设备有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司等。 2015年，中国机器人市场需求预计将达35000台，占全球比重16.9％，成为全球规模最大的市场。一、机器人的系统构成由3大部分6个子系统组成。 3大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。 6个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。

六轴工业机器人实验报告

六轴工业机器人模块实验报告姓名：张兆伟班级：13 班学号：30 日期：2016年8月25日

六轴工业机器人模块实验报告一、实验背景六自由度工业机器人具有高度的灵活性和通用性，用途十分广泛。本实验是在开放的六自由度机器人系统上，采用嵌入式多轴运动控制器作为控制系统平台，实现机器人的运动控制。通过示教程序完成机器人的系统标定。学习采用C++编程设计语言编写机器人的基本控制程序，学习实现六自由度机器人的运动控制的基本方法。了解六自由度机器人在机械制造自动化系统中的应用。在当今高度竞争的全球市场，工业实体必须快速增长才能满足其市场需求。这意味着，制造企业所承受的压力日益增大，既要应付低成本国家的对手，还要面临发达国家的劲敌，二后者为增强竞争力，往往不惜重金改良制造技术，扩大生产能力。机器人是开源节流的得利助手，能有效降低单位制造成本。只要给定输入成值，机器人就可确保生产工艺和产品质量的恒定一致，显著提高产量。自动化将人类从枯燥繁重的重复性劳动中解放出来，让人类的聪明才智和应变能力得以释放，从而生产更大的经济回报。二、实验过程 1、程序点0——开始位置把机器人移动到完全离开周边物体的位置，输入程序点 0。按下手持操作示教器上的【命令一览】键，这时在右侧弹出指令列表菜单如图：按手持操作示教器【下移】键，使{移动 1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动 1}子列表，MOVJ 变蓝后，按下【选择】键，指令出现在命令编辑区。修改指令参数为需要的参数，设置速度，使用默认位置点 ID 为 1。（P1 必须提前示教好）。按下手持操作示教器上的【插入】键，这时插入绿色灯亮起。然后再按下【确认】键，指令插入程序文件记录列表中。此时列表内容显示为： MOVJ P=1 V=25 BL=0 （工作原点） 2、程序点1——抓取位置附近（抓取前）位置点1必须选取机器人接近工件时不与工件发生干涉的方向、位置。（通常在抓取位置的正上方）按下手持操作示教器上的【命令一览】键按手持操作示教器【下移】键，使{移动 1}变蓝后，按【右移】键，打开{移动 1}子列表，MOVJ

六轴工业机器人控制系统探究

高新技术中国新技术新产品- 1 - 随着机器人技术的发展，在现代工业生产中，机器人发挥着越来越重要的作用，改变了传统的生产和生活方式。引起了世界各国的广泛关注。工业机器人由机器人控制系统和机器人本体两部分组成，一般工业计算机使用Windows操作系统，但是却无法满足工业机器人实时性控制要求。国内的运动控制器主要采用三种方案。方案一：A R M （l i n u x ）+D S P + F P G A ，核心运算在D S P 实现，A R M （linux）里面实现人机交互。例如广州数控采用本方案。方案二：PC（Windows）+DSP+ F P G A ，核心运算在D S P 实现，P C （Windows）里面实现人机交互。例如固高采用本方案。方案三：PC（Windows）+DSP+ F P G A ，核心运算在P C 实现，P C （Windows）里面实现人机交互。例如卡诺普采用本方案。本文研究了一种基于R T X （R e a l Time Extend）的工业机器人控制系统，在实时性、精度方面均有优势，可满足应用需要。一、工业机器人本体介绍我国自主研发的六轴工业机器人本体的驱动装置，采用的是交流伺服电机和减速器两种构件。六轴工业机器人的本体，主要包括回转机体、腕部、大臂和小臂等几部分。其中，全部关节都是转动关节。机器人的前三个关节，能够将末端工具送至任何空间位置，后三个关节能够满足不同工具姿态的要求。从结构上面来看，第1关节为数值方向旋转，属于六轴工业机器人腰部关节，底部底座位置安装着电机；第2关节相当于人体的肩关节，其轴线为水平方向，并且大臂缠绕此轴线之上；第3关节就是机器人的小臂和手腕，而第4关节为带动手腕旋转，第5关节做俯仰旋转运用，第6关节做旋转运用。 Windows系统属于多任务操作系统，可同时并行多项任务，系统核心层的任务调度器可调度用户线程。同时，Windows系统实现了一个由优先驱动的抢占式调度系统，通过配额的调整，根据时间进行调度。根据调度机制，在运行过程中，用户的程序如果超过了实时性的要求，即超过15ms，则可能需要等待更长时间才能得以处理。 Windows系统中的硬件采用的是两片级联的8259芯片，但是由于PCI分配中断资源属于常规中断，且由于BIOS运行属于实时模式，因此只有在保护模式下其才能够正常使用。这也就是说，目前系统中的中断实现还存在局限性，需要加以进一步开发和研究，完善系统中断实现，以更好适应机器人控制系统发展，满足其要求。基于此，本文探究了一种基于RTX 系统的六轴工业机器人控制系统。二、基于ＲＴＸ工业机器人控制系统结构介绍（一）RTX系统事实上，RTX是Windows系统内核体系的拓展和眼神，为系统提供实时解决方案，有效拓展了抽象层HAL，建立了一种独立内核驱动模式。RTX系统可将既有系统的线程间切换时间消耗，也只有短短的数微妙。系统结构图如图1所示。经过拓展的实时HAL，其RTX使用的是中断管理模式，而与Windows线程相比，RTX可实现实时线程严格调度管理，并且RTX线程也比其他系统的调度权要优越。同时，通过扩展的HAL， RTX还拥有自身的中断管理机制，可直接访问I/O硬件端口。因此，RTX的上述机制，可该系统始终保持优先权，而不被系统线程堵塞。RTX线程与Windows线程间，可实现共享内存数据，并由实时信号负责两部分的同步通信。RTX定时器精度，由运行环境来决定和设置，可达到0.2ms精度。（二）系统硬件结构分析六轴工业机器人系统结构包括三部分，即机器人手臂、电气控制箱和工业计算机。如图2所示。机器人手臂主要负责机器人操作，其可直接带动末端，控制和实现计算机的各种动作和操作。机器人手臂为全关节式，通过旋转运动可实现任何动作和姿态。而电气控制箱则是内里安装有伺服电动驱动器的部分，用于驱动机器人手臂关节，实现手臂关节的启停与运动。同时，这部分还包括各种保护电路、辅助电路和I/O电路等。六轴工业机器人控制系统探究汤嘉荣1，2 （1.广州数控设备有限公司，广东广州 510000；2.广州市广数职业培训学院，广东广州 510000）摘要：六轴工业机器人系统要求具有高实时性和高精度，本文研究了一种基于RTX的工业机器人系统。本文对工业机器人的结构做了准确介绍，重点分析了基于RTX的控制系统构架，并探究了其软硬件结构，在利用Windows界面功能和RTX实时处理能力，实现了开放、可扩展的六轴工业机器人系统。实践表明，这种工业机器人的点位和轨迹精度均满足生产需要，值得推广。关键词：工业机器人；控制系统；实时性；探究中图分类号：TP242 文献标识码：A 图1 RTX 系统结构图2

机器人分布式控制系统设计与实现

机器人分布式控制系统设计与实现 1引言目前,机器人系统的特点是开放式机器人控制,强调结构化、模块化、可扩展性、交互性,是对机器人设计结构单一、信息封闭、缺少交互性缺点的突破。分层分布式控制系统采用集中管理，分散控制方式，这种控制方法优点体现在：集中监控和管理，管理和现场分离，管理更加综合化和系统化；实现分散控制可使各功能模块的设计、装配、调试以及维护相互独立，系统控制的危险性分散，可靠性提高，投资减小；采用网络通信技术，可根据需要增加以微处理器为核心的功能模块，具有良好的系统开放性、扩展性和升级特性。本论文详细介绍了一种分层分布式控制系统的设计方案，系统由上到下分为主控中心决策层、车载PC运算层、下位机驱动子层以及位置反馈子层。主控中心决策层是系统的主层，可以是台式机或笔记本电脑，基于VC++编译环境设计的人机交互界面，满足友好、便于操作的要求，主控中心决策层的功能是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控；车载PC运算层为一台笔记本电脑，基于VC++编译环境设计了控制界面，通过无线网卡与主控中心决策层进行数据传输，采用面向连接可靠的TCP传输控制协议，保证数据传输的可靠性；下位机驱动子层和位置反馈子层是相互独立的功能模块，与车载PC运算层之间通过串口进行通信；下位机驱动子层是一个完整的直流电机闭环控制系统，包括CPU、控制芯片、驱动芯片以及增量式光电编码器；位置反馈子层通过CPU的I/O口和中断得到机器人车轮轴转角信息，结合机器人机械系统的实际尺寸计算机器人中心的实际位置信息，处理好的位置信息通过串口反馈给车载PC运算层。该控制系统应用在国家自然科学基金资助项目和国家重点基础研究发展计划973项目的移动机器人平台上，运动控制测试结果表明，分层分布式控制方式控制精度高，稳定性好，系统响应迅速；同时该控制系统具有超强的计算能力和二次开发潜力，根据项目研究需要可在各个子层进行分布式扩展，比如在下位机驱动子层和位置反馈子层的同级层中扩展传感器功能子层，增加机器人的智能。该控制系统为项目的实验工作奠定基础。 2分层分布式控制系统设计 1. 基于VC++的主控中心决策层设计主控中心决策层的作用是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控。基于VC++编译环境，采用模块化方法对人机交互系统进行设计，分为网络数据传输模块、运动参数输入模块、轨迹显示模块、视觉监控模块。如图

基于PLC的机器人自动控制系统设计

基于PLC的机器人自动控制系统设计基于PLC的机器人工作过程是以电磁阀部件为控制对象，以气缸方式驱动的一种特殊机器人运行装置。当中，对于PLC可编程序控制器的应用则是极为广泛与深入当中。应用PLC可编程序控制器进行机器人自动控制系统设计的最主要优势在于：编程操作简单、抗干扰性能突出、运行可靠性高、使用方便简单等特点。本文主要分析的方向是基于PLC的机器人自动控制系统设计操作，进一步确定该方面的可操作性以及进一步研究的价值。标签：PLC；机器人；自动控制系统；设计 1 引言在现代科学技术不断发展的背景之下，工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务，就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现。基于PLC的机器人装置主要采取关节式结构，能够实现对人体手臂部分的活动动作加以模拟，在自动控制系统下的预定程序、轨迹、以及要求作用下，实现包括零部件抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作。本文主要分析的方向是基于PLC的机器人自动控制系统设计操作，进一步确定该方面的可操作性以及进一步研究的价值。 2 目前基于PLC的机器人自动控制系统设计存在的问题基于PLC的机器人自动控制系统是现今提出的一个机器人控制探究方向，考虑PLC的主要原因是PLC的可调整性以及可控制性较强，是采用编程、输入指令的方式控制，操作相对简单，运行复杂性较低，安全性稳定性相对较高，基于PLC编程基础下的机器人自动控制系统设计结果直接具备PLC的优势，实用性较高，操作要求较低，运行连续性以及运行可靠性高，这对于机器人自动控制系统的进一步发展较为有利，有实际的促进作用[1]。基于PLC的机器人自动控制系统设计进展相对较为缓慢，主要原因包括技术方面的问题，PLC与机器人装置之间的衔接问题，实际情况探究问题，相关人才问题，为实际的发展机器人自动控制系统，需要对这些问题进行全面的分析，找出关键所在，技术方面的问题为机器人装置的种类较多，对于自动控制系统的要求不尽相同，对于PLC编程的调整要求较高，PLC编程操作相对简单，对于不同指令需要变化输入内容，对于自动控制系统设计类别较多而言进展的速度无法得到有效的提高；人才问题，即研究型人才、操作型人才、实验型人才以及技术型人才，人才的数量相对较为短缺，对于该方面人才的定义为需要全面的掌握了解PLC知识的全部，确定机器人自动控制系统的设计方向，对于机器人装置了解全面，对于机器人装置的相关技术以及原理有较为深入的了解分析，对于自动控制系统相关知识了解全面，同时掌握机器人自动控制系统的操作方法，对于机器人自动控制系统新技术以及新知识了解透彻，大部分工作人员没有达到以上

六轴机械臂控制系统软硬件平台开发研究.doc

六轴机械臂控制系统软硬件平台开发研究 2020年4月

六轴机械臂控制系统软硬件平台开发研究本文关键词：软硬件，控制系统，机械，开发，研究六轴机械臂控制系统软硬件平台开发研究本文简介：摘要伴随着工业机械臂在中小型加工制造企业的投入和使用，机械臂可以出色的完成重复性任务，显着地提升了工厂传统加工作业自动化水平，缩短了产品加工周期，有效地提高了工厂生产率及降低生产成本。因而，随着工业机械臂应用场景多样化的发展，苛刻的生产工况对机器人的体积、灵活度等方面提出了更高的要求。工业机六轴机械臂控制系统软硬件平台开发研究本文内容：摘要伴随着工业机械臂在中小型加工制造企业的投入和使用，机械臂可以出色的完成重复性任务，显着地提升了工厂传统加工作业自动化水平，缩短了产品加工周期，有效地提高了工厂生产率及降低生产成本。因而，随着工业机械臂应用场景多样化的发展，苛刻的生产工况对机器人的体积、灵活度等方面提出了更高的要求。工业机械臂控制系统正朝着开放性、模块化的方向发展，设计适应多种环境、性价比高，满足中小型加工工厂需求的机械臂运动控制系统势在必行。本文的主要目的为通过建立的分层结构的机械臂

控制系统软硬件平台，实现对工业机械臂的控制。主要的工作内容如下：（1）机械臂运动控制系统设计。系统采用PC+STM32二级控制体系结构，替代现有多核心架构，有效地降低研发成本，提高了系统结构稳定性，能对不同应用类型的机械臂控制方案进行快速实现。上位机运行基于Visual C++设计的上位机控制软件，实现了机械臂控制系统的运动控制、交互等功能。下位机为机器人控制器，采用STM32微处理器作为机器人控制器的主控芯片，主要负责机器人的运动控制，其中通过I/O接口向机器人伺服系统发送脉冲数量和频率，完成对机械臂伺服系统的控制，最终实现机器人关节联动控制。采用PID 控制算法，用来处理给定位置信息和实际位置信息偏差，降低位置控制误差，最终实现机械臂的正常运转并完成简单的动作的控制。（2）机械臂运动规划算法与位置控制策略研究。本文提出了机械臂关节速度连续运动规划方案，通过引入神经动力学方法到所提出的运动规划方案中，有效消除机械臂末端任务切换时关节速度跳变产生的位置误差，最后通过仿真验证所提运动规划方案的准确性。针对单轴机械臂伺服系统，设计了基于自适应反步法的机械臂伺服系统的位置控制策略，所设计的跟踪控制算法具有抗扰动性、快速性等优点，仿真验证其有效性。（3）完成对机械臂运动控制系统的联合调试和实验分析，所设计的控制系统能够实现机械臂本

六自由度机器人控制系统设计

1前言 1.1 焊接机器人的发展历史与现状现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。美国原子能委员会下属的阿尔贡研究所为解决可代替人进行放射性物质的处理问题，在1947年研制了遥控式机械手臂；1948年又相继开发了电气驱动式的主从机械手臂，从而解决了对放射性物质的进行远距离操作的问题。1954年，美国科学家戴沃尔最先提出工业机器人的概念，并申请了新的专利。其主要特点是借助伺服技术来控制机器人的关节，并利用人手对机械手臂进行动作示教，机械手臂能实现人物动作的记录和再现。这就是示教再现机械臂，现在所用的机械手臂差不多都采用这种控制方式。伴随着现代社会的发展，为了提高生产效率，稳定和提高产品的质量，加快实现工业生产机械化，改善工人劳动条件，已经大大改进了机械手臂的性能，并大量应用于实际生产中，尤其是在高压、高温、多粉尘、高噪音和重度污染的场合。焊接机器人的诞生可以追溯到上世纪70年代，是由日本发那科（FANUC）公司生产的小型机器人改进的，受限于当时的技术手段以及高昂的造价，使得当时的焊接机器人不能得到很好的应用。机械手臂是一种工业机器人，它由控制器、操作机、检测传感装置和伺服驱动系统组成，是一种可以自动控制、仿人手操作、可以重复编程、可以在三维空间进行各种动作的自动化生产设备。机械手臂首先是在汽车制造工业中使用的，它一般可进行焊接、上下料、喷漆以及搬运。它可代替人们进行从事繁重、单调的重复劳动作业，并且能够大大改善劳动生产率，提高产品的质量[1]。到了90年代初，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机，采用机器人的利润显然要比采用人工所带来的利大，使得焊机机器人得到了推广，同时技术的进步也使得焊机机器人技术得到很大提高。进入新世纪之后，由于各国对焊接机器人的不断重视，使得焊接机器人技术取得了很大的进步。同时由于其焊机精度及更低的生产成本，也使得它得到了越来越多的应用。目前，焊接机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻以及热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都还不能满足工业生产发展需要。在一些特殊的行业，使用它来代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间小等的不适于人工作业的环境。 1.2 焊接机器人发展趋势

六轴关节机器人机械结构

六轴关节机器人机械结构上图为常见的六轴关节机器人的机械结构,六个伺服电机直接通过谐波减速器、同步带轮等驱动六个关节轴的旋转,注意观察一、二、三、四轴的结构，关节一至关节四的驱动电机为空心结构，关节机器人的驱动电机采用空心轴结构应该不常见，空心轴结构的电机一般较大。采用空心轴电机的优点是：机器人各种控制管线可以从电机中心直接穿过，无论关节轴怎么旋转，管线不会随着旋转，即使旋转，管线由于布置在旋转轴线上，所以具有最小的旋转半径。此种结构较好的解决了工业机器人的管线布局问题。对于工业机器人的机械结构设计来说，管线布局是难点之一，怎样合理的在狭小的机械臂空间中布置各种管线（六个电机的驱动线、编码器线、刹车线、气管、电磁阀控制线、传感器线等），使其不受关节轴旋转的影响，是一个值得深入考虑的问题。机器人的腕部结构常见有如下几种结构:

在这三种手腕部的结构中,以第一种(RBR型)结构应用最为广泛,它适应于各种工作场合,后两种结构应用范围相对较窄,比如说3R型的手腕结构主要应用在喷涂行业等. 关节设计: 对于国外的工业机器人主要制造国家来说,六轴关节机器人的研发设计及制造已经有好几十年的历史了,整个工业机器人的研发制造体系较为完善,他们的技术相对来说比较成熟,他们在相互竞争中可以相互模仿、改善、不断推陈出新,他们的技术对于国内来说,近乎完美.而国内目前这个行业还处在黎明前的黑暗阶段,虽然有不少公司有这个研发意图,或者正在研发途中,不管怎么说,浮出水面公布自己正在研发或者研发成功的公司应该说是极少数,即使宣布自己研发成功,也只是初步试验成功,真正产业化、商品化还有一段相当漫长的路要走.而更多的公司还停留在项目立项、技术评估、投入风险分析的阶段.由于国内做这个行业的很少,相关的结构也没有什么可参考的,技术储备不足,少数的单位或个人有机会能够拆拆别人的机器,拆个一知半解,更多的人只能在旁边看看了(比如说我,想拆都没机会^_^),还好了,网络资源丰富,今搜集到不少机械结构方面的图片,分享给大家参考,希望咱们做机械设计的(我应该也算是个机械工程师啊^_^毕竟我也是做机械的)少走点弯路,做出更好的机器. 六轴关节机器人的腕部关节设计较为复杂,因为在腕部同时集成了三种运动.小型的六轴关节机器人的腕部关节主要采用谐波减速器.下面的图片较为详细的描述了常见的六轴关节机器人的腕部结构.

智能机器人控制系统

机器人的控制机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。智能机器人控制的关键技术关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。 (4)网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站

向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。 PID控制原理和特点在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。微分（D）控制

面向智能家居的机器人控制系统设计

摘要机器人技术涉及领域众多，包括电子、机械学、自动控制、传感器技术等，是一门多技术集合的领域。随着工业自动化在世界的飞速发展，移动机器人在生产生活中的地位逐渐提高。文章主要讲述了家庭机器人的设计过程，以及机械手的设计方案。以AT89C51 单片机作为本次设计核心，借助L298N电机控制芯片以完成对直流电机的控制，比如如何启停，如何改变方向，改变行驶速度。以应对移动机器人所需完成任务动作的要求。在如何选择合适的机器人设计中，采用了脉冲宽度调制技术对电机进行控制，为了达到期望值采用调节占空比大小来实现。关键词：智能家居机器人；AT89C51 单片机；L298N电机控制芯片；PWM控制；电机控制。 ABSTRACT Robot technology involves many fields, including electronics, mechanics, automatic control, sensor technology and so on. It is a field of multi technology collection. With the rapid development of industrial automation in the world, the position of mobile robots in production and life is gradually improving. This article mainly describes the design process of the family robot and the design plan of the manipulator. With the AT89C51 MCU as the core of this design, the control chip of L298N motor is used to control the DC motor, such as how to start and stop, how to change direction and change the speed of driving. In order to meet the requirements of mobile robot for completing tasks. In how to choose the suitable robot design, the pulse width modulation technology is used to control the motor. In order to achieve the desired value, the size of the duty ratio is realized. Key words：Screening manipulator；AT89C51 monolithic integrated circuit,；LN298 motor control chip,；PWM technology；motor control. 第一章绪论 1.1 智能家居机器人的发展现状机器人大家都不陌生，我们首先来谈谈移动机器人。移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。[12]随着传感器技术和自动控制技术的不断发展，机器人的性能得到不断提高。机器人的应用也不再局限与工业生产以及军事领域，它同时还广泛于民用领域，如除草、灌溉、导航、室内清洗和安全防范等等。

机器人控制系统详解

机器人控制系统详解如果仅仅有感官和肌肉，人的四肢并不能动作。一方面是因为来自感官的信号没有器官去接收和处理，另一方面也是因为没有器官发出神经信号，驱使肌肉发生收缩或舒张。同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也不能正常工作。原因是传感器输出的信号没有起作用，驱动电动机也得不到驱动电压和电流，所以机器人需要有一个控制系统，用硬件和软件组成一个的控制系统。机器人控制系统概念机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。机器人控制系统的功能要求 1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。机器人控制系统的主要种类控制系统的任务，是根据机器人的作业指令程序、以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成的运动和功能。假如机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。