工业机器人课程设计Word下载.doc

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二、机器人概述 4

三、机器人发展史 4

四、机器人技术的新进展 6

（一）、国外机器人的最新进展 6

1．工业机器人 6

2．先进机器人：

7

（二）、目前研究热点及发展趋势 7

五、洁净机器人设计概述（特别指出三维造型）

9

（一）、加湿器工作原理 9

（二）、吸尘器工作原理 10

（三）、机器人设计 10

1、整体设计 10

2、控制部分硬件设计 16

3、控制部分软件设计 18

4、概要设计 20

5、详细设计 25

6、电机PWM驱动 29

六、主要参考书目 33

一、摘要：

功业机器人在许多生产领域的使用实践证明，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

基于上述背景，在了解工业机器人（HP3）系统构成和在TVT-4000E柔性制造系统中应用的基础上，设计了工业机器人搬运货物的操作程序。

利用示教编程器NX100对HP3型工业机器人进行控制。

IndustrialrobotproductioninmanyareasoftheuseofPracticehasprovedthatnotonlycanimprovethequalityofproductsandproduction,andthesafetyofpersons,toimprovethelaborenvironment,reducelaborintensity,increasinglaborproductivity,savingrawmaterialconsumptionandlowerproductioncosts,andithasaveryimportantsignificance.Againsttheabovebackground,intheunderstandingoftheindustrialrobot（ABAS）andthesystemconstitutesTVT-4000Eflexiblemanufacturingsystembasedontheapplication,thedesignofindustrialrobotscargohandlingprocedures.UseforteachingprogrammingNX100rightABASindustrialrobotcontrol.

二、机器人概述

实用上，机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。

机器人可接受人类指挥，也可以执行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。

机器人执行的是取代或是协助人类工作的工作，例如制造业、建筑业，或是危险的工作。

机器人可以是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。

目前在工业、医学甚至军事等领域中均有重要用途。

现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。

一般说来，人们都可以接受这种说法，即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。

联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：

“一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；

或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。

”

三、机器人发展史

1920年捷克斯洛伐克作家卡雷尔·

恰佩克在他的科幻小说《罗萨姆的机器人万能公司》中，根据Robota（捷克文，原意为“劳役、苦工”）和Robotnik（波兰文，原意为“工人”），创造出“机器人”这个词。

1939年美国纽约世博会上展出了西屋电气公司制造的家用机器人Elektro。

1948年诺伯特·

维纳出版《控制论》，阐述了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律，率先提出以计算机为核心的自动化工厂。

1954年美国人乔治·

德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并注册了专利。

这种机械手能按照不同的程序从事不同的工作，因此具有通用性和灵活性。

1959年德沃尔与美国发明家约瑟夫·

英格伯格联手制造出第一台工业机器人。

随后，成立了世界上第一家机器人制造工厂——Unimation公司。

由于英格伯格对工业机器人的研发和宣传，他也被称为“工业机器人之父”。

1962年美国AMF公司生产出“VERSTRAN”（意思是万能搬运）,与Unimation公司生产的Unimate一样成为真正商业化的工业机器人，并出口到世界各国，掀起了全世界对机器人和机器人研究的热潮。

1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。

1965年约翰·

霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。

Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。

1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。

它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。

Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。

1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。

加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。

1973年世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国CincinnatiMilacron公司的机器人T3。

1978年美国Unimation公司推出通用工业机器人PUMA，这标志着工业机器人技术已经完全成熟。

1984年英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。

1999年日本索尼公司推出犬型机器人爱宝（AIBO），当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。

2002年美国iRobot公司推出了吸尘器机器人Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。

四、机器人技术的新进展

（一）、国外机器人的最新进展

1．工业机器人

（1）机器人操作机：

通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。

（2）并联机器人：

采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

意大利COMAU公司，日本FANUC等公司已开发出了此类产品。

（3）控制系统：

控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。

（4）传感系统：

激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。

（5）网络通信功能：

日本YASKAWA和德国KUKA公司的最新机器人控制器已实现了与Canbus、Profibus总线及一些网络的联接，使机器人由过去的独立应用向网络化应用迈进了一大步，也使机器人由过去的专用设备向标准化设备发展。

（6）可靠性：

由于微电子技术的快速发展和大规模集成电路的应用，使机器人系统的可靠性有了很大提高。

2．先进机器人

近年来，人类的活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。

像海洋开发、宇宙探测、采掘、建筑、医疗、农林业、服务、娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求。

这些行业与制造业相比，其主要特点是工作环境的非结构化和不确定性，因而对机器人的要求更高，需要机器人具有行走功能，对外感知能力以及局部的自主规划能力等，是机器人技术的一个重要发展方向。

可以预见，在21世纪各种先进的机器人系统将会进入人类生活的各个领域，成为人类良好的助手和亲密的伙伴。

（二）、目前研究热点及发展趋势

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。

主要研究内容集中在以下10个方面：

1．工业机器人操作机结构的优化设计技术：

探索新的高强度轻质材料，进一步提高负/重比，同时机构向着模块化、可重构方向发展。

2．机器人控制技术：

重点研究开放式，模块化控制系统，人机界面更加友好，语言、图形编程界面正在研制之中。

机器人控制器的标准化和网络化，以及基于PC机网络式控制器已成为研究热点。

编程技术除进一步提高在线编程的可操作性之外，离线编程的实用化将成为研究重点。

3．多传感系统：

为进一步提高机器人的智能和适应性，多种传感器的使用是其问题解决的关键。

其研究热点在于有效可行的多传感器融合算法，特别是在非线性及非平稳、非正态分布的情形下的多传感器融合算法。

另一问题就是传感系统的实用化。

4．机器人的结构灵巧，控制系统愈来愈小，二者正朝着一体化方向发展。

5．机器人遥控及监控技术，机器人半自主和自主技术，多机器人和操作者之间的协调控制，通过网络建立大范围内的机器人遥控系统，在有时延的情况下，建立预先显示进行遥控等。

6．虚拟机器人技术：

基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人的虚拟遥操作和人机交互。

7．多智能体（multi-agent）调控制技术：

这是目前机器人研究的一个崭新领域。

主要对多智能体的群体体系结构、相互间的通信与磋商机理，感知与学习方法，建模和规划、群体行为控制等方面进行研究。

8．微型和微小机器人技术（micro/miniaturerobotics）:

这是机器人研究的一个新的领域和重点发展方向。

9．软机器人技术（softrobotics）:

主要用于医疗、护理、休闲和娱乐场合。

传统机器人设计未考虑与人紧密共处，因此其结构材料多为金属或硬性材料，软机器人技术要求其结构、控制方式和所用传感系统在机器人意外地与环境或人碰撞时是安全的，机器人对人是友好的。

10．仿人和仿生技术：

这是机器人技术发展的最高境界，目前仅在某些方面进行一些基础研究。

主要功能：

可以自行走动，具有吸尘和空气加湿功能

（一）、加湿器工作原理：

目前家用加湿器市场的产品主要分为超声波型加湿器、直接蒸发型加湿器和热蒸发型加湿器三类：

超声波技术是世界上一种比较成熟的技术，已被广泛应用在各种领域。

超声波加湿器采用超声波高频震荡，将水雾化为1-5微米的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，使空气湿润并伴生丰富的负氧离子，能清新空气，增进健康，一改冬季暖气的燥热，营造舒适的生活环境。

据专家介绍，超声波加湿器的优点是，加湿强度大，加湿均匀，加湿效率高；

节能、省电，耗电仅为电热加湿器的1／10至