四轴驱控一体机器人控制器的开发

上海交通大学硕士学位论文

目录

摘要 ................................................................................ I ABSTRACT ..................................................................... III 目录.............................................................................. V 第一章绪论 .. (1)

1.1 课题来源 (1)

1.2 课题研究的背景与意义 (1)

1.2.1 工业机器人发展 (1)

1.2.2 伺服驱动技术与驱控一体化技术介绍 (6)

1.3 本文的主要研究内容以及章节安排 (7)

1.3.1 主要研究内容 (7)

1.3.2 论文结构安排 (8)

第二章驱控一体化伺服驱动原理 (11)

2.1 引言 (11)

2.2 交流永磁同步电机结构与原理 (12)

2.3 交流永磁同步电机的数学模型 (14)

2.4 永磁同步电机的磁场定向控制 (17)

2.5 本章小结 (20)

第三章驱控一体化系统的软硬件协同设计 (21)

3.1 引言 (21)

3.2 驱控一体化系统的总体结构 (24)

3.3 系统功能设计 (28)

3.3.1 电流检测功能设计 (28)

3.3.2 编码器反馈设计 (37)

3.3.3 电机驱动电路设计 (43)

3.3.4 NET通讯功能设计 (44)

3.3.5 FPGA功能与电路设计 (46)

3.3.6 DSP功能与电路设计 (51)

3.4 Nios ii软件设计 (56)

3.5 本章小结 (61)

V

万方数据

目录

第四章驱控一体化控制器的实验与应用 (63)

4.1 实验平台 (63)

4.2 实验 (64)

4.2.1 编码器通讯实验 (64)

4.2.2 ADC电流读取IP核实验 (64)

4.2.3 通讯与电机运转实验 (65)

4.3 本章小结 (66)

第五章总结与展望 (69)

5.1 研究工作总结 (69)

5.2 未来工作展望 (70)

参考文献 (73)

致谢 (77)

攻读硕士学位期间论文和专利情况 (79)

VI

万方数据

机器人的组成与结构

3、简介机器人系统的组成与结构，包括三大部分、六个子系统 答：机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个子系统是驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人一环境交换系统、人机交换系统和控制系统。 驱动系统，要使机器人运作起来，各需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、气压传动、电动传动、或者把它们结合起来应用综合系统，可以是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构进行间接传动。 机械结构传动，工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座不具备行走机构，则构成行走机器人；若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。 感受系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。 机器人一环境交换系统是现代工业机器人雨外部环境中的设备互换联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。 人工交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。 控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业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。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。

清洁机器人系统设计

本科毕业设计（论文）清洁机器人系统设计 学院信息工程学院 专业测控技术与仪器 （光机电一体化方向）年级班别 2011级（1）班 学号 学生姓名 指导教师 2015 年 5 月

摘要 清洁机器人结合了传感器、移动机器人技术等多个领域的关键技术，实现对室内环境的半自动或全自动清洁，替代了传统的人工清洁工作，具有十分广阔的市场前景。 本文首先综述了清洁机器人的国内外研究现状，在综合比较了国内外多种典型产品的基础上，提出适合中低端用户使用的清洁机器人整体设计方案。 清洁机器人系统由清洁机器人和充电站组成。清洁机器人是实现智能清扫的主体部分，本文介绍了清洁机器人的组成部分，并完成了硬件电路的实现。考虑到存储、接口资源及可靠性能等，主控器选择了STC89C52单片机，所构成的单片机应用系统功能强、性价比高，完全满足控制功能的要求。然后，详细设计了红外传感器，碰撞检测，电源模块、充电模块、键盘、液晶显示以及各种电机控制等电路。在软件设计方面，采用C51语言编制了控制系统各部分的软件，包括主控程序以及中断服务、红外、碰撞传感器检测等子程序。 最后，综合设计结果制作了实验样机，进行实验研究。结果表明，所制作的清洁机器人能够完成房间清扫工作，达到了预期的设计效果。 关键词：清洁机器人，智能清扫，单片机系统 注：本设计（论文）题目来源于自选。

Abstract Cleaning robot is a combination of sensors, the key technology of mobile robot technology, and other fields, the implementation of the indoor environment of semi-automatic or fully automatic cleaning, replacing the traditional manual cleaning, has the very broad market prospect. This article first summarizes the domestic and foreign research present situation of cleaning robot, on the basis of comprehensive comparison of the various typical products at home and abroad, puts forward overall design scheme suitable for low-end users use cleaning robot. Cleaning robot system consists of a cleaning robot and charging station. Cleaning is the main part of the intelligent cleaning robot, this paper introduces the part of the cleaning robot, and the realization of the hardware circuit are completed. Considering storage, interface resources and the reliable performance, and the host controller chose STC89C52 single-chip computer, made up of single chip microcomputer application system function is strong and high cost performance, fully meet the requirements of control function. Are designed in detail, and the infrared sensors, collision detection, power supply module, the charging module, keyboard, LCD display and a variety of motor control circuit and so on. In the aspect of software design, the use of C51 language to compile the various parts of the control system software, including the main program and interrupt service, infrared and collision sensors DengZi program. Finally, the comprehensive design results made experimental prototype, experiment research. Results show that the production of the cleaning robot can complete the room cleaning work, achieved the desired design effect. Key words:cleaning robot, intelligent cleaning, MCU system

工业机器人的基本参数和性能指标知识讲解

工业机器人的基本参数和性能指标

工业机器人的基本参数和性能指标 表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。

(2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。 自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。

工业机器人技术课后题答案

第一章课后习题： 3、说明工业机器人的基本组成及各部分之间的关系。 答：工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六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、人机交互系统和控制系统。各部分之间的关系可由下图表明： 4、简述工业机器人各参数的定义：自由度、重复定位精度、工作范围、工作速度、承载能力。 答：自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目,不应包括手爪(末端操作器)的开合自由度。 重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力, 可以用标准偏差这个统计量来表示, 它是衡量一列误差值的密集度(即重复度)。 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合, 也叫工作区域。 工作速度一般指工作时的最大稳定速度。 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最

大质量。承载能力不仅指负载, 而且还包括了机器人末端操作器的质量。 第二章课后习题： 1、 答：工业上的机器人的手一般称之为末端操作器, 它是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。具有模仿人手动作的功能, 并安装于机器人手臂的前端。大致可分为以下几类: (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。 4、 答：R关节是一种翻转(Roll)关节。B关节是一种折曲(Bend)关节。Y关节是一种偏转(Yaw)关节。具有俯仰、偏转和翻转运动, 即RPY运动。 5、 答：行走机构分为固定轨迹式和无固定轨迹式。无固定轨迹式又分为与地面连续接触（包括轮式和履带式）和与地面间断接触（步行式）。轮式在平地上行驶比较方便，履带式可以在泥泞道路上和沙漠中行驶。步行式有很大的适应性, 尤其在有障碍物的通道(如管道、台阶或楼梯)上或很难接近的工作场地更有优越性。 第三章课后习题：

扫地机器人设计

扫地机器人设计报告

一、功能综述 1、清扫模式：随机清扫、螺旋式清扫、交叉清扫、沿边清扫、定点清扫、预约清扫等相结合，实现全方位立体清扫； 2、智能导航系统：实现对房间地形的重构，自动规划清扫路线； 3、智能安全监控：防撞，防跌落，防缠绕，电池电量监测； 4、创新功能：灰尘量识别，实现床底清扫，手机遥控模式，尖端气流滤尘技术，室内空气质量监测与提醒； 5、其他基础功能：自动返回并充电，灰尘盒安装检查，灰尘盒容量探测。 二、机械及系统设计 扫地机器人机械设计如图1所示。 前 图1 扫地机器人机械设计图 清扫机构，行走机构，吸尘机构是本次设计的重点，也是难点所在。由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动。因此，增加机器人运动平稳性，提高机器人动力学特性尤为重要。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心装

配。 (1)行走驱动轮及驱动电机 该部分主要保证机器人能够在平面内移动。为了保证小车良好的直线性，可采用双电机驱动左右两轮的方式，且在车体的后端装有一个不锈钢万向滚珠，这样可以使小车获取较好的机动性和灵活性及灵活性。前轮驱动的好处是：转向性能得到改善。前轮是转向轮，使得转向时的行驶方向容易控制，不容易出现过度转向的现象，转向安全性也得到提高。 (2)清扫机构 用电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动，这样就可以在清扫灰尘时将灰尘集中于吸风口处，为吸尘机构的工作做准备；清扫刷设计成可更换型的，可选择棉质纺织品或尼龙等化纤材料的，以适应不同的工作环境。 (3)吸尘机构 旨在强大的吸力、将灰尘吸入灰尘储存箱中；这里我们采用尖端气流滤尘技术，全方位，多层次将灰尘一网打尽。 (4)擦地机构 在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦出残留在地面上的细小灰尘，同时也能够擦除地面上的顽固污渍，从而保证清洁工作的质量。 扫地机器人功能框图如图2所示。

家用清洁机器人设计方案

家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院专业班级：电信1101 申报 人：万威组内成员：彭超峰、姚钟方、仝鹏、仲红玉 引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗？没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行

智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1. 总体方案设计及功能描述 利用 STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及 LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用 DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及 LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回 STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动 转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转 速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并 与原来行驶轨迹中线相隔大约 20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。

工业机器人内部结构及基本组成原理详解

工业机器人内部结构及基本组成原理详解 工业机器人详解你对工业机器人有着什么样的了解？关于工业机器人，我们过去也反反复复推送了很多的文章，在这一次，我们将尝试解决有关--- 在工业环境中使用的最常见的机器人和作业时经常会遇到的问题。关于工业机器人定义什么可以被认为是一个工业机器人?什么不能被称为工业机器人？工业机器人直到最近才能避开这种混乱。不是在工业环境中使用的每个机电设备都可以被认为是机器人。根据国际标准组织的定义，工业机器人是一种可编程的三自由度或多轴自动控制的可编程多用途机械手。这几乎是在谈论工业机器人时被接受的定义。工业机器人自中年以来发生了什么变化？越来越多的工程师和企业家正在寻找越来越多的机器人技术，帮助在工业环境中优化工作流程的方式。随着时代的发展和机器人技术的进步，机器人手臂必须为诸如仓储中使用的群组AGV 等新手铺路。我们经常说典型的工业机器人由工具，工业机器人手臂，控制柜，控制面板，示教器以及其他外围设备组成。那么这些是什么？这些部分通常都在一起，控制柜类似于机器人的大脑。控制面板和示教器构成用户环境。工具（也称为末端执行器）是为特定任务设计的设备（例如焊接或喷涂）。机器人手臂基本上是移动工具的 东西。但并不是每个工业机器人都像一个手臂。不同机器人有不同 类型的结构。控制面板--- 操作员使用控制面板来执行一些常规任

务。（例如：改变程序或控制外围设备）。应用“机器人工人” --------------- 什么时候应该使用工业机器人而不是 人工？相信这个问题大家思考的次数并不少了。理想情况下，这应该是双赢的。想快速看到效果，你需要知道什么是别人最不喜欢的工作。想得最多的是那些重复的，乏味的工作，需要从工作人员那边进行大量单调的行动，这个思考是正确的，因为正是如此，例如从一个输送机到另一个输送机。如果总是相同的任务，您可以使用专门针对您的需求量身定制的自动化解决方案。工厂的工作处理需要越来越灵活，在这些情况下，正确的解决方案是：可以试用用于不同任务的可重新编程的机器人进行任务操作。此外，就是那些对人类工作有害的任务。（例如：用危险化学品进行表面处理，这是在有害环境中工作。在许多情况下，长期使用机器人比聘用工人更聪明和便宜。）当然，还有的是人类难以操作的工作。（例如：举或搬运重物或在不适合人类生活的条件下工作。）同样，在许多这些情况下，可以应用特定的自动化解决方案。然而，如果任务需要灵活性处理，还需要考虑要用到的机器人。以下是最常见的机器人应用程序列表：电弧焊、部件、涂层、去毛刺、压铸、造型、物料搬运、选择、码垛、打包、绘画、点焊、运输，仓储关于工 业机器人的结构-- 如何构建机器人手臂？（这很重要）在 本文中，将只列出工业机器人中使用的最常见的机器人结构类型。（详细内容公众号历史记录在“机器人类型”部分深入介绍这些类

家用清洁机器人设计方案

“家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院 专业班级：电信 1101 申报人：万威 组内成员：彭超峰、姚钟方、 仝鹏、仲红玉

引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1.总体方案设计及功能描述 利用STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并与原来行驶轨迹中线相隔大约20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。 2.创新与特点

家用擦玻璃清洁机器人结构设计毕业设计说明书

毕业设计说明书 作者：学号： 学院：机械工程学院 系(专业)：机械设计制造及其自动化 题目：家用擦玻璃清洁机器人结构设计指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2015 年 5 月 31 日

毕业设计中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

目录 第一章引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 国内外擦玻璃机器人的研究概况 (1) 1.3 本课题的主要工作 (3) 第二章家用擦玻璃清洁机器人总体方案设计 (3) 2.1 家用擦玻璃清洁机器人的设计原则 (4) 2.2 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案的确定 (4) 2.2.1 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案 (4) 2.2.2 总体方案的对比与选择 (12) 第三章家用擦玻璃清洁机器人详细结构设计 (14) 3.1 关键部件的选型 (14) 3.1.1 电机的选型 (14) 3.1.2 微动开关的选型 (15) 3.1.3 电池的选择 (15) 3.1.4 磁铁的选择 (16) 3.2 微动开关缓冲机构的设计 (16) 3.3 磁铁升降机构的设计 (17) 3.3.1 磁铁升降机构的ANSYS分析 (18) 第四章家用擦玻璃清洁机器人控制系统设计 (21) 4.1 单片机控制系统电路的设计 (21) 4.1.1 单片机系统元器件的选型 (21) 4.1.2 单片机系统的硬件电路及I/O口分配 (25) 4.2 单片机系统编程框图 (25) 第五章家用擦玻璃清洁机器人样机研制与调试 (27) 5.1控制电路板的设计与调试 (27)

5.1.1 PCB设计 (27) 5.1.2 电路板的调试 (28) 5.2 家用擦玻璃清洁机器人样机的制作 (31) 5.3 家用擦玻璃清洁机器人样机的测试 (31) 第六章总结与展望 (33) 参考文献 (34) 致谢 (35) 附录 (37)

工业机器人基础复习题知识讲解

1、机器人安应用类型可以分为工业机器人、极限作业机器人和娱乐机器人。2﹑机器人按照控制方式可分为点位控制方式、连续轨迹控制方式、力（力矩）控制方式和智能控制方式。 3、工业机器人的坐标形式主要有直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。 4、直角坐标机器人的工作范围是长方形形状；圆柱坐标机器人的工作范围是圆柱体形状；球坐标机器人的工作范围是球面一部分状。 5、工业机器人的参考坐标系主要有关节坐标系、工具参考坐标系、全局参考系坐标系。 6、工业机器人的传动机构是向手指传递运动和动力，该机构根据手指的开合动作特点可以分为回转型和移动型。 7、吸附式取料手靠吸附力取料，根据吸附力的不同分为磁吸附和气吸附两种。 8、气吸附式取料手是利用吸盘内的压力和大气压之间的压力差而工作。按形成压力差的方法，可分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附几种。 9、手臂是机器人执行机构的重要部件，它的作用是支待手腕并将被抓取的工件运送到指定位置上，一般机器人的手臂有3个自由度，即手臂的伸缩升降及横向移动、回转运动和复合运动。 10、机器人的底座可分为固定式和移动式两种。 11、谐波齿轮传动机构主要有柔轮、刚轮和波发生器三个主要零件构成。 12、谐波齿轮通常将刚轮装在输入轴上，把柔轮装在输出轴上，以获得较大的齿轮减速比。 13、机器人的触觉可以分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉五种。 14、机器人接触觉传感器一般由微动开关组成，根据用途和配置不同，一般用于探测物体位置，路径和安全保护。 二、选择题 1、世界上第一台工业机器人是（B ） A、Versatran B、Unimate C、Roomba D、AIBO 2、通常用来定义机器人相对于其它物体的运动、与机器人通信的其它部件以及运动部件的参考坐标系是（ C ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 3、用来描述机器人每一个独立关节运动参考坐标系是（ B ） A、全局参考坐标系 B、关节参考坐标系 C、工具参考坐标系 D、工件参考坐标系 4、夹钳式取料手用来加持方形工件，一般选择（A ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 5、夹钳式取料手用来加持圆柱形工件，一般选择（ B ）指端。 A、平面 B、V型 C、一字型 D、球型 6、夹钳式手部中使用较多的是（ D ） A、弹簧式手部 B、齿轮型手部 C、平移型手部 D、回转型手部 7、平移型传动机构主要用于加持（ C ）工件。

扫地机器人的设计方案

扫地机器人（自动打扫机）的设计方案 1.绪论 随着现代社会生活节奏的加快，人们或忙于工作，或享受生活，时间越来越宝贵，所以不会把它浪费在整理家务和打扫卫生方面。收入水平的不断提高使得人们对生活质量的要求越来越高，高品质的生活首先要保证居住环境的干净卫生，因此大家渴望找到一种机器人，能够智能的打扫房间卫生。 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的几十年发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓无所不在。目前机器人已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经离不开机器人的帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。 目前机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦查机器人、以及通过编译程序使其能做整套表演动作的舞蹈机器人，还有不少参考人、狗、恐龙等动物的模样制造机器人玩具。 扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。扫地机器人也是当下比较流行的一种机器人，随着不断的研究发展智能化大幅度提高，能够自我定位、感应障碍物、规划路径以及自动充电。 2.扫地机器人的技术指标 综合考虑经济型和先进性的原则，参考淘宝网在售产品，我选择了一款扫地机器人以作对比，实物如图2.1所示。该产品采用革命性清扫系统，真空龙卷大吸力（普通机器人的5倍），无毛刷设计，首创滚筒吸取器，将适配器与座充合二为一（简约、美观而且不占空间），零部件高度模块化，可自由拆卸更换，垃圾盒、独立滤网仓方便抽取和清理。

机器人基本构成

机器人基本构成 机器人系统通常分为三大部分：机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统：驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人环境交互系统、控制系统等组成（如图1所示）。 图1 机器人系统的基本构成 1.机械系统 机械系统又称操作机或执行机构系统，由一系列连杆、关节或其他形式的运动部件组成，通常包括机座、立柱、腰关节、臂关节、腕关节和手爪等，构成多自由度机械系统。 工业机器人机械系统由机身、手臂和末端执行器组成，机身可具有行走机构，手臂一般有上臂、下臂和手腕组成，末端执行器直接装在手腕上，可以是两手指或多手指手爪，可以是喷漆枪、焊枪等作业工具。 2.驱动系统 驱动系统主要指驱动机械系统的机械装置，根据驱动源不同可分为电动、液压、气动三种或三者结合一起的综合系统；驱动系统可以直接与机械系统相连，或通过皮带、链条、齿轮等机械传动机构间接相连。 3.感知系统 感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境状态信息，确定机械部件各部分的运行轨迹、状态、位置和速度等信息，使机械部件各部分按预定程序和

工作需要进行动作。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。人类感知系统对外部信息获取比较灵巧，但一些特殊信息传感器感知更有效。 4.控制系统 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完成规定的运动和功能。若不具备信息反馈特种，则为开环控制系统；具备信息反馈特征则为闭环控制系统。根据控制原理可分为程序控制系统，适应性控制系统，人工智能控制系统；根据控制运动形式分为点位控制和轨迹控制。 5.交互系统 机器人-环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人可以与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等；也可以是多台机器人、多台机床、设备、零件存储装置等集成为一个可执行复杂任务的功能单元。 人机交互系统是操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，如计算机终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。主要有两类：指令给定装置和信息显示装置。

机器人的基本结构原理

教案首页 课程名称农业机器人任课教师李玉柱第2章机器人的基本结构原理计划学时 3 教学目的和要求： 1.弄清机器人的基本构成； 2.了解机器人的主要技术参数； 3.了解机器人的手部、腕部和臂部结构； 4.了解机器人的机身结构； 5.了解机器人的行走机构 重点： 1.掌握机器人的基本构成 2.弄清机器人都有哪些主要技术参数 3.机器人的手部、腕部和臂部结构 难点： 机器人的手部、腕部和臂部结构 思考题： 1.机器人由哪些部分组成？ 2.机器人的主要技术参数有哪些？ 3.机器人的行走机构共分几类，请想象未来的机器人能 否有其它类型的行走机构？

第2章概论 教学主要内容： 2.1机器人的基本构成 2.2机器人的主要技术参数 2.3人的手臂作用机能初步分析 2.4机器人的机械结构构成 2.5机器人的手部 2.6机器人的手臂 2.7机器人的机身 2.8机器人的行走机构 本章介绍了机器人的基本构成、主要技术参数，人手臂作用机能，在此基础上对机器人的手部、手腕、手部、。机身、行走机构等原理及相关的结构设计进行讨论，使学生对机器人的机构和原理有较为清楚的了解。 2.1机器人的基本构成 简单地说：机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。 不同类型的机器人其机械、电气和控制结构也不相同，通常情况下，一个机器人系统由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。如图2-1所示。

●是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体， 关节通常分为转动关节和移动关节，移动关节允许连杆做直线移动，转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。 个主要部●常规的驱 接地与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起，也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接传动。 ●感知系统 ．．．．由一个或多个传感器组成，用来获取内部和外部环境中的有用信息，通过这些信息确定机械部件各部分的运行轨迹、速度、位置和外部环境状态，使机械部件的各部分按预定程序或者工作需要进行动作。传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。 ●控制系统 ．．．．其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规定的运动和功能。若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。根据控制原理，控制系统又可分为程序控制系统、

清扫机器人结构设计

毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计 学习中心（函授站）：江阴 专业：机械设计及自动化 姓名：夏成 学号：CS051410248 指导教师：孙菊 南京航空航天大学 2016年5月 目录 中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II

第一章绪论 (1) 第一节研究的目的和意义 (1) 第二节设计的重点和难点 (1) 第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1) 第四节论文主要完成工作 (2) 第二章总体结构设计 (3) 第一节整体结构布局 (3) 第二节驱动部分 (4) 第三节吸尘部分 (6) 第四节电源部分 (6) 第五节路径规划算法 (6) 第六节仿真结果 (8) 第三章硬件控制部分设计 (9) 第一节 AT89系列单片机简介 (9) 第二节外围电路 (9) 结论 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 题目：清扫机器人结构设计

中文摘要 摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机

工业机器人的结构与组成

. ..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3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3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。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行 机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。

一种新型智能清洁机器人测控系统的设计与实现_百度文库

0 引言 移动机构是清洁机器人的主体，决定了清洁机器人的运动空间，一般采用轮式结构。传感器系统一般采用超声波传感器、红外光电传感器、接触传感器等构成多传感器系统。随着近年来控制技术、传感技术以及移动机器人技术等技术的迅速发展，智能清洁机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。吸尘系统在原理上与传统立式吸尘器相同，主要是在结构设计上更多考虑结构尺寸、集成度以及一些辅助机构的合理布置和利用，以此来提高能源利用率和工作效率。本文主要研究智能清洁机器人测控系统的设计与实现，最终目标是通过软硬件的合理设计，使智能清洁机器人能够自动避开障碍物，实现一般家居环境下的自主清洁工作。 1 测控系统组成及功能 智能清洁机器人测控系统主要包括控制器核心系统、传感器系统和驱动系统等。其原理如图1所示。基于清洁机器人自身体积尽可能小的原则，本设计将控制器核心系统、传感器系统、行走驱动及相关电路集成在一块电路板上。为防止干扰，通过光电隔离器件将各模块在电气上隔离开来。利用超声波传感器、红外反射式传感器和接触传感器组成多传感器系统，检测信号经调理电路处理后送控制器；采用8位单片机SST89E554RC作为控制器，控制器对传感器信号加以判断，根据判断结果，选定相应的控制策略，并控制语音系统发出相应的报警信号；在相应的控制策略下，通过专用驱动器驱动直流电机，带动驱动轮，两轮独立驱动，实现避障功能；同时，控制器控制小型双风机真空吸尘系统对经过的地面进行必要的清扫。 图1 系统原理 该新型智能清洁机器人实验平台如图2所示，该平台为圆形结构，两轮独立驱动，具备完整的吸尘系统和电源系统等功能模块。最终将在该平台上对本文所介绍的测控系统的性能进行实验验证。

家用清洁机器人设计

目录 摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1 前言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 1.1国内外相关产品研究 ------------------------------------------------ 3 1.1.1国外产品研究情况--------------------------------------------- 3 1.1.2国内产品研究情况--------------------------------------------- 4 1.2研究的目的和意义 -------------------------------------------------- 5 2家用清洁机器人的关键技术 ------------------------------------------------------------------------------- 6 2.1传感技术 ---------------------------------------------------------- 6 2.2路径规划技术 ------------------------------------------------------ 6 2.3吸尘技术 ---------------------------------------------------------- 7 2.4电源技术 ---------------------------------------------------------- 7 3 家用清洁机器人的机械设计 ------------------------------------------------------------------------------ 8 3.1机械结构组成 ------------------------------------------------------ 8 3.2家用清洁机器人的总体设计 ------------------------------------------ 8 3.2.1外形设计----------------------------------------------------- 8 3.2.2行走机构设计------------------------------------------------- 8 3.2.3清扫机构设计------------------------------------------------- 9 3.2.4吸尘机构设计------------------------------------------------ 10 4 具体计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 4.1电机选择 --------------------------------------------------------- 12 4.2蜗轮蜗杆的选择 --------------------------------------------------- 13 4.3电池的选用 ------------------------------------------------------- 15 4.4清扫机构中蜗杆上轴承寿命计算 ------------------------------------- 15 4.5蜗轮轴的校核 ----------------------------------------------------- 17 5 总结与展望 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 5.1总结 ------------------------------------------------------------- 19 5.2展望 ------------------------------------------------------------- 19参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21致谢------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22附录------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 23