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1、本科生毕业设计（论文）摘 要 在当今今大规模模制造业业中，企企业为提提高生产产效率，保保障产品品质量，普普遍重视视生产过过程的自自动化程程度，工工业机器器人作为为自动化化生产线线上的重重要成员员，逐渐渐被企业业所认同同并采用用。工业业机器人人的技术术水平和和应用程程度在一一定程度度上反映映了一个个国家工工业自动动化的水水平，目目前，工工业机器器人主要要承担着着焊接、喷喷涂、搬搬运以及及堆垛等等重复性性并且劳劳动强度度极大的的工作，工工作方式式一般采采取示教教再现的的方式。本文将设设计一台台四自由由度的工工业机器器人，用用于给冲冲压设备备运送物物料。首首先，本本文将设设计机器器人的底底座、大大臂
2、、小小臂和机机械手的的结构，然然后选择择合适的的传动方方式、驱驱动方式式，搭建建机器人人的结构构平台；在此基基础上，本本文将设设计该机机器人的的控制系系统，包包括数据据采集卡卡和伺服服放大器器的选择择、反馈馈方式和和反馈元元件的选选择、端端子板电电路的设设计以及及控制软软件的设设计，重重点加强强控制软软件的可可靠性和和机器人人运行过过程的安安全性，最最终实现现的目标标包括：关节的的伺服控控制和制制动问题题、实时时监测机机器人的的各个关关节的运运动情况况、机器器人的示示教编程程和在线线修改程程序、设设置参考考点和回回参考点点。关键词：机器人人，示教教编程，伺伺服，制制动ABSTTRACCT In
3、n thhe mmodeern larrge-scaale mannufaactuurinng iinduustrry, entterpprisses payy moore atttenttionn onn thhe aautoomattionn deegreee oof tthe prooducctioon pproccesss inn orrderr too ennhannce thee prroduuctiion effficiienccy,aand guaarannteee thhe pprodductt quualiity.As an impporttantt paart of th
4、ee auutommatiion prooducctioon llinee, iinduustrriall roobotts aare graaduaallyy appproovedd annd aadopptedd byy ennterrpriisess.Thhe ttechhniqque levvel andd thhe aappllicaatioon ddegrree of inddusttriaal rroboots refflecct tthe nattionnal levvel of thee inndusstriial auttomaatioon tto ssomee exxte
5、nnt, currrenntlyy, iinduustrriall roobotts mmainnly undderttakee thhe jjopss off weeldiing, spprayyingg, ttrannspoortiing andd sttowiing etcc. , whhichh arre uusuaallyy doone reppeattedlly aand takke hhighh woork strrenggth, annd mmostt off thhesee roobotts wworkk inn pllaybbackk waay.In tthiss paap
6、err I wiill dessignn ann inndusstriial robbot witth ffourr DOOFs, whhichh iss ussed to carrry matteriial forr a punnch. Fiirstt I wiill dessignn thhe sstruuctuure of thee baase, thhe bbig armm,thhe ssmalll aarm andd thhe eend mannipuulattor of thee roobott,thhen chooosee prropeer ddrivve mmethhod an
7、dd trranssmisssioon mmethhod, buuilddingg thhe mmechhaniicall sttruccturre oof tthe robbot. Onn thhis fouundaatioon, I wiill dessignn thhe cconttroll syysteem oof tthe robbot, inncluudinng cchooosinng DDAQ carrd,sservvo cconttroll,feeedbbackk meethood aand dessignningg ellecttricc ciircuuit of thee
8、teermiinall caard andd coontrrol sofftwaare. Grreatt atttenntioon wwilll bee paaid on thee reeliaabillityy off thhe cconttroll sooftwwaree annd tthe robbot saffetyy duurinng rrunnningg. TThe aimms tto rreallizee fiinallly inccludde: serrvocconttroll annd bbrakke oof tthe joiint,monnitoorinng tthe mo
9、vvemeent of eacch jjoinnt iin rrealltimme,pplaybbackk prrogrrammmingg annd mmodiifyiing thee prrogrram onllinee,seettiing reffereencee poointt annd rretuurniing to reffereencee poointt.KEY WORRDS: roobott, pllaybbackk, sservvocoontrrol, brrakee目 录第1章 绪论 31.1 机器人人概述 41.2 机器人人的历史史、现状状 41.3 机器人人的发展展趋势
10、4第2章 机器人人实验平平台介绍绍及机械械手的设设计32.1自自由度及及关节 442.2 基座及及连杆 42.2.1 基基座 772.2.2 大大臂 772.2.3 小小臂 772.3 机械手手的设计计442.4 驱动方方式442.5 传动方方式442.6 制动器器44第3章 控制系系统硬件件44 3.11 控制制系统模模式的选选择43.2 控制系系统的搭搭建 443.2.1 工工控机43.2.2 数数据采集集卡43.2.3 伺伺服放大大器43.2.4 端端子板 443.2.5电位位器及其其标定 43.2.6电源源 4第4章 控制系系统软件件 444.1预预期的功功能 44.2 实现方方法44
11、.2.1实时时显示各各个关节节角及运运动范围围控制 44.2.2直流流电机的的伺服控控制44.2.3电机机的自锁锁44.2.4示教教编程及及在线修修改程序序44.2.5设置置参考点点及回参参考点4第5章 总结 45.1 所完成成的工作作 445.2 设计经经验 445.3 误差分分析 445.4 可以继继续探索索的方向向 44致 谢 4参考文献献 4第1章 绪论1.1 机器人人概述 在现代代工业中中，生产产过程的的机械化化、自动动化已成成为突出出的主题题。化工工等连续续性生产产过程的的自动化化已基本本得到解解决。但但在机械械工业中中，加工工、装配配等生产产是不连连续的。专专用机床床是大批批量生
12、产产自动化化的有效效办法；程控机机床、数数控机床床、加工工中心等等自动化化机械是是有效地地解决多多品种小小批量生生产自动动化的重重要办法法。但除除切削加加工本身身外，还还有大量量的装卸卸、搬运运、装配配等作业业，有待待于进一一步实现现机械化化。机器器人的出出现并得得到应用用，为这这些作业业的机械械化奠定定了良好好的基础础。“工业机机器人”（Inndusstriial Robbot）：多数是是指程序序可变（编编）的独独立的自自动抓取取、搬运运工件、操操作工具具的装置置（国内内称作工工业机器器人或通通用机器器人）。 机器人人是一种种具有人人体上肢肢的部分分功能，工工作程序序固定的的自动化化装置。机
13、机器人具具有结构构简单、成成本低廉廉、维修修容易的的优势，但但功能较较少，适适应性较较差。目目前我国国常把具具有上述述特点的的机器人人称为专专用机器器人，而而把工业业机械人人称为通通用机器器人。简而言之之，机器器人就是是用机器器代替人人手，把把工件由由某个地地方移向向指定的的工作位位置，或或按照工工作要求求以操纵纵工件进进行加工工。 机器人人一般分分为三类类。第一一类是不不需要人人工操作作的通用用机器人人，也即即本文所所研究的的对象。它它是一种种独立的的、不附附属于某某一主机机的装置置，可以以根据任任务的需需要编制制程序，以以完成各各项规定定操作。它它是除具具备普通通机械的的物理性性能之外外，
14、还具具备通用用机械、记记忆智能能的三元元机械。第第二类是是需要人人工操作作的，称称为操作作机（MManiipullatoor）。它它起源于于原子、军军事工业业，先是是通过操操作机来来完成特特定的作作业，后后来发展展到用无无线电讯讯号操作作机器人人来进行行探测月月球等。工工业中采采用的锻锻造操作作机也属属于这一一范畴。第第三类是是专业机机器人，主主要附属属于自动动机床或或自动生生产线上上，用以以解决机机床上下下料和工工件传送送。这种种机器人人在国外外通常被被称之为为“Mecchannicaal HHandd”，它是是为主机机服务的的，由主主机驱动动。除少少数外，工工作程序序一般是是固定的的，因此
15、此是专用用的。机器人按按照结构构形式的的不同又又可分为为多种类类型，其其中关节节型机器器人以其其结构紧紧凑，所所占空间间体积小小，相对对工作空空间最大大，甚至至能绕过过基座周周围的一一些障碍碍物等这这样一些些特点，成成为机器器人中使使用最多多的一种种结构形形式，世世界一些些著名机机器人的的本体部部分都采采用这种种机构形形式的机机器人。要机器人人像人一一样拿取取东西，最最简单的的基本条条件是要要有一套套类似于于指、腕腕、臂、关关节等部部分组成成的抓取取和移动动机构执行行机构；像肌肉肉那样使使手臂运运动的驱驱动传传动系统统；像大大脑那样样指挥手手动作的的控制系系统。这这些系统统的性能能就决定定了机
16、器器人的性性能。一一般而言言，机器器人通常常就是由由执行机机构、驱驱动传传动系统统和控制制系统这这三部分分组成，如如图 11-1 所示。图1-11 机器器人的一一般组成成对于现代代智能机机器人而而言，还还具有智智能系统统，主要要是感觉觉装置、视视觉装置置和语言言识别装装置等。目目前研究究主要集集中在赋赋予机器器人“眼睛”，使它它能识别别物体和和躲避障障碍物，以以及机器器人的触触觉装置置。机器器人的这这些组成成部分并并不是各各自独立立的，或或者说并并不是简简单的叠叠加在一一起，从从而构成成一个机机器人的的。要实实现机器器人所期期望实现现的功能能，机器器人的各各部分之之间必然然还存在在着相互互关联
17、、相相互影响响和相互互制约。它它们之间间的相互互关系如如图1-2 所所示。 图1-2 机机器人各各组成部部分之间间的关系系机器人的的机械系系统主要要由执行行机构和和驱动传动系系统组成成。执行行机构是是机器人人赖以完完成工作作任务的的实体，通通常由连连杆和关关节组成成，由驱驱动传传动系统统提供动动力，按按控制系系统的要要求完成成工作任任务。驱驱动传传动系统统主要包包括驱动动机构和和传动系系统。驱驱动机构构提供机机器人各各关节所所需要的的动力，传传动系统统则将驱驱动力转转换为满满足机器器人各关关节力矩矩和运动动所要求求的驱动动力或力力矩。有有的文献献则把机机器人分分为机械械系统、驱驱动系统统和控制
18、制系统三三大部分分。其中中的机械械系统又又叫操作作机(MManiipullatoor)，相相当于本本文中的的执行机机构部分分。1.2 机器人人的历史史、现状状 机器人人首先是是从美国国开始研研制的。119588年美国国联合控控制公司司研制出出第一台台机器人人。它的的结构特特点是机机体上安安装一回回转长臂臂，端部部装有电电磁铁的的工件抓抓放机构构，控制制系统是是示教型型的。 日本是是工业机机器人发发展最快快、应用用最多的的国家。自自19669年从从美国引引进两种种典型机机器人后后，大力力从事机机器人的的研究。 目前工工业机器器人大部部分还属属于第一一代，主主要依靠靠人工进进行控制制；控制制方式则
19、则为开环环式，没没有识别别能力；改进的的方向主主要是降降低成本本和提高高精度。 第二代代机器人人正在加加紧研制制。它设设有微型型电子计计算机控控制系统统，具有有视觉、触触觉能力力，甚至至听、想想的能力力。研究究安装各各种传感感器，把把感觉到到的信息息进行反反馈，使使机器人人具有感感觉机能能。 第三代代机器人人（机器器人）则则能独立立地完成成工作过过程中的的任务。它它与电子子计算机机和电视视设备保保持联系系，并逐逐步发展展成为柔柔性制造造系统FFMS(Fleexibble Mannufaactuurinng SSysttem) 和柔柔性制造造单元FFMC(Fleexibble Mannufaac
20、tuurinng CCelll) 中中的重要要一环。 随着工工业机器器人研究究制造和和应用领领域不断断扩大，国国际性学学术交流流活动十十分活跃跃，欧美美各国和和其他国国家学术术交流活活动开展展很多。国国际工业业机器人人会议IISIRR决定每每年召开开一次会会议，讨讨论和研研究机器器人的发发展及应应用问题题。 目前，工工业机器器人主要要用于装装卸、搬搬运、焊焊接、铸铸锻和热热处理等等方面，无无论数量量、品种种和性能能方面还还不能满满足工业业生产发发展的需需要。使使用工业业机器人人代替人人工操作作的，主主要是在在危险作作业（广广义的）、多多粉尘、高高温、噪噪声、工工作空间间狭小等等不适于于人工作作
21、业的环环境。 在国外外机械制制造业中中，工业业机器人人应用较较多，发发展较快快。目前前主要应应用于机机床、模模锻压力力机的上上下料，以以及点焊焊、喷漆漆等作业业，它可可按照事事先制订订的作业业程序完完成规定定的操作作，但还还不具备备传感反反馈能力力，不能能应付外外界的变变化。如如发生某某些偏离离时，就就将引起起零部件件甚至机机器人本本身的损损坏。 随着现现代化科科学技术术的飞速速发展和和社会的的进步，针针对于上上述各个个领域的的机器人人系统的的应用和和研究对对系统本本身也提提出越来来越多的的要求。制制造业要要求机器器人系统统具有更更大的柔柔性和更更强大的的编程环环境，适适应不同同的应用用场合和
22、和多品种种、小批批量的生生产过程程。计算算机集成成制造（CCIM）要要求机器器人系统统能和车车间中的的其它自自动化设设备集成成在一起起。研究究人员为为了提高高机器人人系统的的性能和和智能水水平，要要求机器器人系统统具有开开放结构构和集成成各种外外部传感感器的能能力。然然而，目目前商品品化的机机器人系系统多采采用封闭闭结构的的专用控控制器，一一般采用用专用计计算机作作为上层层主控计计算机，使使用专用用机器人人语言作作为离线线编程工工具，采采用专用用微处理理器，并并将控制制算法固固化在EEPROOM中，这这种专用用系统很很难（或或不可能能）集成成外部硬硬件和软软件。修修改封闭闭系统的的代价是是非常
23、昂昂贵的，如如果不进进行重新新设计，多多数情况况下技术术上是不不可能的的。解决决这些问问题的根根本办法法是研究究和使用用具有开开放结构构的机器器人系统统。美国工业业机器人人技术的的发展，大大致经历历了以下下几个阶阶段：（1）119633-19967年年为试验验定型阶阶段。119633-19966年年，万能能自动化化公司制制造的工工业机器器人供用用户做工工艺试验验。19967年年，该公公司生产产的工业业机器人人定型为为19000型。（2）119688-19970年年为实际际应用阶阶段。这这一时期期，工业业机器人人在美国国进入应应用阶段段，例如如，美国国通用汽汽车公司司19668年订订购了668台
24、工工业机器器人；119699年该公公司又自自行研制制出SAAM新工工业机器器人，并并用211组成电电焊小汽汽车车身身的焊接接自动线线；又如如，美国国克莱斯斯勒汽车车公司332条冲冲压自动动线上的的4488台冲床床都用工工业机器器人传递递工件。（3）119700年至今今一直处处于推广广应用和和技术发发展阶段段。19970-19772年，工工业机器器人处于于技术发发展阶段段。19970年年4月美美国在伊伊利斯工工学院研研究所召召开了第第一届全全国工业业机器人人会议。据据当时统统计，美美国大约约2000台工业业机器人人，工作作时间共共达600万小时时以上，与与此同时时，出现现了所谓谓了高级级机器人人
25、，例如如：森德德斯兰德德公司（SSunddstrrandd）发明明了用小小型计算算机控制制50台台机器人人的系统统。又如如，万能能自动公公司制成成了由225台机机器人组组成的汽汽车车轮轮生产自自动线。麻麻省理工工学院研研制了具具有有“手眼”系统的的高识别别能力微微型机器器人。其他国家家，如日日本、苏苏联、西西欧，大大多是从从19667，119688年开始始以美国国的“Verrsattrann”和“Uniimatte”型机器器人为蓝蓝本开始始进行研研制的。就就日本来来说，119677年，日日本丰田田织机公公司 引引进美国国的“Verrsattrann”,川崎崎重工公公司引进进“Uniimatte
26、”，并获获得迅速速发展。通通过引进进技术、仿仿制、改改造创新新。很快快研制出出国产化化机器人人，技术术水平很很快赶上上美国并并超过其其他国家家。经过过大约110年的的实用化化时期以以后，从从19880年开开始进入入广泛的的普及时时代。我国虽然然开始研研制工业业机器人人仅比日日本晚55-6年年，但是是由于种种种原因因，工业业机器人人技术的的发展比比较慢。目目前我国国已开始始有计划划地从国国外引进进工业机机器人技技术，通通过引进进、仿制制、改造造、创新新，工业业机器人人将会获获得快速速的发展展。1.3机机器人发发展趋势势 随着现现代化生生产技术术的提高高，机器器人设计计生产能能力进一一步得到到加强
27、，尤尤其当机机器人的的生产与与柔性化化制造系系统和柔柔性制造造单元相相结合，从从而改变变目前机机械制造造的人工工操作状状态，提提高了生生产效率率。 就目前前来看，总总的来说说现代工工业机器器人有以以下几个个发展趋趋势： a)提提高运动动速度和和运动精精度，减减少重量量和占用用空间，加加速机器器人功能能部件的的标准化化和模块块化，将将机器人人的各个个机械模模块、控控制模块块、检测测模块组组成结构构不同的的机器人人； b)开开发各种种新型结结构用于于不同类类型的场场合，如如开发微微动机构构用以保保证精度度；开发发多关节节多自由由度的手手臂和手手指；开开发各类类行走机机器人，以以适应不不同的场场合；
28、 c)研研制各类类传感器器及检测测元器件件，如，触触觉、视视觉、听听觉、味味觉、和和测距传传感器等等，用传传感器获获得工作作对象周周围的外外界环境境信息、位位置信息息、状态态信息以以完成模模式识别别、状态态检测。并并采用专专家系统统进行问问题求解解、动作作规划，同同时，越越来越多多的系统统采用微微机进行行控制。第2章 实验平平台介绍绍及机械械手的设设计该设计的的目的是是为了设设计一台台物料搬搬运机器器人，利利用现有有已经报报废的焊焊接机器器人，本本文的中中结构设设计主要要偏向于于对原有有机构的的改造和和机械手手的设计计。2.1自自由度及及关节 图图1该机器人人具有四四个自由由度 ，即即腰关节节
29、、肩关关节、肘肘关节和和腕关节节，都为为转动关关节；还还有一个个用于夹夹持物料料的机械械手。2.2基基座及连连杆2.2.1 基基座基座是整整个机器器人本体体的支撑撑。为保保证机器器人运行行的稳定定性，采采用两块块“Z”字形实实心铸铁铁作支撑撑。基座上面面是接线线盒子，所所有电机机的驱动动信号和和反馈信信号都从从中出入入。接线线盒子外外面，有有一个引引入线出出口和一一个引出出线出口口。2.2.2 大大臂大臂长度度2300mm，具具体尺寸寸如图22.1所所示：图2.11 大臂臂外形2.2.3 小小臂小臂长度度2400mm，具具体尺寸寸如图22.2所所示：图2.22 小臂臂外形2.3机机械手的的设计
30、工业机器器人的手手又称为为末端执执行器，它它使机器器人直接接用于抓抓取和握握紧（吸吸附）专专用工具具（如喷喷枪、扳扳手、焊焊具、喷喷头等）进进行操作作的部件件。它具具有模仿仿人手动动作的功功能，并并安装于于机器人人手臂的的前端。由由于被握握工件的的形状、尺尺寸、重重量、材材质及表表面状态态等不同同，因此此工业机机器人末末端操作作器是多多种多样样的，大大致可分分为以下下几类：（1） 夹钳式取取料手（2） 吸附式取取料手（3） 专用操作作器及转转换器（4） 仿生多指指灵巧手手本文设计计对象为为物料搬搬运机器器人，并并不需要要复杂的的多指人人工指，只只需要设设计能从从不同角角度抓取取工件的的钳形指指
31、。手指是直直接与工工件接触触的部件件。手指指松开和和夹紧工工件，是是通过手手指的张张开与闭闭合来实实现的。该该设计采采用两个个手指，其其外形如如图2.3所示示 图22.3 机械手手手指形形状 传动机机构是向向手指传传递运动动和动力力，以实实现夹紧紧和松开开动作的的机构。根根据手指指开合的的动作特特点分为为回转型型和平移移形。本本文采用用回转型型传动机机构。图图2.44为初步步设计的的机械手手机构简简图（只只画出了了一半，另另外一半半关于中中心线对对称）。 图图2.44 机械械手机构构简图 在图22.4中中，O为为电机输输出轴，曲曲柄OAA、连杆杆AB、滑滑块B和和支架构构成曲柄柄滑块机机构；滑
32、滑块B、连连杆BCC、摇杆杆CE和和支架构构成滑块块摇杆机机构。通通过两个个机构串串联，使使电机最最终驱动动DE的的来回摆摆动，从从而实现现手指的的开合运运动。 图2.4中的的黑线和和蓝线表表示机构构运行的的两个极极限位置置。 为便于于手指的的顺利合合拢，可可以在两两个手指指之间设设置一个个弹簧，这这样还可可以提供供适当的的夹紧力力。 另外，在在选用电电机的时时候，要要使电机机的功率率足以克克服弹簧簧的收缩缩和张开开，并且且提供足足够加紧紧物体的的力。 图2.5为采采用虚拟拟样机软软件ADDAMSS来分析析所设计计的机械械手机构构的工作作状况。 图图2.55 虚拟拟样机场场景下面更进进一步计计
33、算出所所需要的的电机力力矩。 图22.6 力矩变变化情况况从图2.6中看看到，起起始阶段段须克服服的弹簧簧力最大大，电机机转矩必必须大于于5500Nmm，这这为电机机的挑选选提供了了一定的的依据。2.4驱驱动方式式 该机器器人一共共具有四四个独立立的转动动关节，连连同末端端机械手手的运动动，一共共需要五五个动力力源。机器人常常用的驱驱动方式式有液压压驱动、气气压驱动动和电机机驱动三三种类型型。这三三种方法法各有所所长，各各种驱动动方式的的特点见见表2.1：表2.11三种驱驱动方式式的特点点对照内容驱动方式式液压驱动动气动驱动动电机驱动动输出功率率 很大大，压力力范围为为501400Pa大，压力
34、力范围为为4860PPa，最最大可达达Pa 较大大控制性能能利用液体体的不可可压缩性性，控制制精度较较高，输输出功率率大，可可无级调调速，反反应灵敏敏，可实实现连续续轨迹控控制气体压缩缩性大，精精度低，阻阻尼效果果差，低低速不易易控制，难难以实现现高速、高高精度的的连续轨轨迹控制制控制精度度高，功功率较大大，能精精确定位位，反应应灵敏，可可实现高高速、高高精度的的连续轨轨迹控制制，伺服服特性好好，控制制系统复复杂响应速度度 很高高较高 很高高结构性能能及体积积结构适当当，执行行机构可可标准化化、模拟拟化，易易实现直直接驱动动。功率率/质量量比大，体体积小，结结构紧凑凑，密封封问题较较大结构适当
35、当，执行行机构可可标准化化、模拟拟化，易易实现直直接驱动动。功率率/质量量比大，体体积小，结结构紧凑凑，密封封问题较较小伺服电动动机易于于标准化化，结构构性能好好，噪声声低，电电动机一一般需配配置减速速装置，除除DD电电动机外外，难以以直接驱驱动，结结构紧凑凑，无密密封问题题安全性防爆性能能较好，用用液压油油作传动动介质，在在一定条条件下有有火灾危危险防爆性能能好，高高于10000kkPa(10个个大气压压)时应应注意设设备的抗抗压性设备自身身无爆炸炸和火灾灾危险，直直流有刷刷电动机机换向时时有火花花，对环环境的防防爆性能能较差对环境的的影响液压系统统易漏油油，对环环境有污污染排气时有有噪声无
36、在工业机机器人中中应用范范围适用于重重载、低低速驱动动，电液液伺服系系统适用用于喷涂涂机器人人、点焊焊机器人人和托运运机器人人适用于中中小负载载驱动、精精度要求求较低的的有限点点位程序序控制机机器人，如如冲压机机器人本本体的气气动平衡衡及装配配机器人人气动夹夹具适用于中中小负载载、要求求具有较较高的位位置控制制精度和和轨迹控控制精度度、速度度较高的的机器人人，如AAC伺服服喷涂机机器人、点点焊机器器人、弧弧焊机器器人、装装配机器器人等成本液压元件件成本较较高成本低成本高维修及使使用方便，但但油液对对环境温温度有一一定要求求方便较复杂机器人驱驱动系统统各有其其优缺点点，通常常对机器器人的驱驱动系
37、统统的要求求有：1）驱驱动系统统的质量量尽可能能要轻，单单位质量量的输出出功率要要高，效效率也要要高；2）反反应速度度要快，即即要求力力矩质量量比和力力矩转动动惯量比比要大，能能够进行行频繁地地起、制制动，正正、反转转切换；3）驱驱动尽可可能灵活活，位移移偏差和和速度偏偏差要小小；4）安安全可靠靠；5）操操作和维维护方便便；6）对对环境无无污染，噪噪声要小小；7）经经济上合合理，尤尤其要尽尽量减少少占地面面积。基于上述述驱动系系统的特特点和机机器人驱驱动系统统的设计计要求，本本文选用用直流伺伺服电机机驱动的的方式对对机器人人进行驱驱动。表表2.22为选定定的各个个关节电电机型号号及其相相关参数
38、数。表2.22机器人人驱动电电机参数数电机参数数腰关节肩关节肘关节腕关节手爪型号MAXOON23332MAXOON23332MAXOON23332MULTTIPLLEXSTELLL-SSERVVOMULTTIPLLEXSTELLL-SSERVVO额定电压压18v18v18v6v6v额定转矩矩18.22 Nm18.22 Nm18.22 Nm10.33 Nm10.33 Nm最大转矩矩67.44Nm67.44Nm67.44Nm额定转速速79800rpmm79800rpmm79800rpmm54600rpmm54600rpmm最高转速速转子惯量量92000rpmm18.44gcmmcm92000rpm
39、m18.44gcmmcm92000rpmm18.44gcmmcm2.5传传动方式式由于一般般的电机机驱动系系统输出出的力矩矩较小，需需要通过过传动机机构来增增加力矩矩，提高高带负载载能力。对对机器人人的传动动机构的的一般要要求有：（1）结结构紧凑凑，即具具有相同同的传动动功率和和传动比比时体积积最小，重重量最轻轻；（2）传传动刚度度大，即即由驱动动器的输输出轴到到连杆关关节的转转轴在相相同的扭扭矩时角角度变形形要小，这这样可以以提高整整机的固固有频率率，并大大大减轻轻整机的的低频振振动；（3）回回差要小小，即由由正转到到反转时时空行程程要小，这这样可以以得到较较高的位位置控制制精度；（4）寿寿
40、命长、价价格低。 本文所所选用的的电机都都采用了了电机和和齿轮轮轮系一体体化的设设计，结结构紧凑凑，具有有很强的的带负载载能力，但但是不能能通过电电机直接接驱动各各个连杆杆的运动动。为减减小机构构运行过过程的冲冲击和振振动，并并且不降降低控制制精度，采采用了齿齿形带传传动。齿形带传传动是同同步带的的一种，用用来传递递平行轴轴间的运运动或将将回转运运动转换换成直线线运动，在在本文中中主要用用于腰关关节、肩肩关节和和肘关节节的传动动。 齿形带带传动原原理如图图2.77所示。齿轮带的的传动比比计算公公式为齿轮带的的平均速速度为图2.77 齿形形带传动动2.6制制动器制动器及及其作用用：制动器是是将机
41、械械运动部部分的能能量变为为热能释释放，从从而使运运动的机机械速度度降低或或者停止止的装置置，它大大致可分分为机械械制动器器和电气气制动起起两类。在机器人人机构中中，学要要使用制制动器的的情况如如下： 特殊情况况下的瞬瞬间停止止和需要要采取安安全措施施 停电时，防防止运动动部分下下滑而破破坏其他他装置。机械制动动器： 机械制制动器有有螺旋式式自动加加载制动动器、盘盘式制动动器、闸闸瓦式制制动器和和电磁制制动器等等几种。其其中最典典型的是是电磁制制动器。 在机器器人的驱驱动系统统中常使使用伺服服电动机机，伺服服电机本本身的特特性决定定了电磁磁制动器器是不可可缺少的的部件。从从原理上上讲，这这种制
42、动动器就是是用弹簧簧力制动动的盘式式制动器器，只有有励磁电电流通过过线圈时时制动器器打开，这这时制动动器不起起制动作作用，而而当电源源断开线线圈中无无励磁电电流时，在在弹簧力力的作用用下处于于制动状状态的常常闭方式式。因此此这种制动动器被称称为无励励磁动作作型电磁磁制动器器。又因因为这种种制动器器常用于于安全制制动场合合，所以以也称为为安全制制动器。电气制动动器 电动机机是将电电能转换换为机械械能的装装置，反反之，他他也具有有将旋转转机械能能转换为为电能的的发电功功能。换换言之，伺伺服电机机是一种种能量转转换装置置，可将将电能转转换为机机械能，同同时也能能通过其其反过程程来达到到制动的的目的。但但对于直直流电机机、同步步电机和和感应电电机等各各种不同同类型的的电机，必必须分别别采用适适当的制制动电路路。 本文中中，该机机器人实实验平台台未安装装机械制制动器，因因此机器器人的肩肩关节和和轴关节节在停止止转动的的时候，会会因为重重力因素素而下落落。另外外，由于于各方面面限制，不不方便在在原有机机构上添添加机械械制动器器，所以以只能通通过软件件来实现现肩关节节和轴关关节的电电