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is a of of so of is of of to At of of is so at is to a To be to of of is of of of is an is an it is a it is to a of in of in a is on of of by of of In of of of is to to In of a of of is by of ''''to no is in In is of of On of in is of is in of is of of in s is by is in of is to is to of in is in he is of of in of or of C a. is to be is as of so A t of is of is of of is to in to of of is as so of of to of is In to of of is in or of s be by to a be by or by A is is to to is '' s of is is on to is by At up in of in is 機器人 機器人是典型的機電一體化裝置，它綜合運用了機械與精密機械、微電子與計算機、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機器人產(chǎn)品。機器人產(chǎn)品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動化的進(jìn)程。目前，由于機器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟型、實用化、高 可靠性機器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。 由于我國經(jīng)濟建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污水排放量增長很快，污水處理己經(jīng)擺在了人們的議事日程上來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認(rèn)識到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中是用于污水處理的很有效的污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動化和高效率要求成為經(jīng)濟發(fā)展的必然。 本文結(jié)合塑料一次擠出成型機和塑料抓取機械手的研制過程中出現(xiàn)的問題，綜述近兒年機器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在充分發(fā)揮機、電、軟、硬件各自特點和優(yōu)勢互補的基礎(chǔ)上，對物料抓取機械手整體機械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計，提出了一套經(jīng)濟型設(shè)計方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅(qū)動元件的動力傳遞給機器人機械手相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)各種必要的運動，傳動方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大的蝸輪蝸桿傳動和將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動 的螺旋傳動。機械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機能夠直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無累積誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)的動力元件，因此，在驅(qū)動裝置中采用由步進(jìn)電機構(gòu)成的開環(huán)控制方式，這種方式既能滿足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟性、實用化目的，在此基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電機的功率計一算及選型問題經(jīng)行了分析。 在完成機械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對物料抓取機械手運動學(xué)和動力學(xué)進(jìn)行了分析。運動學(xué)分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)，對操作臂 進(jìn)行了運動學(xué)正、逆問題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動空間的映射，采用齊次坐標(biāo)變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運動學(xué)方程求解問題，對控制系統(tǒng)設(shè)計提供了理論依據(jù)。機器人動力學(xué)是研究物體的運動和作用力之間的關(guān)系的科學(xué)，研究的目的是為了滿足是實時性控制的需要，本文采用牛頓 算出了關(guān)節(jié)力和關(guān)節(jié)力矩，為步進(jìn)電機的選型和動力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。 控制部分是整個物料抓取機械手系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵和核心，它在結(jié)構(gòu)和功 能上的劃分和實現(xiàn)直接關(guān)系到機器人系統(tǒng)的可靠性、實用性，也影響和制約機械手系統(tǒng)的研制成本和開發(fā)周期。在控制主機的選用上，采用結(jié)構(gòu)緊湊、擴展功能強和可靠性高的 業(yè)控制計算機作為主機，配以 主要承擔(dān)系統(tǒng)功能初始化、數(shù)據(jù)運算與處理、步進(jìn)電機驅(qū)動以及故障診斷等功能 ;同時對 的結(jié)構(gòu)特點、功能原理和其高定位功能等給與了分析。硬件是整個控制系統(tǒng)以及極限位置功能賴以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件則是計算機控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，軟件設(shè)計的目的是以最優(yōu)的方式將各部分功能有機的結(jié)合起來，使系統(tǒng)具有較高的運行效率 和較強的可靠性。在物料抓取機械手軟件的設(shè)計上，采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，分為系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和故障狀態(tài)檢測與處理等幾部分。主控計算機和各控制單元之間全部由 聯(lián)系，并且由該卡實現(xiàn)抗干擾等問題，減少外部信號對系統(tǒng)的影響。 步進(jìn)電機的啟停頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最高運行頻率，為了提高工作效率，需要步進(jìn)電機高速運行并快速啟停時，必須考慮它的升，降速控制問題。電機的升降速控制可以歸結(jié)為以某種合理的力一式控制發(fā)送到步進(jìn)電機驅(qū)動器的脈沖頻率，這可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件方法來實現(xiàn)。本文提出了一種算法簡單、易于實現(xiàn) 、理論意義明確的步進(jìn)電機變速控制策略 :定時器常量修改變速控制方案。該方法能使步進(jìn)電機加速度與其力矩 —— 頻率曲線較好地擬合，從而提高變速效率。而且它的計算量比線性加速度變速和基于指數(shù)規(guī)律加速度的變速控制小得多。通過實驗證明了該方法的有效性。 最后，對論文主要研究內(nèi)容和取得的技術(shù)成果進(jìn)行了總結(jié)，提出了存在的問題和不足，同時對機器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了展望。