主從機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　主從機(jī)械手</b></p><p><b>　　作 者： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　2013年5月</b></p><p><b>　　摘要&

2、lt;/b></p><p>　　在當(dāng)今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認(rèn)同并采用。工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和應(yīng)用程度在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化的水平，目前，工業(yè)機(jī)器人主要承擔(dān)著焊接、噴涂、搬運(yùn)以及堆垛等重復(fù)性并且勞動(dòng)強(qiáng)度極大的工作，工作方式一般采取示教再現(xiàn)的方式。</p><p&g

3、t;　　主從機(jī)械手的的設(shè)計(jì)思路為：設(shè)計(jì)一個(gè)主動(dòng)機(jī)器人作為操作端來(lái)使用，操作人員按照自己的意圖控制主動(dòng)機(jī)器人的末端執(zhí)行器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，那么主動(dòng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)中生成的信號(hào)值就是作為發(fā)往從動(dòng)端機(jī)器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)指令值。主從式機(jī)器人分為單向式與雙向式，在雙向式操作系統(tǒng)中，從動(dòng)機(jī)器人在操作中的有關(guān)力度等信息可以反饋給操作人員，以便其加以調(diào)整力量大小。</p><p>　　首先，本文將設(shè)計(jì)機(jī)器人的底座、大臂、小臂和機(jī)械手的結(jié)

4、構(gòu)，然后選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式，搭建機(jī)器人的結(jié)構(gòu)平臺(tái)；在此基礎(chǔ)上，本文將設(shè)計(jì)該機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括舵機(jī)設(shè)置、AD（AD沒(méi)有轉(zhuǎn)換模式）設(shè)置和IO設(shè)置，重點(diǎn)加強(qiáng)控制軟件的可靠性和機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程的安全性，最終實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括：關(guān)節(jié)的制動(dòng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主從機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)、抓取情況、主從機(jī)械手的編程和在線修改程序、以及機(jī)械手的抓取情況。</p><p>　　關(guān)鍵詞：主從機(jī)械手，編程，舵機(jī)，制動(dòng)</p><p>

5、;<b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In today's mass manufacturing, the enterprises to improve production efficiency, ensure product quality, generally attaches great importance to the production proc

6、ess automation, industrial robot as an important member of automation production line by enterprise gradually is accepted and adopted. Industrial robot technology level and application level in a certain extent reflects

7、a country's industrial automation level, at present, the industrial robot is mainly responsible for welding, spraying</p><p>　　Design idea of master-slave manipulator is: the design of an active robot as

8、 operation use, operation personnel according to his intentions active robot control actuators for movement, at the end of the active signal value generated in each joint of the robot is as to the driven end driving inst

9、ruction value of each joint. Master-slave robot is divided into a unidirectional and bidirectional type, in a double type operating system, driven robot in the operation of the strength and other informat</p><

10、p>　　First of all, in this paper, the design of the robot base, arm, forearm, and the structure of the manipulator, and then choose the appropriate drive mode, drive mode, set up the structure of the robot platform; On

11、 this basis, this paper will design the robot's control system, including the steering gear set, AD (AD no conversion mode) to set up and the IO Settings, focus on strengthening the reliability of the control softwar

12、e and robot operation security, achieve the goal of including: joint se</p><p>　　KEY WORDS：steering engine，magic hand，programming，apply the brake</p><p><b>　　目　　錄</b></p><

13、p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 機(jī)器人的概述1</p><p>　　1.2 機(jī)械手的歷史、現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 機(jī)械手的發(fā)展趨

14、勢(shì)4</p><p>　　第2章 主從機(jī)械手的硬件配置6</p><p>　　2.1 MultiFLEX控制器6</p><p>　　2.1.1 MultiFLEX介紹6</p><p>　　2.1.2 MultiFLEX的特點(diǎn)6</p><p>　　2.1.3 MultiFLEX功能概述7</p&g

15、t;<p>　　2.2 CDS5500機(jī)器人舵機(jī)7</p><p>　　2.2.1 CDS5500的功能概述7</p><p>　　2.2.2 CDS5500的特點(diǎn)8</p><p>　　2.3 UP-Debugger 多功能調(diào)試器8</p><p>　　第3章 主從機(jī)械手的軟件介紹10</p><

16、p>　　3.1 NorthSTAR軟件10</p><p>　　3.1.1 NorthSTAR包括以下三個(gè)部分的功能10</p><p>　　3.1.2 NorthSTAR的工程界面如圖3-110</p><p>　　3.2 舵機(jī)調(diào)試軟件RobotSevo_Terminal11</p><p>　　第4章 主從機(jī)械手的搭建12

17、</p><p>　　4.1 舵機(jī)組裝12</p><p>　　4.2 機(jī)械臂拼接12</p><p>　　4.3 機(jī)械手搭建完成如圖13</p><p>　　第5章 主從機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)14</p><p>　　5.1 RobotSevo_Terminal軟件的設(shè)計(jì)14</p><p&g

18、t;　　5.2 主從機(jī)械手的流程圖15</p><p>　　5.3 NorthSTAR軟件的設(shè)計(jì)及編程17</p><p><b>　　結(jié)　　論18</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)19</p><p><b>　　致　　謝20</b></p><p>　

19、　附錄：NorthSTAR程序代碼21</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　機(jī)器人的概述</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化

20、的有效辦法；程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效地解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)器人的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　“工業(yè)機(jī)器人”（Industrial Robot）：多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具的裝置（國(guó)內(nèi)稱作工業(yè)機(jī)器人或通用機(jī)器人）。<

21、;/p><p>　　機(jī)器人是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)器人稱為專用機(jī)器人，而把工業(yè)機(jī)械人稱為通用機(jī)器人。</p><p>　　簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人就是用機(jī)器代替人手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。</p><p&g

22、t;　　機(jī)器人一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)器人，也即本文所研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)（Manipulator）。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過(guò)操作機(jī)來(lái)完成特定的作業(yè)，后來(lái)發(fā)展到用無(wú)線電訊號(hào)操作機(jī)器人來(lái)進(jìn)行探測(cè)月球等。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于

23、這一范疇。第三類是專業(yè)機(jī)器人，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)器人在國(guó)外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　要機(jī)器人像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類似于指、腕、臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那

24、樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了機(jī)器人的性能。一般而言，機(jī)器人通常就是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。</p><p>　　圖1-1 機(jī)器人的一般組成</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)器人而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)器人“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲避障礙物，以及機(jī)器人的觸覺(jué)裝置

25、。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)器人的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所期望實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。</p><p>　　機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器人賴以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－

26、傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿足機(jī)器人各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)器人分為機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。</p><p>　　圖1-2 機(jī)器人各組成部分之間的關(guān)系</p><p><b>　　機(jī)械手的

27、歷史、現(xiàn)狀</b></p><p>　　機(jī)械手是在早期就有的古機(jī)器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，我國(guó)古代的機(jī)關(guān)人制造者是最早研究有關(guān)機(jī)械手、關(guān)節(jié)活動(dòng)等問(wèn)題的.現(xiàn)代機(jī)械手的研究始于20世紀(jì)中期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世，計(jì)算機(jī)取得了驚人的進(jìn)步，向高速度、大容量、低價(jià)格的方向發(fā)展。同時(shí)，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)展，又為機(jī)器人的開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核

28、能技術(shù)的研究要求某些操作機(jī)械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國(guó)于1947年開(kāi)發(fā)了遙控機(jī)械手，1948年又開(kāi)發(fā)了機(jī)械式的主從機(jī)械手。</p><p>　　機(jī)械手配件最先從美國(guó)開(kāi)始研制。1954年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。該專利的要點(diǎn)是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作示教，機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控

29、制方式。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實(shí)用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國(guó)AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p><p>　　機(jī)械手配件主

30、要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手

31、的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可

32、分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手。在不同領(lǐng)域中使用的機(jī)械手也不盡相同,如注塑機(jī)機(jī)械手配件就有:吸盤系列、抱具系列、夾具系列等等不同的種類。</p><p>　　機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛

33、造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。</p><p><b>　　機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　目前國(guó)內(nèi)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。所以，在國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄造、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件，在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)的發(fā)展通用機(jī)械手，有條件

34、的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合機(jī)械手等。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以便更好的發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)連用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。</p><p>　　國(guó)外機(jī)械手在機(jī)械制造行業(yè)中應(yīng)用較多，發(fā)展也很快。目前主要用于機(jī)床、橫鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)，它可按照事先指定的作業(yè)程序來(lái)完成規(guī)

35、定的操作。國(guó)外機(jī)械數(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某種智能的機(jī)械手。使它具有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，作相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍許偏差時(shí)，即能更正并自行檢測(cè)，重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。目前已經(jīng)取得一定成績(jī)。</p><p>　　世界高端工業(yè)機(jī)械手均有高精化，高速化，多軸化，輕量化的發(fā)展趨勢(shì)。定位精度可以滿足微米及亞微米級(jí)要求，運(yùn)行速度可以達(dá)到3M/S，量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到6軸，負(fù)載2KG的產(chǎn)品系統(tǒng)總重已突破10

36、0KG。更重要的是將機(jī)械手、柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。同時(shí)，隨著機(jī)械手的小型化和微型化，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)突破傳統(tǒng)的機(jī)械領(lǐng)域，而向著電子信息、生物技術(shù)、生命科學(xué)及航空航天等高端行業(yè)發(fā)展。</p><p>　　主從機(jī)械手的硬件配置</p><p>　　MultiFLEX控制器</p><p>　　MultiFLEX介紹

37、</p><p>　　MultiFLEX2-AVR控制器是一款小型機(jī)器人通用控制器?？刂破鞑捎肁VR系列ATmega128單片機(jī)作為主處理器。ATmega128能夠運(yùn)行在16MHz 的頻率下，對(duì)于輕量級(jí)的自動(dòng)控制系統(tǒng)而言有足夠的數(shù)據(jù)處理能力。MultiFLEX2-AVR 控制器可以處理IO、AD 和總線數(shù)據(jù)，控制R/C舵機(jī)、數(shù)字舵機(jī)，是構(gòu)建小型機(jī)器人的最佳選擇。</p><p>　　Mul

38、tiFLEX的特點(diǎn)</p><p>　　高運(yùn)算能力、低 耗、體積小。</p><p>　　520MHz、32位的高性能嵌入式處理器和Linux操作系統(tǒng) ，運(yùn)算處理能力強(qiáng)大，而功耗不到 2W ；體積小巧。</p><p><b>　　控制接口豐富。</b></p><p>　　可以控制 R\C 舵機(jī)、機(jī)器人總線舵機(jī)，直流

39、電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)等。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)接口豐富。</b></p><p>　　12路雙向IO 接口，8 路10位精度的 AD 接口 ；RS-422 總線、以太網(wǎng)接口、USB接口。</p><p><b>　　多種開(kāi)發(fā)環(huán)境。</b></p><p>　　配套 NorthSTAR圖形化集成開(kāi)

40、發(fā)環(huán)境 ，純代碼開(kāi)發(fā)環(huán)境；</p><p><b>　　接口開(kāi)放徹底。</b></p><p>　　MultiFLEX2-AVR 開(kāi)放所有底層函數(shù)接口 ，用戶就可以直接用這些函數(shù)編寫(xiě)程序。如圖2-1為MultiFLEX的模塊。</p><p>　　圖2-1MultiFLEX的模塊</p><p>　　MultiFLEX功

41、能概述</p><p>　　MultiFLEX.2-AVR 控制器功能高度集成，具有12路IO、8路10位精度的AD接口，能夠控制R/C舵機(jī)、機(jī)器人舵機(jī)，具有RS-232 接口和RS-422 總線接口，足以勝任常規(guī)機(jī)器人控制；MultiFLEX.2-AVR控制器開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，使用配套的圖形化集成開(kāi)發(fā)環(huán)境NorthStar，您只需編寫(xiě)程序邏輯流程圖，程序就能夠自動(dòng)生成C代碼，編譯后下載到控制器后就可實(shí)現(xiàn)控制器的各種控制

42、功能。此外，控制器也支持AVRStudio，Eclipse 等IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境。我們?yōu)镸ultiFLEX.2-AVR 控制器編寫(xiě)了功能完善的服務(wù)程序模板，并將所有功能函數(shù)做了封裝，提供方便調(diào)用的API 接口，如果您熟悉C語(yǔ)言，就可以直接調(diào)用這些函數(shù)接口編寫(xiě)程序，不用費(fèi)心編寫(xiě)調(diào)試單片機(jī)底層程序，將注意力放在機(jī)器人上層控制算法上。</p><p>　　CDS5500機(jī)器人舵機(jī)</p><p>　

43、　CDS5500的功能概述</p><p>　　大扭矩：10Kgf? cm 的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出扭矩，大于20Kgf? cm 位置保持扭矩位置伺服控制模式下轉(zhuǎn)動(dòng)范圍0-300°高轉(zhuǎn)速：最高0.16s/60°輸出轉(zhuǎn)速在速度控制模式下可連續(xù)旋轉(zhuǎn)，調(diào)速DC 6.5V～8.4V 寬電壓范圍供電總線連接，理論可串聯(lián)254 個(gè)單 0.32°位置分辨率高達(dá)1M 通訊波特率雙端輸出軸，適合安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)

44、0.25KHz 的伺服更新率高精度全金屬齒輪組，雙滾珠軸承兼容Robotis Dynamixel 通訊協(xié)議連接處O 型環(huán)密封，防塵防濺水具備位置、溫度、電壓、速度反饋，如圖2-2舵機(jī)的外形 。 圖2-2舵機(jī) </p><p>　　CDS5500的特點(diǎn)</p><p>　　控制精度高。位置

45、伺服控制分辨率可達(dá)0.3度。</p><p>　　響應(yīng)速度快。響應(yīng)時(shí)間可達(dá)2ms，而傳統(tǒng)航模舵機(jī)為20ms。</p><p>　　通過(guò)串行總線控制，可最多連接數(shù)百個(gè)單元；每個(gè)單元均具有位置、速度、力矩等反饋，用CDS系列舵機(jī)搭建的機(jī)器人可以用人工示教來(lái)設(shè)定動(dòng)作；即用戶用手調(diào)整機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)姿態(tài)，機(jī)器人舵機(jī)能夠自動(dòng)記錄位置、速度等參數(shù)，并由用戶播放。不再需要一個(gè)關(guān)節(jié)一個(gè)關(guān)節(jié)地設(shè)置參數(shù)，不再

46、需要設(shè)置參數(shù)后再觀察關(guān)節(jié)是否到位、參數(shù)是否合適。</p><p>　　能整周旋轉(zhuǎn)，適合用在機(jī)器人關(guān)節(jié)上，也可作為輪式機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　具有強(qiáng)大的保護(hù)功能?？梢韵拗齐娏?、溫度等參數(shù)，如果溫度過(guò)高等可以報(bào)警自動(dòng)停機(jī)，防止損壞。</p><p>　　UP-Debugger 多功能調(diào)試器</p><p>　　CDS55xx的參數(shù)

47、設(shè)置和調(diào)試需要使用UP-Debugger 多功能調(diào)試器來(lái)完成。調(diào)試時(shí)，將使用UP-Debugger 多功能調(diào)試器的Servo 模式。</p><p>　　通過(guò)模式選擇按鈕可以讓調(diào)試器的工作模式在RS232、AVRISP、SERVO 之間相互切換。調(diào)試CDS55xx 時(shí)，需要通過(guò)模式選擇按鈕將功能切換到SERVO 模式。具體功能及接口定義如圖2-3所示：</p><p>　　如圖2-3多功能

48、調(diào)試器接口定義圖</p><p>　　主從機(jī)械手的軟件介紹</p><p>　　NorthSTAR軟件</p><p>　　NorthSTAR包括以下三個(gè)部分的功能</p><p>　　用圖形化、可視化的方式給機(jī)器人編程，同步生成C 語(yǔ)言代碼，在后臺(tái)編譯、并下載到機(jī)器人控制器上執(zhí)行；</p><p>　　集成3D仿真。

49、可進(jìn)行動(dòng)作仿真、步態(tài)及路徑規(guī)劃等。仿真數(shù)據(jù)輸入圖形編程環(huán)境；</p><p>　　集成實(shí)時(shí)、可視化數(shù)據(jù)采集與顯示。類似虛擬示波器的功能，能在機(jī)器人運(yùn)行的時(shí)候?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)器人各部分的數(shù)據(jù)，并用波形的方式顯示在PC機(jī)上</p><p>　　NorthSTAR的工程界面如圖3-1</p><p>　　圖3-1NorthSTAR的工程界面</p><p&g

50、t;　　舵機(jī)調(diào)試軟件RobotSevo_Terminal</p><p>　　RobotSevo_Terminal.exe，是舵機(jī)專用調(diào)試軟件。調(diào)試CDS55xx 數(shù)字舵機(jī)時(shí)，首先建立正確的電氣連接，然后在PC 上運(yùn)行RobotSevoTerminal。注意將UP-Debugger 多功能調(diào)試器切換到Servo模式。下圖為舵機(jī)的電氣連接。</p><p>　　3-2舵機(jī)電氣連接圖</

51、p><p><b>　　主從機(jī)械手的搭建</b></p><p><b>　　舵機(jī)組裝</b></p><p><b>　　下圖為舵機(jī)的組裝</b></p><p><b>　　圖4-1舵機(jī)組裝</b></p><p><b>

52、;　　機(jī)械臂拼接</b></p><p><b>　　下圖為機(jī)械臂的拼接</b></p><p>　　圖4-2機(jī)械臂的拼接</p><p><b>　　機(jī)械手搭建完成如圖</b></p><p><b>　　向下低的機(jī)械手</b></p><p&

53、gt;　　圖4-3從機(jī)械手在模仿主機(jī)械手</p><p>　　主從機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　RobotSevo_Terminal軟件的設(shè)計(jì)</p><p>　　舵機(jī)出廠時(shí)有一套默認(rèn)參數(shù)，ID默認(rèn)為1，使用之前，一般只需要改變舵機(jī)的ID即可。具體操作步驟如下：</p><p>　　連接調(diào)試器，舵機(jī)和直流電源；</p>

54、<p>　　啟動(dòng)RobotServoTemrminal軟件；</p><p>　　在Com輸入框輸入調(diào)試器所對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，Baud選擇1000000（默認(rèn)值），點(diǎn)擊“Open”按鈕打開(kāi)串口；打開(kāi)成功后，右側(cè)的綠燈會(huì)變成紅色；如圖所示</p><p>　　根據(jù)需要選擇查詢模式。只連接了一個(gè)舵機(jī)，所以選擇“Single Baund”</p><p>　　設(shè)置好

55、模式后，點(diǎn)擊“Search”開(kāi)始搜索，右側(cè)會(huì)出現(xiàn)搜索信息；如果連接正確，相應(yīng)的舵機(jī)ID和波特率會(huì)出現(xiàn)在列表框。如圖5-1所示</p><p>　　圖5-1相應(yīng)的舵機(jī)ID和波特率</p><p>　　按照此方法修改 其他舵機(jī)的ID。</p><p><b>　　主從機(jī)械手的流程圖</b></p><p>　　如圖5-2主從

56、機(jī)械手流程圖</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b>

57、;</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p><b>　　否</b><

58、/p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖5-2主從機(jī)械手的流程圖</p><p>　　NorthSTAR軟件的設(shè)計(jì)及編程</p><p>　　打開(kāi)NorthSTAR軟件新建工程</p><p><b>　　設(shè)置舵機(jī)</b></p><p&g

59、t;<b>　　添加控件設(shè)置參數(shù)</b></p><p><b>　　連線</b></p><p><b>　　編譯</b></p><p>　　主從機(jī)械手的完整程序?yàn)橄聢D5-3</p><p>　　圖5-3主從機(jī)械手的模塊圖</p><p><b

60、>　　結(jié)　　論</b></p><p>　　本文在對(duì)主從機(jī)械手的結(jié)構(gòu)、原理的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)、組裝并調(diào)試成功了一個(gè)四自由度的主從機(jī)械手。在主從機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度都符合要求的情況下，功能上也能達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)的目的，即能夠分別實(shí)現(xiàn)從機(jī)械手跟隨主機(jī)械手向左轉(zhuǎn)，向右轉(zhuǎn)，手臂擺動(dòng)，手爪的抓放物體等功能。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b><

61、/p><p>　　梅隆.機(jī)器人[M] .劉榮，譯，北京：科普及出版社，2008.</p><p>　　哈里.亨德森.現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)[M] .管琴，譯.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2008.</p><p>　　瓊斯.機(jī)器人編程：基于行為的機(jī)器人實(shí)戰(zhàn)指南[M] .原魁，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　庫(kù)克.機(jī)器人制作入門

62、篇[M] .崔維娜，譯.</p><p>　　徐俊輝.“創(chuàng)意之星”機(jī)器人套件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[M] .北京：博創(chuàng)科技.</p><p>　　張伯鵬等.機(jī)器人工程基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p>　　徐繽昌，闕至宏.機(jī)器人控制工程.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1991.</p><p>　　高德林，王康華編譯.機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論.上海：上海交通大

63、學(xué)出版社，1998.</p><p>　　陸祥生，楊秀蓮.機(jī)械手-理論及應(yīng)用.北京：中國(guó)鐵道出版社，1985.</p><p>　　理查德.摩雷.機(jī)器人操作的數(shù)學(xué)導(dǎo)論.徐衛(wèi)良，錢瑞明譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版</p><p><b>　　社，1998.</b></p><p>　　殷際英，何廣平.關(guān)節(jié)型機(jī)器人.北京：化學(xué)工業(yè)

64、出版社，2003.</p><p>　　郭宇光.機(jī)器人發(fā)展的歷史.現(xiàn)狀.趨勢(shì)，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.</p><p><b>　　致　　謝</b></p><p>　　為期十二周的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，回顧整個(gè)過(guò)程，我深有感受。xx老師為我們分析了各部件的功能特性和構(gòu)造，避免了我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的盲目性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我翻閱了大量

65、的相關(guān)資料，同時(shí)將大一至大三上學(xué)期所學(xué)的相關(guān)專業(yè)課本認(rèn)真的溫習(xí)了一邊，增加了很多理論知識(shí)。以前對(duì)機(jī)器人的了解不是太多，這次的課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)機(jī)器人有了新的認(rèn)識(shí)，尤其是機(jī)械手。</p><p>　　知識(shí)的鞏固固然重要，但能力的培養(yǎng)同樣不可忽略。我覺(jué)得這次設(shè)計(jì)的完成,不僅鍛煉了我搞設(shè)計(jì)的工作能力，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力，解決困難的方法，并且也培養(yǎng)了我獨(dú)立﹑創(chuàng)新﹑力求先進(jìn)的思想。同時(shí)我認(rèn)識(shí)到：無(wú)論做什么事，只要你深入的去

66、做，難事不難，但如果你不去用心的做，易事不易。機(jī)不可失，我在這次的設(shè)計(jì)中傾注了大量的心血，盡一切力量爭(zhēng)取將設(shè)計(jì)做到在最好。我認(rèn)為我在這段時(shí)間內(nèi)所有的收獲，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作會(huì)是一筆難得的財(cái)富。</p><p>　　xx老師總是耐心地給我講解有關(guān)方面的知識(shí)，及時(shí)了解我設(shè)計(jì)中遇到的難題，使我得以在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作，同時(shí)教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，xx老師以及其

67、他指導(dǎo)老師付出了辛勤的勞動(dòng)，在此向他們表示衷心的感謝。此次設(shè)計(jì)的圓滿完成與同組其他人員的通力合作也是分不開(kāi)的，他們給了我許多幫助和指點(diǎn)，在此一并表示衷心感謝！</p><p>　　由于自己能力所限，時(shí)間倉(cāng)促,設(shè)計(jì)中還存在許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)給予批評(píng)指正。</p><p>　　附錄：NorthSTAR程序代碼</p><p>　　#include &quo

68、t;Apps/SystemTask.h"</p><p>　　uint8 SERVO_MAPPING[11] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11};</p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　MFInit();<

69、;/b></p><p>　　MFInitServoMapping(&SERVO_MAPPING[0],11);</p><p>　　MFSetPortDirect(0x0000003F);</p><p>　　MFSetServoMode(1,0);</p><p>　　MFSetServoMode(2,0);</p&g

70、t;<p>　　MFSetServoMode(3,0);</p><p>　　MFSetServoMode(4,0);</p><p>　　MFSetServoMode(5,0);</p><p>　　MFSetServoMode(6,0);</p><p>　　MFSetServoMode(7,0);</p>&

71、lt;p>　　MFSetServoMode(8,0);</p><p>　　MFSetServoMode(9,0);</p><p>　　MFSetServoMode(10,0);</p><p>　　MFSetServoMode(11,0);</p><p><b>　　//從機(jī)械手靜止</b></p>

72、;<p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(

73、5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p

74、>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>　　//主機(jī)械手動(dòng)作信息的傳遞</p><p><b>　　while (1)</b></p>&

75、lt;p><b>　　{</b></p><p><b>　　//主機(jī)械手抬起 </b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,

76、512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　

77、MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p>

78、<p><b>　　if (!)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//從機(jī)械手抬起</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,51

79、2,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>

80、　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512)

81、;</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//主機(jī)械手放下</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,

82、512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p&g

83、t;　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,51

84、2);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　if (!)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//從機(jī)械手放下</b></p><p>　　MFSetServoPos(

85、1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p

86、>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,5

87、12);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//主機(jī)械手松開(kāi)</b></p><p>　　MFSetServoPo

88、s(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><

89、;p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512

90、,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　if (!)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//從

91、機(jī)械手松開(kāi)</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p>&

92、lt;p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,51

93、2,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/

94、/主機(jī)械手抓取</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p>

95、<p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,

96、512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><b>　　if (!)</b></p><p><b

97、>　　{</b></p><p><b>　　//從機(jī)械手抓取</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p>

98、;<p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(

99、8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p><

100、;b>　　}</b></p><p><b>　　//主機(jī)械手旋轉(zhuǎn)</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p&

101、gt;<p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPo

102、s(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p><p>　　MFServoAction();</p><p>&

103、lt;b>　　if (!)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　//從機(jī)械手旋轉(zhuǎn)</b></p><p>　　MFSetServoPos(1,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(2,512,512);</

104、p><p>　　MFSetServoPos(3,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(4,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(5,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(6,512,512);</p><p>　　MFSetServo

105、Pos(7,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(8,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(9,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(10,512,512);</p><p>　　MFSetServoPos(11,512,512);</p>