机器人智能6关节的驱动器

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1、第1章绪论第1章绪论近年来随着人工智能技术、计算机技术以及网络技术等相关技术的飞速发展，机器人在各个领域已经得到了广泛的应用，成为了一类关键的基础设施装备。机器人关节是机器人的重要组成部分，每个完整的机器人系统都是由单个机器人关节驱动器组成。1.1课题发展现状1.1.1国外发展现状目前美国、英国、日本、新加坡、德国、法国、澳大利亚等国家都早已研制出机器人关节控制。如：东芝试制家用机器人“ApriAlpha”，该概念模型配备了新开发的利用分散对象技术的开放式机器人驱动器、控制器，因此可以很容易追加新功能。另外该公司建立了利用分散对象技术的“开放式机器人驱动器架构（ORCA）”，

2、并基于该架构新开发出了其他驱动器以及控制器。采用模块化设计的IRC5驱动器是ABB公司最近推出的第五代机器人控制器，它标志着机器人控制技术领域的一次最重大的革新。值得指出的是，由于将处理速度更高的微处理器引入至机器人驱动器以及控制器，从而显著地提高了机器人运动控制性能，使得机器人制造商能将诸如减振算法、前馈控制、预测算法等先进的现代控制理论嵌入到机器人控制器内。1.1.2国内发展现状我国对机器人的研究始于20世纪70年代，通过“七五”的起步、“八五”和“九五”的科技攻关，我国已经基本掌握了机器人的设计制造技术、控制系统和驱动系统的设计技术和机器人软件和编程等关键技术。在“八五

3、”期间的重点是围绕恶劣的环境的室外的移动式机器人，可用于处理核的废料的遥控移动式作业机器人、壁面爬行式机器人、水下污染自治的机器人、高精度的装配机器人等这五种类型而展开了先进的机器人的控制技术研究。在“九五”期间的重点则围绕汽车、家电等工业的机器人产业化和以水下6000米的机器人为代表的特种式机器人等的方面开展的先进机器人的关键技术和应用示范的研究。在“十五”期间则进一步拓宽了机器人的技术向自动化装备技术方面的发展：一方面是围绕国家急需要的关键性基础装备，其中包括了高精尖数控机床、全断面盾构掘进机、工程机械和自动化生产线等，开展了相应的关键性技术和应用示范研究；另一方面是围绕

4、国家以及社会发展所需求的机器人和自动化装备，包括深海载人潜器、仿生仿人机器人、危险作业与反恐防爆机器人、医疗外科机器人等方面，开展了先进机器人驱动器以及控制器的研究。机器人关节驱动控制器在我国应用的主要问题是：（1）机器人关节驱动器价格昂贵，许多企业和科学研究机构无法承受；-5-第1章绪论（2）机器人关节驱动器的许多标定基础是以国外标准进行的，由于技术保密和系统参数的修订，只能由机器人驱动器生产厂家来进行，无法适应我国产品品种多的现状。总之，无论从高校还是从企业来看，对机器人驱动器的研究都已有很大的进展。虽然还是落后于发达国家的研究水平，但随着我国对科研研究力度的加大，对机器

5、人关节驱动的研究将更为深入，相信在不久的将来会研制出更加先进的机器人关节驱动器以及控制器。1.2课题设计要求（1）设计一个机器人智能6关节的驱动器；（2）该驱动器能够通过人机界面控制机器人关节的相关动作：正反发行运动、速度及精确位置控制等；（3）要能够在人机界面上显示当前关节的实际位置；（4）整个装置要实现6关节联动；（5）可以通过人机界面人工设定电机的转速以及加速度等信息。技术参数要求：（1）驱动器功率大于100W；（2）电机功率大于50W；（3）位置分辨率小于±0.36º；（4）电机转速：600-3000r/m。1.3本章小结由于机器人关节驱动器的价格昂贵，我们设计一个机

6、器人智能6关节的驱动器，并且能够通过人机界面对该驱动器进行正反发行运动、速度及精确位置的手动控制，从而让该关节到达预想的高精度的位置并且显示出来。-5-第2章系统设计方案-5-第2章系统设计方案第2章系统设计方案机器人智能关节驱动器包括硬件电路和软件系统。硬件电路是软件系统的载体，因此，设计机器人智能关节驱动器的电气部分先得确定硬件电路的设计方案，然后再通过软件系统控制其工作。2.1方案的总体设计该系统是基于精密运动控制器，并且利用CAN现场总线与其他控制器进行通信的。机器人智能关节驱动器的总体设计方框图如下图2—1所示。图2—1系统设计方框图在人机界面设定好各个运动参数后，

7、通过主单片机向CAN总线发送数据，完成上位机的工作流程；后来当CAN总线接收到预执行的命令后，向下位机发出指令，从而控制电机的启停及预停留的位置，从而完成下位机的工作。当然，下位机的系统方框图如下图2—2所示：-5-第2章系统设计方案图2—2下位机的系统框图2.2系统各模块的选择2.2.1电机的选择传统的直流电动机采用电刷，采用机械的方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，所以就会产生噪声、电火花、电磁干扰、摩擦损伤，使得电机的寿命缩短，而且还需要经常维修。一般的永磁无刷直流电机主要由电机本体、位置传感器