愛普生機器人的應用開發(fā)研究設計說明

1、 畢 業(yè) 論 文設 計 課題：愛普生機器人的應用開發(fā)研究 專業(yè)（系）： 電氣 工程系 班 級： 工業(yè)控制102 鐵道職業(yè)技術學院電氣工程系畢業(yè)設計任務書專業(yè)：工業(yè)控制 班級：工控102 填表日期：2012 年12月3日指導教師職稱聯(lián)系學生龍啟貴課題名稱 愛普生機器人的應用開發(fā)研究課 題 工 作 容G系列機械手根據(jù)獨自的敏捷動作控制技術、在業(yè)界實現(xiàn)最高級別的高速.高精度.低振動水平。并且以客戶設計生產(chǎn)為重強化了產(chǎn)品規(guī)格和性能，設計了適合多種產(chǎn)品生產(chǎn)和能應用于多水、多油環(huán)境的機器人。而且和控制器RC520一塊使用、即使第一次使用的客戶也能夠簡單地使用性價比如此高的機器人。1.主要特長（1）具有敏捷

2、的動作能縮短作業(yè)時間（2）具有高精度和柔軟直線、圓弧動作對涂布作業(yè)能提高質量（3）能安裝針對多品種多抓取物的大型復合抓手（4）針對各種使用環(huán)境提供豐富的產(chǎn)品選折（5）根據(jù)設備規(guī)格有多種安裝方式（6）具有高速低振動、為了最適合機器人動作采用了可調諧新加減速度等愛普生獨有的控制技術。（7）采用高剛性能彎曲扭曲的殼體做手臂。2. 主要用途（1）搬運（2）沖壓（3）包裝（4）噴漆（5）注塑（6）密封（7）上下料（9）擦玻璃指標（目標）要求1、目標（1）、了解EPSON機械手的基本結構（2）、熟悉EPSON機械手的基本動作（3）、認識RC+5.0軟件的基本功能（4）、掌握RC+5.0軟件的基本程序編寫2

3、、要求愛普生機械手起始于開發(fā)SEIKO手表的機械手，開發(fā)是為了制造前所未有的能夠高精度、高效率的安裝精密部件的機械手。如今愛普生機械手超越原來所具有的高精度、高速度、高可靠性正向著節(jié)省空間、節(jié)省能源的技術邁進。其中6軸機器人有6個關節(jié)（自由度），適用于幾乎任何軌跡或角度的工作，可以自由編程，完成全自動化的工作，提高生產(chǎn)效率。進程安排（1）第1周：落實畢業(yè)設計任務，明確工作容，部署畢業(yè)設計各項工作。（2）第2周：查閱與課題相關或針對性強的文獻510篇，閱讀并進行歸納、總結。（3）第3周：進行系統(tǒng)分析，主要是需求分析。（4）第4周：根據(jù)任務，查閱相關技術資料，進行數(shù)據(jù)庫設計和架構設計。（5）第5周

4、：系統(tǒng)實現(xiàn)。（6）第6周：系統(tǒng)調試、測試、修改、完善。（7）第7周：整理資料，撰寫畢業(yè)設計論文。（8）第8周：制作答辯PPT講稿，做好畢業(yè)答辯各項準備工作。主要參考文獻1 2 .chem17./st95038/sale_4234372.html3 .tudou./programs/view/As-e5mJS7CY/4 v.youku./v_show/id_XMTQ1MzkyNzI0.html5 地點鐵道職業(yè)技術學院起止日期2012.11.32012.12.30系主任： 指導教師（簽名）： 年 月 日 年 月 日說明：畢業(yè)設計任務書由指導教師根據(jù)課題的具體情況填寫，經(jīng)系部審核簽字后生效。此任務書

5、在畢業(yè)設計工作開始前一周填寫并發(fā)給學生。摘 要 隨著社會的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力在不斷進步，推動著科技的進步與革新，以建立更加合理的生產(chǎn)關系。自工業(yè)革命以來，人力勞動已經(jīng)逐漸被機械所取代，而這種變革為人類社會創(chuàng)造出巨大的財富，極推動了人類社會的進步。工業(yè)機器人的出現(xiàn)是人類在利用機械進行社會生產(chǎn)史上的一個里程碑。在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線成套設備已成為自動化裝備的主流與未來的發(fā)展方向。國外汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械等行業(yè)已經(jīng)大量使用工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品質量，提高生產(chǎn)效率，同時避免了大量的工傷事故。全球諸多國家近半個世紀的工業(yè)機器人的使用實踐表明，工業(yè)機器人的普與是實現(xiàn)自動

6、化生產(chǎn)，提高社會生產(chǎn)效率，推動企業(yè)和社會生產(chǎn)力發(fā)展的有效手段。機器人技術是綜合了許多學科的知識，例如計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術，是當今研究領域十分重視的課題，機器人在很多領域都得到廣泛應用。機器人的應用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志，因而受到各先進工業(yè)國家的重視，投入大量人力物力加以研究和應用。 本論文在已有理論基礎上，針對以往研究的知識和經(jīng)驗，根據(jù)實際使用要求，以六自由度的關節(jié)型機器人結構為方案;但由于機器人結構原理都比較復雜，而我們現(xiàn)有的材料相當有限，所以本論文只是介紹了機器人的一般結構和一些簡單的原理以與機器人編程軟件認識和

7、程序編寫。由于本人的知識水平有限，如果文中有出現(xiàn)錯誤的地方，還望您諒解。 關鍵詞：飼服電動機、步進電動機、加速度、自由度、RC+5.045 / 51目 錄第一章緒論11.1機器人的研究意義11.2 機器人研究與應用現(xiàn)狀21.3 論文組織結構4第二章機器人的結構與裝配52.1 機器人結構與工作原理52.1.1 機器人的結構52.1.2 機器人的工作原理122.2 機器人的裝配142.2.1機器人的裝配工藝與流程142.2.2機器人的電氣線路連接172.2.3機器人的主要技術參數(shù)20第三章 EPSON RC+5.0 軟件介紹213.1 機器人軟件環(huán)境213.1.1 EPSON RC+5.0 用戶界

8、面213.1.2 EPSON RC+5.0 開發(fā)軟件的使用223.2 開發(fā)實例24第四章機器人系統(tǒng)開發(fā)與調試274.1 研究的問題與其要求274.1.1 研究存在的問題274.1.2 機器人寫字要求284.2 機器人系統(tǒng)開發(fā)284.3 機器人系統(tǒng)調試294.3.1系統(tǒng)調試294.3.2 程序編寫32第五章總結與展望405.1 總結405.2 展望41致42參考文獻43第一章 緒論1.1 機器人的研究意義 我國的機器人研究開發(fā)工作始于20世紀70年代初，到現(xiàn)在已經(jīng)歷了30年的歷程。前10年處于研究單位自行開展研究工作狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關計劃，發(fā)展比較快。特別是在“七五

9、”、“八五”、“九五”機器人技術國家攻關、“863”高技術發(fā)展計劃的重點支持下，我國的機器人技術取得了重大發(fā)展。 據(jù)統(tǒng)計，“九五”期間，我國工業(yè)機器人的需求量以每年30以上的速度增長。2000年，我國工業(yè)機器人的擁有量約為3500臺，其中以點焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運、沖壓等各類機器人為主，銷售額為67億元。19862000年產(chǎn)品銷量如表3所示。據(jù)有關專家預測，我國機器人2005年擁有量將增至7600臺，年銷售額為28.7億元；2010年擁有量為17300臺，年銷售額為93.1億元。根據(jù)發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級的歷程和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，到2015年中國機器人市場的容量約達十幾萬臺套

10、。我國近幾年機器人自動化生產(chǎn)線已經(jīng)不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。隨著我國工業(yè)企業(yè)自動化水平的不斷提高，機器人自動化線的市場也會越來越大，并且逐漸成為自動化生產(chǎn)線的主要方式。我國機器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進制造裝備轉型的時期，這就給機器人自動化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機。據(jù)預測，目前我國僅汽車行業(yè)、電子和家電行業(yè)、煙草行業(yè)、新能源電池行業(yè)等，年需求此類自動化線就達300多條，產(chǎn)值約為60多億元人民幣。預計在2005年左右需求此類自動化生產(chǎn)線達到600條。據(jù)初步測算，“十一五”期間汽車制造業(yè)的需求市場容量將達到800多億元人民幣我國現(xiàn)有主要生產(chǎn)工業(yè)

11、機器人廠家其生產(chǎn)規(guī)模較小，這與當前市場需求有較大差距。生產(chǎn)規(guī)模達到大批量生產(chǎn)能力，才能提高機器人的穩(wěn)定性、可靠性與降低成本，才能占領國市場。目前主要生產(chǎn)第一代示教再現(xiàn)型機器人。隨著建筑施工、石化、食品、核工業(yè)、水下、高空與微加工行業(yè)的需求，將推出一批新機型，如大負載、高精度、蛇形的、無人飛行器以與家用、病人護理、盲人引導犬等。目前正在逐步建立、機器人與其自動化生產(chǎn)線產(chǎn)業(yè)基地，開發(fā)出一批有市場前景的，具有自主知識產(chǎn)權的機器人與其自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品。進一步加強與外企合作，引入先進技術與資金使我國成為國際生產(chǎn)機器人基地，占領國市場，走向世界。1.2 機器人的研究與應用現(xiàn)狀 工業(yè)機器人是最典型的機電一體

12、化數(shù)字化裝備，技術附加值很高，應用圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)和國際機器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計，世界機器人市場前景看好，從20世紀下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10左右。2004年增長率達到創(chuàng)記錄的20。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達43%。在我國，工業(yè)機器人的真正使用到現(xiàn)在已經(jīng)接近20多年了，已經(jīng)基本實現(xiàn)了試驗、引進到自

13、主開發(fā)的轉變，促進了我國制造業(yè)、勘探業(yè)等行業(yè)的發(fā)展。隨著我國門戶的逐漸開放，國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)將面對越來越大的競爭與沖擊，因此，掌握國工業(yè)機器人市場的實際情況，把握我國工業(yè)機器人研究的相關進展，顯得十分重要。 我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關開始起步，在國家的支持下，通過“七五”“、八五”科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人；其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線（站）上獲得規(guī)模應用，弧焊機器人已應用在汽車制造廠的焊裝線上

14、。在國，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長的勢頭非常強勁。如中國科學院自動化所投資組建的新松機器人公司，年利潤增長迅速。但總的來看我國的工業(yè)機器人技術與其工程應用的水平和國外比還有一定的距離，如：可靠性低于國外產(chǎn)品；機器人應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距。 一、工業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備,技術附加值很高,應用圍很廣,作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè),將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預測,機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(UNECE)和國際機器人聯(lián)合會(I

15、FR)的統(tǒng)計,世界機器人市場前景看好,從20世紀下半葉起,世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的良好勢頭。進入20世紀90年代,機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快,年增長率平均在10左右。2004年增長率達到創(chuàng)記錄的20。其中,亞洲機器人增長幅度最為突出,高達43%。二、工業(yè)機器人的應用領域日漸廣泛 經(jīng)過四十多年的發(fā)展,工業(yè)機器人已在越來越多的領域得到了應用。在制造業(yè)中,尤其是在汽車產(chǎn)業(yè)中,工業(yè)機器人得到了廣泛的應用。如在毛坯制造(沖壓、壓鑄、鍛造等)、機械加工、焊接、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配、檢測與倉庫堆垛等作業(yè)中,機器人都已逐步取代了人工作業(yè)。 隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以與機器人智能化水平

16、的提高,機器人的應用周還在不斷地擴大,已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè),進而推廣到諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以與水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外,在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多,如無人偵察機(飛行器)、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器人正在為提高人類的生活質量發(fā)揮著重要的作用。3、 國外主要的工業(yè)機器人生產(chǎn)廠商 在國外,工業(yè)機器人技術日趨成熟,已經(jīng)成為一種標準設備被工業(yè)界廣泛應用。從而,相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司,它們包括：瑞典的ABB Robotics,日本的FANUC、Yaskawa,德國的KUKA R

17、oboter,美國的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics,意大利COMAU,英國的AutoTech Robotics,加拿大的Jcd International Robotics,以色列的Robogroup Tek公司,這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。在國,工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步,但增長的勢頭非常強勁。如中國科學院自動化所投資組建的新松機器人公司,年利潤增長在40%左右。 四、工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢 工業(yè)機器人在許多生產(chǎn)領域的使用實踐證明,它在提高生產(chǎn)自動化水平,提高勞動生產(chǎn)率

18、和產(chǎn)品質量以與經(jīng)濟效益,改善工人勞動條件等方面,有著令世人矚目的作用,引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀,機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。 五、工業(yè)機器人的技術發(fā)展趨勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看,工業(yè)機器人技術正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展,其發(fā)展趨勢主要為：結構的模塊化和可重構化;控制技術的開放化、PC化和網(wǎng)絡化;伺服驅動技術的數(shù)字化和分散化;多傳感器融合技術的實用化;工作環(huán)境設計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以與系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和智能化等方面。據(jù)UNECE/IFR預測,至2007年,全球新安裝裝機器人的數(shù)量將從2003年的81800套增至2

19、007年的106000套,年平均增長7%。其中,日本2003-2007年工業(yè)機器人的銷售將從2003年的31600增長至2007年的41000套;歐洲2003-2007年工業(yè)機器人將從2003年的27100套增長至2007年的34000套。 1.3 論文組織結構 本文第一章首先介紹介紹愛普生機器人的發(fā)展歷史、發(fā)展狀況、發(fā)展趨勢與愛普生機器人在中國的應用情況，包括工業(yè)控制、企業(yè)生產(chǎn)線、航空航海、醫(yī)療等方面的應用。 第二章就愛普生機器人的結構原理與機械手運動坐標做了一些簡單的分析。然后就機器人的開發(fā)注意事項、機器人的裝備方面做了介紹。 第三章主要介紹愛普生機器人RC+ 5.0軟件、機器人的軟件環(huán)境

20、與機器人的開發(fā)實例做了簡單的介紹。 第四章就EPSON 機器人的開發(fā)與調試、研究問題與要求、愛普生系統(tǒng)開發(fā)與系統(tǒng)調試做了詳細的介紹。 第五章主要是對論文的一個大致總結以與對未來機器人技術應用方面的展望。第二章 EPSON機器人的結構和裝配2.1 機器人結構與工作原理2.1.1 機器人的結構機器人一般由執(zhí)行機構、驅動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。圖2-1 四六軸機器人的的示意圖 如圖2-1所示執(zhí)行機構即機器人本體，其臂部一般采用空間開鏈連桿機構，其中的運動副（轉動副或移動副）常稱為關節(jié)，關節(jié)個數(shù)通常即為機器人的自由度數(shù)。根據(jù)關節(jié)配置型式和運動坐標形式的不同，機器人執(zhí)行機構可分為直角坐

21、標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節(jié)坐標式等類型。出于擬人化的考慮，常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部等。 驅動裝置是驅使執(zhí)行機構運動的機構，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置，如步進電機、伺服電機等，此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。 檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動與工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設定信息進行比較后，對執(zhí)行機構進行調整，以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是部信息傳感器，

22、用于檢測機器人各部分的部狀況，如各關節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關機器人的作業(yè)對象與外界環(huán)境等方面的信息，以使機器人的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機器人的全部控制由一臺微型計算機完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機來分擔機器人的控制，如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控制時，主機常用于負責系統(tǒng)的管理、通訊、運動學和動力學計算，并向下級微機發(fā)送指令信息；作為下級從機，各關節(jié)分別對應一個CPU

23、，進行插補運算和伺服控制處理，實現(xiàn)給定的運動，并向主機反饋信息。 如圖2-2所示為常見的六軸關節(jié)機器人的機械結構,六個伺服電機直接通過諧波減速器、同步帶輪等驅動六個關節(jié)軸的旋轉,注意觀察一、二、三、四軸的結構，關節(jié)一至關節(jié)四的驅動電機為空心結構，關節(jié)機器人的驅動電機采用空心軸結構應該不常見，空心軸結構的電機一般較大。采用空心軸電機的優(yōu)點是：機器人各種控制管線可以從電機中心直接穿過，無論關節(jié)軸怎么旋轉，管線不會隨著旋轉，即使旋轉，管線由于布置在旋轉軸線上，所以具有最小的旋轉半徑。 圖2-2 六軸關節(jié)機器人的機械結構 如圖2-3所示就是機器人平面與側面結構 圖2-3 機器人平面、側面結構圖 圖2-

24、4 機器人的運動圍機器人的結構與坐標如圖2-5所示 圖2-5 機器人的結構域各連桿坐標六軸關節(jié)機器人的腕部關節(jié)設計較為復雜,因為在腕部同時集成了三種運動.小型的六軸關節(jié)機器人的腕部關節(jié)主要采用諧波減速器.如圖2-6較為詳細的描述了常見的六軸關節(jié)機器人的腕部結構. 圖2-6 六軸關節(jié)機器人的腕部結構機器人的腕部結構常見有如下幾種結構: 圖2-7 RBR型機器人腕部結構 圖2-8 BBR型機器人腕部結構 圖2-9 3R型機器人腕部結構 圖2-3、圖2-4、圖2-5所說的三種手腕部的結構中,以第一種(RBR型)結構應用最為廣泛,它適應于各種工作場合,后兩種結構應用圍相對較窄,比如說3R型的手腕結構主

25、要應用在噴涂行業(yè)等.六軸關節(jié)機器人的研發(fā)設計與制造已經(jīng)有好幾十年的歷史了,整個工業(yè)機器人的研發(fā)制造體系較為完善,他們的技術相對來說比較成熟,他們在相互競爭中可以相互模仿、改善、不斷推出新,他們的技術對于國來說,近乎完美.而國目前這個行業(yè)還處在黎明前的黑暗階段,雖然有不少公司有這個研發(fā)意圖,或者正在研發(fā)途中,不管怎么說,浮出水面公布自己正在研發(fā)或者研發(fā)成功的公司應該說是極少數(shù),即使宣布自己研發(fā)成功,也只是初步試驗成功。六軸關節(jié)機器人的腕部關節(jié)設計較為復雜,因為在腕部同時集成了三種運動.小型的六軸關節(jié)機器人的腕部關節(jié)主要采用諧波減速器.圖2-10為常見的六軸關節(jié)機器人的腕部結構圖。 圖2-10 常

26、見的六軸關節(jié)機器人的機械減速結構圖2-10的腕部關節(jié)用到了兩個諧波減速器,兩個同步齒型帶傳動輸入,中間還用到了一對錐齒輪副傳動。 6軸型機械手的機械手坐標系垂直6軸型的機械手在第4關節(jié)、第6關節(jié)同軸的點上，即使將第4關節(jié)、第6關節(jié)旋轉360度，也可以實現(xiàn)一樣的位臵姿勢。 作為用于區(qū)別像這樣點的點屬性，有J4Flag和J6Flag。指定J4Flag時，請記述斜杠（/）和其后的J4F0 （-180<J4關節(jié)角度<=180）、或J4F1（J4關節(jié)角度<= -180 或80 < J4關節(jié)角度）。指定J6Flag時，請記述斜杠（/）和其后的J6F0 （-180<J6關節(jié)角度

27、<=180）、或J6F1 （-360 < J6 關節(jié)角度<= -180 或180 < J6 關節(jié)角度<= 360 ）、或J6Fn 圖2-11 垂直6軸型機械手坐標系結構 2.2.2機器人的工作原理機器人的工作原理 從最基本的層面來看，人體包括五個主要組成部分： 身體結構 肌肉系統(tǒng)，用來移動身體結構 感官系統(tǒng)，用來接收有關身體和周圍環(huán)境的信息 能量。 身體結構。 肌肉系統(tǒng)，用來移動身體結構。 感官系統(tǒng)，用來接收有關身體和周圍環(huán)境的信息。 能量源，用來給肌肉和感官提供能量。 大腦系統(tǒng)，用來處理感官信息和指揮肌肉運動。 機器人的組成部分與人類極為類似。一個典型的機器人有

28、一套可移動的身體結構、一部類似于馬達的裝置、一套傳感系統(tǒng)、一個電源和一個用來控制所有這些要素的計算機“大腦”。從本質上講，機器人是由人類制造的“動物”，它們是模仿人類和動物行為的機器。機器人是“能自動工作的機器”，它們有的功能比較簡單，有的就非常復雜，但必須具備以下三個特征： 身體 是一種物理狀態(tài)，具有一定的形態(tài)，機器人的外形究竟是什么樣子，這取決于人們想讓它做什么樣的工作，其功能設定決定了機器人的大小、形狀、材質和特征等等。 大腦 就是控制機器人的程序或指令組，當機器人接收到傳感器的信息后，能夠遵循人們編寫的程序指令，自動執(zhí)行并完成一系列的動作?？刂瞥绦蛑饕Q于下面幾種因素：使用傳感器的類

29、型和數(shù)量，傳感器的安裝位置，可能的外部激勵以與需要達到的活動效果。 動作 就是機器人的活動，有時即使它根本不動，這也是它的一種動作表現(xiàn)，任何機器人在程序的指令下要執(zhí)行某項工作，必定是靠動作來完成的。 簡單地說：機器人的原理就是模仿人的各種肢體動作、思維方式和控制決策能力。 不同類型的機器人其機械、電氣和控制結構也不一樣，通常情況下，一個機器人系統(tǒng)由三部分、六個子系統(tǒng)組成。這三部分是機械部分、傳感部分、控制部分；六個子系統(tǒng)是驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、機器人-環(huán)境交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。 機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，

30、也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。機器人系統(tǒng)實際上是一個典型的機電一體化系統(tǒng)，其工作原理為：控制系統(tǒng)發(fā)出動作指令，控制驅動器動作，驅動器帶動機械系統(tǒng)運動，使末端操作器到達空間某一位置和實現(xiàn)某一姿態(tài)，實施一定的作業(yè)任務。末端操作器在空間的實時位姿由感知系統(tǒng)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)把實際位姿與目標位姿相比較，發(fā)出下一個動作指令，如此循環(huán)，直到完成作業(yè)任務為止。 從技術上說，機器人可以認為是一種通用的機械平臺，就好像電腦是通用的計算設備，而計算器只能計算一樣。 機器人系統(tǒng)通過安裝具有通用性功能的感知設備（也就是傳感器，

31、如攝像頭，測距儀等等），通過處理，可以對各種場景（術語是非機構化的，也就是說不是特意搭出來的簡單實驗環(huán)境）進行識別；在此基礎上，利用認知技術，可以對場景進行理解，比如通過攝像機判斷哪些是人，哪些是茶杯（當然，這些技術實際上是屬于圖像識別的研究疇，但機器人是集成學科，各個學科的成果都要拿來用）；通過對場景的理解，機器人使用通用性的機構（比如仿人手的機械手，這種東西工業(yè)上不用的，因為無論干那個具體工作，都可以有針對性的執(zhí)行器使用，但機器人更多考慮的是通用性，就是不應定最適合某一個工作，但要能很多工作都可以干），去完成指令。 如果再往一個低一些的層面說，就是機器人部有臺計算機，通過讀取各個傳感器的信

32、息，做出判斷，并且調用電機實現(xiàn)相關的動作。 值得說明的一點是，機器人是集成學科，具體的某一個技術基本上都有學科單獨研究，機器人研究的是如何把很多已有的功能拼起來。所以不要對機器人有什么幻想性的東西，他里面每個單獨的部分，拿出來都有其他產(chǎn)品的。 另外你可能很疑惑的是人工智能，其實這個領域，電腦游戲行業(yè)做得比機器人行業(yè)還高級，除了最頂尖的機器人，其他的和游戲里面的AI水平差不多的。工業(yè)機器人專門用來在受控環(huán)境下反復執(zhí)行完全一樣的工作。例如，某部機器人可能會負責給裝配線上傳送的花生醬罐子擰上蓋子。為了教機器人如何做這項工作，程序員會用一只手持控制器來引導機器臂完成整套動作。機器人將動作序列準確地存儲

33、在存中，此后每當裝配線上有新的罐子傳送過來時，它就會反復地做這套動作。人類手臂的作用是將手移動到不同的位置。類似地，機器臂的作用則是移動末端執(zhí)行器。您可以在機器臂上安裝適用于特定應用場景的各種末端執(zhí)行器。有一種常見的末端執(zhí)行器能抓握并移動不同的物品，它是人手的簡化版本。機器手往往有置的壓力傳感器，用來將機器人抓握某一特定物體時的力度告訴計算機。這使機器人手中的物體不致掉落或被擠破。其他末端執(zhí)行器還包括噴燈、鉆頭和噴漆器。大多數(shù)工業(yè)機器人在汽車裝配線上工作，負責組裝汽車。在進行大量的此類工作時，機器人的效率比人類高得多，因為它們非常精確。無論它們已經(jīng)工作了多少小時，它們仍能在一樣的位置鉆孔，用一

34、樣的力度擰螺釘。制造類機器人在計算機產(chǎn)業(yè)中也發(fā)揮著十分重要的作用。它們無比精確的巧手可以將一塊極小的微型芯片組裝起來。2.2 機器人的裝配2.2.1機器人的裝配工藝與流程 裝配機器人是柔性自動化裝配系統(tǒng)的核心設備，由機器人操作機、控制器、末端執(zhí)行器和傳感系統(tǒng)組成。其中操作機的結構類型有水平關節(jié)型、直角坐標型、多關節(jié)型和圓柱坐標型等；控制器一般采用多CPU或多級計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)運動控制和運動編程；末端執(zhí)行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；傳感系統(tǒng)又來獲取裝配機器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。 愛普生機器人在裝配的工藝與流程方面不斷的做了改進如圖2-12所示：圖2-12 愛普

35、生機器人的裝配發(fā)展 裝配機器人是柔性自動化裝配系統(tǒng)的核心設備，由機器人操作機、控制器、末端執(zhí)行器和傳感系統(tǒng)組成。其中操作機的結構類型有水平關節(jié)型、直角坐標型、多關節(jié)型和圓柱坐標型等；控制器一般采用多CPU或多級計算機系統(tǒng)，實現(xiàn)運動控制和運動編程；末端執(zhí)行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；傳感系統(tǒng)又來獲取裝配機器人與環(huán)境和裝配對象之間相互作用的信息。常用的裝配機器人主要有可編程通用裝配操作手 即 PUMA 機器人（最早出現(xiàn)于1978年，工業(yè)機器人的祖始）和平面雙關節(jié)型機器人 即機器人兩種類型。與一般工業(yè)機器人相比，裝配機器人具有精度高、柔順性好、工作圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點

36、，主要用于各種電器的制造行業(yè)。 機器人大量的裝配作業(yè)是垂直向下的,它要求手爪的水平(X，Y)移動有較大的柔順性，以補償位置誤差。而垂直 (Z)移動以與繞水平軸轉動則有較大的剛性,以便準確有力地裝配。另外還要求繞Z 軸轉動有較大的柔順性，以便于鍵或花鍵配合。日本山梨大學研制出SCARA機器人,它的結構特點滿足了上述要求，其控制系統(tǒng)也比較簡單,如SR-3000機器人采用微處理機對1,2,Z 三軸（直流伺服電機）實現(xiàn)半閉環(huán)控制，對s 軸（步進電機）進行開環(huán)控制。編程語言采用與 BASIC相近的SERF。最新版本Level4具有坐標變換、直線和圓弧插補、任意速度設定、以文字命名的子程序以與檢錯等功能。

37、SCARA機器人是目前應用較多的類型之一。 機器人一般采用多層線路板，32 位高性能的 CPU 和超大規(guī)?？删幊唐骷?RC+5.0，系統(tǒng)的整個工藝采用表貼元器件，從而使整套系統(tǒng)更為緊湊； 1、 采用自主研發(fā)的AFDX05運動控制芯片，多達20級的運動指令緩沖區(qū)，特別適合高速小線段加工； 2、 6軸聯(lián)動，可擴展到24軸； 3、 執(zhí)行ISO國際標準G代碼； 4、32路輸入，32路輸出接口； 5、 全光耦隔離，抗干擾性強，運行穩(wěn)定； 6、 可通過鍵盤或示教盒對機械手進行操作； 7、在示教編程的基礎上，指揮六個步進/伺服電機完成指定的動作； 8、 系統(tǒng)界面簡潔大方，提供豐富的顯示與監(jiān)控信息，機械手的當

38、前狀態(tài)信息、I/O信息、軸的速度、位置都可實時查詢和監(jiān)控； 9、 機械手各軸參數(shù)可設置，更好大限度的提高機械手的整機性能； 10、 示教編程過程支持絕對位置、相對位置、延時、等待任意IO口輸入信號、控制任意IO口輸出信號、程序段循環(huán)調用等等。 下面介紹愛普生機械手一些裝配流程示，如圖2-13所示:圖2-13 機器人裝配流程圖 裝配機器人的大量作業(yè)是軸與孔的裝配，為了在軸與孔存在誤差的情況下進行裝配，應使機器人具有柔順性。主動柔順性是根據(jù)傳感器反饋的信息而從動柔順心則利用不帶動力的機構來控制手爪的運動以補償其位置誤差。例如美國Draper實驗室研制的遠心柔順裝置RCC(Remote Center

39、 Compliance device)（圖3）,一部分允許軸作側向移動而不轉動,另一部分允許軸繞遠心（通常位于離手爪最遠的軸端）轉動而不移動，分別補償側向誤差和角度誤差，實現(xiàn)軸孔裝配。 愛普生機器人與控制器之間的裝配示意圖： PLC系統(tǒng)以可編程控制器為基礎來構筑系統(tǒng)如圖2-14所示：圖2-14 PLC與RC180的控制系統(tǒng) RB控制器系統(tǒng) 僅用機器人控制器來構筑系統(tǒng)如圖2-15所示：圖2-15 僅用RC180系統(tǒng)2.2.2 機器人的電氣線路連接在機器人的電氣線路連接中，控制器的電氣線路連接較為復雜一些，下面是（RC180與RC620）控制器的簡圖 ，如圖2-16所示： 圖2-16 RC180與

40、RC620控制器機器人的控制箱有很多電氣線路接口，還有一些特殊用途接口等等。如圖2-17所示： 圖2-17 控制箱的線路連接圖 計算機與控制器的連接簡圖，如圖2-18所示 圖2-18 計算機控制器連接圖 當我們要啟動機器人工作時，首先將控制器與計算機的電氣線路接口插好，檢查線路無誤之后再打開電源，在這個過程中需要注意機器人的電氣連接順序如圖2-19所示: 圖2-19 機器人的電氣線路連接順序圖機器人與控制器、PC之間的連接如圖2-20所示：圖2-20 機器人與控制器、PC的連接圖PC與無線網(wǎng)絡之間的連接如圖2-21所示: 圖2-21 PC與無線網(wǎng)絡的連接圖2.2.3 機器人的主要技術參數(shù)機器人

41、的主要技術參數(shù)如表2-1所示： 表2-1 機器人的主要技術項目規(guī)格型號ADT-473X6G-2軸數(shù)6軸手臂全長225（第1臂）+248（第2臂）473mm手臂偏心 J3（前面手腕）：100mm最大動作圍R588mm(工具安裝面)，R492mm（P點：J4,J5,J6中心） 動作角度J1：±160°,J2：±100°,J3：±62° J4：±144°,J5：±110°,J6：±360°電機功率J1：400W，J2：400W，J3：200W J4：200W，J5：100W，J6：

42、100W最大搬運重量2Kg（2.5Kg：手腕姿態(tài)向下）合成最大速度 3000mm/s（工具安裝面中心）驅動馬達、制動器所有軸AC伺服馬達2、3軸帶制動器用戶用空氣配管所有軸AC伺服馬達2、3軸帶制動器用戶用空氣配管6×3線重量20Kg第三章 EPSON 機器人RC+ 5.0軟件介紹3.1 機器人的軟件環(huán)境3.1.1 RC+ 5.0軟件的用戶界面如圖3-1所示：圖3-1 RC+ 5.0軟件的用戶界面圖 在EPSON RC+ 5.0軟件中設定垂直6軸型機械手的手臂姿勢，如圖3-2所示： 圖3-2 機械手手臂姿勢在RC+5.0軟件中的表示 也可以在程式中指定機械手的手臂姿勢，記述為“/”與

43、后面的L（左手姿勢）或R（右手姿勢）、A（上肘姿勢）或B（下肘姿勢）、F（手腕翻轉姿勢）或NF（手腕非翻轉姿勢）。手臂姿勢有以下8中組合，如表3-1示，但因點而異，并非所有的組合都可以動作。 垂直6軸型的機械手在第4關節(jié)、第6關節(jié)同軸的點上，即使將第4關節(jié)、第6關節(jié)旋轉360度，也可以實現(xiàn)一樣的位臵姿勢。作為用于區(qū)別像這樣點的點屬性，有J4Flag和J6Flag。指定J4Flag時，請記述斜杠（/）和其后的J4F0 （-180<J4關節(jié)角度<=180）、或J4F1（J4關節(jié)角度<= -180 或80 < J4關節(jié)角度）。指定J6Flag時，請記述斜杠（/）和其后的J6F

44、0 （-180<J6關節(jié)角度<=180）、或J6F1 （-360 < J6 關節(jié)角度<= -180 或180 < J6 關節(jié)角度<= 360 ）、或J6Fn（-180*(n+1) < J6關節(jié)角度<= 180*n 或180*n < J6關節(jié)角度<= 180*(n+1)）。表3-1 機器手手臂姿勢的組合3.1.2 EPSON RC+5.0 開發(fā)軟件的使用1.微動Jog &Teach頁面 打開Jog&Teach頁面： Tools Robot Manager Jog&Teach或單擊工具欄圖標后，選擇Jog&

45、Teach頁面。如圖3-3所示： 圖3-3 RC+5.0 Robot Manager界面 Mode說明： World:在當前的局部坐標系、工具坐標系、機械手屬性、ECP坐標系上，向X、Y、Z軸的方向微動動作。如果是SCARA型機械手，也可以向U方向微動。如果是垂直6軸型機械手，則可以向U方向（傾斜）、V方向（仰臥）、W方向（偏轉）微動。 Tool : 向工具定義的坐標系的方向微動移動。 Local: 向定義的局部坐標系的方向微動移動。 Joint : 各機械手的關節(jié)單獨微動移動。不是直角坐標型的機械手使用Joint模式時，顯示單獨的微動按鈕。 ECP : 在用當前的外部控制點定義的坐標系上，微

46、動動作。 2. 步驟 (1)在Points頁面Points Files下拉菜單中選擇需要教點的點文件。如圖3-4所示： (2)在Jog&Teach頁面右下角位臵選擇需要示教的點編號。如圖3-5所示： (3)微動將機械手移動的需要示教點的位置。如果是SCARA機械手，Motor On情況下，可以在Control Panel 頁面Free All釋放所要軸后，手動將機械手移動需要示教點的位置后，Lock ALL鎖定所有軸。 (4)點擊Teach按鈕，系統(tǒng)自動記錄下示教點在當前坐標系的具體數(shù)值。如果需要示教的點為新增點，將彈出以下對話框，用戶可根據(jù)需要對該點編輯標簽與說明。 (5)在Robo

47、t Manager |Points頁面點擊Save按鈕，完成示教點。 圖3-4 Points Files頁面 圖3-5 Jog&Teach頁面3.2 開發(fā)實例1. 概述 SPEL+是在R170/180控制器上運行的與BASIC相近的程序語言。它支持多任務，動作控制和I/O控制。程序以ASCII文本形式創(chuàng)建，被編輯在可以執(zhí)行的對象文件中。 2. 程序結構 一個SPEL+程序包括有函數(shù)，變量和宏指令，每一個程序以.PRG的擴展名保持到對應的項目里（Project）。一個項目至少包含有一個程序和一個main函數(shù)。函數(shù)以Function開始，F(xiàn)end結束，函數(shù)名可以使用最多32個字符的半角英文

48、數(shù)字和下劃線，不區(qū)分大小寫，但是不可以使用以數(shù)字和下劃線開始的名稱或SPEL+關鍵字。程序示例如下： MAIN.PRG Function Main Call Func1 . Fend Function Func1 Jump pickpnt . Integer m_i模塊變量m_i Global (Preserve) Integer g_i全局變量（全局保護變量）g_i Function main Integer I局部變量i . Fend Function Func1 Integer I局部變量i . Fend 3. 變量 SPEL+中有3種不同的變量。 Local : 局部變量（用在同一Fu

49、nction使用的變量） Module : 模塊變量（在同一程序使用的變量） Global : 全局變量（在同一項目使用的變量）4.、變量的數(shù)據(jù)類型 變量有多種數(shù)據(jù)類型，使用前先說明類型，格式為：數(shù)據(jù)類型變量名。例如：Integer i，定義變量i為整型數(shù)據(jù)。另外，代入的數(shù)據(jù)和變量的類型必須一致。在下表（表3-2）中列出SPEL+ 語言中使用的數(shù)據(jù)類型。 表3-2 變量的數(shù)據(jù)類型5、開發(fā)實例 下面是EPSON機械手的一個清零操作方法。 動作要求：任務1 : 重復P1P4的Jump動作；任務2 : 每5秒打開/關閉1次I/O。 Function test9 Integer i Xqt IO Do

50、 For i= 1 To 4 Jump P(i) NextLoop FEND FUNCTION IO Do On 1; Wait 0.5 Off 1; Wait 0.5Loop Fend 第四章 EPSON 機器人的開發(fā)與調試4.1 研究問題與其要求4.1.1 研究存在的問題 如果要讓機器人寫字，比如遇到一些比較復雜的字體，機械手的運動坐標也會比較復雜，研究的主要問題是在EPSON RC+5.0軟件中編寫程序與調試，使EPSON 6軸機器人在編寫的指令下按要求動作。在愛普生機械手的手部處裝配一支筆，在程序編完后下載到控制箱中來驅動機械手按要求動作寫字，要求機械手按照我們所編的程序指令一系列的動

51、作，能夠實現(xiàn)我們寫作的要求。機器人的寫字實例如圖4-1所示： 圖4-1 機器人的寫作實例4.1.2 機器人的寫字要求 1.筆的類型的選擇，先要考慮是用軟筆還是硬筆，其次還要考慮到我們寫字字體、筆畫、力道、粗細。 2、筆尖與寫字板的距離的調整。只有合適的位置才能使機器人書寫。 3、確定機械手坐標和機械手關節(jié)的活圍。 4、在使用機械手作業(yè)時，要使其手部姿勢在指定的點上動作。如果不這樣做的話，根據(jù)手部姿勢的不同，會產(chǎn)生輕微的偏移，使機械手朝著意想不到的軌跡動作，這樣達不到我們預期作業(yè)的要求。 5、坐標的調試是個非常復雜的過程，調整的幅度過大會造成過最大的極限，導致機器人發(fā)出聲音，需要重新驅動電機，甚

52、至重新啟動系統(tǒng)。 6、機器人要按給定的程序以規(guī)定的軌跡進行動作。能夠動作并正確的寫好要寫的字。 8、機械人的動作要連貫準確。 9、對坐標的調整最好是在寫字板的中間來調整千不能夠超出寫字板的最邊緣的部分，最好要在寫字板中間部位調整。4.2 系統(tǒng)開發(fā)通過對EPSON機器人應用系統(tǒng)需求狀況和機器人系統(tǒng)柔性設計的分析，結合實例展現(xiàn)EPSON機器人系統(tǒng)再開發(fā)技術，為機器人用戶提供最全面的技術支持，實現(xiàn)資源再利用。隨著中國工業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)機器人的應用已經(jīng)深入到各種生產(chǎn)線與零部件生產(chǎn)制造的各個領域，可能大家首先想到的是工業(yè)機器人對上下料、搬運等的可靠性保障和高生產(chǎn)效率。毫無疑問，質量和效率確實是工業(yè)機器人得到廣泛應用的優(yōu)勢所在。機器人如何實現(xiàn)“柔性制造”工業(yè)機器人自身就是“柔性制造”設備的典型代表，體現(xiàn)在：1、 同一臺機器人可以同時具備不同工件對應的作業(yè)程序，從而滿足多種產(chǎn)品混流生產(chǎn)的需要。2、 機器人可以借助輔助工具輕松實現(xiàn)作業(yè)工具或用途的更換。在焊接機器人系統(tǒng)中，我們常見的有多個點焊鉗的切換、焊接方法的切換等。3、 為了滿足生產(chǎn)需要，機器人的作業(yè)功能可以方便地追加。除了機器人自身“柔性