单球驱动机器人Ballbot的建模与控制研究周爱国

新型驱动方式在机器人中的应用

新型驱动方式在机器人中的应用李武林机自1207 1210310606 一，机器人传统驱动方式。机器人的驱动方式有液压驱动、气压驱动、直流电机驱动、步进电机驱动等，这几类驱动方式是目前多数机器人驱动所采用的方式. （1）液压驱动：机器人的驱动需要将来自电、液、气等多种能源的能量转化成关节的直线运动或旋转运动装置——驱动器。其中，液压/气压驱动器相比于电气驱动器而言具有功率密度大和易于实现力控制的优点。流体动力系统更能满足机器人低速大扭矩的应用需求。机器人技术的发展给用于机器人运动控制的驱动技术提出了新的挑战:节能化、智能化、轻量化和微型化。节能化、轻量化和微型化有待于液压/气压元件结构设计的创新来实现,智能化有待于液压/气压控制方法的创新来实现。（2）电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中,交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD)均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向,无换向火花,在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。 (3)除了单一的驱动方式,也可以是两个或者两个以上驱动方式结合在一起对机器人进行驱动，比如以微电机控制伺服油缸结构为基础的驱动器,其中,高性能四足仿生机器人的核心技术之一是高功率密度液压动力单元、伺服单元等关键部件的设计技术,高功率密度液压动力单元的研制是保证“四足仿生机器人”实现高动态性、高适应性和高负载能力的基础。针对高功率密度驱动的轻量化、低功耗的目标,基于简捷化、一体化、超高压、低泄漏、负载匹配的设计思路,提出了微电机控制伺服油缸结构原理,以首创的螺旋阀口技术解决了微电机控制伺服阀中电机旋转运动与阀芯直线运动的直接转换问题,微电机替代传统伺服阀的先导级,降低了加工难度且具有无零位油耗、油质要求低等突出优点,使开发超高压、一体化的液压伺服元件成为可能。二，机器人新型驱动方式随着科学技术的发展，愈来愈多的新的驱动方式出现，在机器人驱动上得到愈来愈多的应用。（1）人工肌肉驱动人造肌肉在智能材料上属于“聚台胶体”，它可以在电激励和化学激励下产生膨胀、收缩和一种类似橡胶的物质发挥机械传动、齿轮和滑轮的作用。美国standford研究所研究所研制的扑翼机就是由人造肌内驱动，看上去像橡胶软管，两端带有电针;佐治亚理工学院的MAV“Entomopter”计划研究组所使用的是一种被称做“往复式化学肌肉(RCM)”它在化学能的驱动下．可以为机器人提

浅谈机器人智能控制研究.答案

陕西科技大学 2015 级研究生课程考试答题纸考试科目机械制造与装配自动化专业机械工程学号1505048 考生姓名乔旭光考生类别专业学位硕士

浅谈机器人智能控制研究摘要：以介绍机器人控制技术的发展及机器人智能控制的现状为基础,叙述了模糊控制和人工神经网络控制在机器人中智能控制的方法。讨论了机器人智能控制中的模糊控制和变结构控制,神经网络控制和变结构控制,以及模糊控制和神经网络控制等几种智能控制技术的融合。并对模糊控制和神经网络控制等方法中的局限性作出了说明。关键词:机器人；智能控制；模糊控制；人工神经网络 1 智能控制的主要方法随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出崭新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等,以及常用优化算法有:遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。1.1 模糊控制模糊控制以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家经验作为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。 1.2 专家控制专家控制是将专家系统的理论技术与控制理论技术相结合,仿效专家的经验,实现对系统控制的一种智能控制。主体由知识库和推理机构组成,通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。 1.3 神经网络控制神经网络模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表

工业机器人技术及应用(教案)-工业机器人机械结构和运动控制.doc

第二章工业机器人的机械结构和运动控制章节目录 2.1 工业机器人的系统组成 2.1.1 操作机 2.1.2 控制器 2.1.3 示教器 2.2 工业机器人的技术指标学习目标导入案例课堂认知扩展与提高本章小结思考练习 2.3 工业机器人的运动控制 2.3.1 机器人运动学问题 2.3.2 机器人的点位运动… 2.3.3 机器人的位置控制课前回顾何为工业机器人？工业机器人具有几个显著特点，分别是什么？工业机器人的常见分类有哪些，简述其行业应用。学习目标认知目标 *熟悉工业机器人的常见技术指标 *掌握工业机器人的机构组成及各部分的功能 *了解工业机器人的运动控制能力目标 *能够正确识别工业机器人的基本组成 *能够正确判别工业机器人的点位运动和连续路径运动导入案例国产机器人竞争力缺失关键技术是瓶颈众所周知，中国机器人产业由于先天因素，在单体与核心零部件仍然落后于日、美、韩等发达国家。虽然中国机器人产业经过30 年的发展，形成了较为完善的产业基础，但与发达国家相比，仍存在较大差距，产业基础依然薄弱，关键零部件严重依赖进口。整个机器人产业链主要分为上游核心零部件（主要是机器人三大核心零部件——伺服电机、减速器和控制系统，相当于机器人的“大脑”）、中游机器人本体（机器人的“身体”）和下游系统集成商（国内95% 的企业都集中在这个环节上）三个层面。课堂认知 2.1 工业机器人的系统组成第一代工业机器人主要由以下几部分组成：操作机、控制器和示教器。对于第二代及第三代工业机器人还包括感知系统和分析决策系统，它们分别由传感器及软件实现。

工业机器人系统组成 2.1.1 操作机操作机（或称机器人本体）是工业机器人的机械主体，是用来完成各种作业的执行机构。它主要由机械臂、驱动装置、传动单元及内部传感器等部分组成。关节型机器人操作机基本构造机器人操作机最后一个轴的机械接口通常为一连接法兰，可接装不同的机械操作装置，如夹紧爪、吸盘、焊枪等。

机器人控制系统设计(毕业设计)文献综述

一、前言 1.课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 1.1课题研究的意义随着机器人在工业装配线的应用越来越广泛，工业环境对其控制系统的要求也越来越高，所以开放式机器人控制系统的设计具有工程实际意义。课题以一四自由度关节型机器人研制为背景，设计机器人运动控制系统的硬件电路和软件结构，对机器人的运动控制电路进行设计，实现机器人按照预定轨迹或自主运动控制功能。在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： ①以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 ②以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。 ③可以减轻人力，并便于有节奏的生产应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都没有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作。而具有开放式结构的模块化、标准化机器人，其控制系统的研究无疑对提高机器人性能和自主能力，推动机器人技术的发展具有重大意义。 1.2国内外研究现状和发展趋势随着机器人控制技术的发展，针对结构封闭的机器人控制器的缺陷，开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向。近几年，日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器，如日本安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器。我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项。由于适用于机器人控制的软、硬件种类繁多和现代技术的飞速发展，开发一个结构完全开放的标准化机器人控制器存在一定困难，但应用现有技术，如工业PC

喷漆机器人控制系统方案设计

喷涂机器人控制系统初步方案一、控制系统组成框图本控制系统采用了以PC104为核心，以步进电机驱动网为低层控制通道的开放式控制器。下图是整个控制系统的组成框图。

二、PC104模块选型采用PC104是因为它有如下特点：结构小巧紧凑, 仅96 mm ×90 mm面积内集成了PC 机所有功能；采用自栈接的母线结构，级联牢固，易于扩充；整机功耗低；兼容性好，可以借鉴PC机成熟技术；外设丰富，应用简单。本控制系统PC104模块选用研华PCM-3343F。其组成如下：核心模块DM&P V ortex86DX 的高性能低功耗CPU 模块，CPU 速度1.0 GHz，带有浮点运算单元，在板集成了256MB DDR2 SDRAM（最大可支持512MB）、显示控制器（支持LCD显示，最高分辨率为1024×768），以太网控制器等。带有PA TA硬盘接口1个，PC104扩展插槽1个，KB/MS插槽1个，USB2.0接口4个，16位GPIO口，RS-232接口3个，RS-232/422/485接口1个。选择该嵌入式主板时，应注意： 1）购买时，要求将系统内存升级到512MB； 2）购买时，要求配齐以下配件： ①键盘及鼠标的接口线共2根（编号及图片如下）； p/n: 1703060053p/n: 1700060202 ②VGA接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1700000898

③US B×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1703100260 ④RS-232×2接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701200220 ⑤RS-422/485接口线1根（编号及图片如下）；p/n: 1703040157 ⑥IDE接口线1根（编号及图片如下）； p/n: 1701440350 ⑦外接Li电池1个（编号及图片如下）； p/n: 1750129010

焊接机器人建模与仿真

XI’AN TECHNOLOGICAL UN IVERSITY 考核科目：机电系统仿真技术学生所在院（系）：机电工程学院学生所在学科：机械制造及其自动化考核题目：焊接机器人的建模与仿真学生姓名：贾川学生学号：1402210034 学生班级：S1402001 2015年1月3日

焊接机器人的建模与仿真以焊接机器人为例，介绍在ADAMS环境中进行模型建模和约束的添加，以及对建立好的模型进行仿真分析，对模型进行优化。 1 模型分析焊接机器人（如图1所示）由底座、躯干、肩构件、手臂、手腕、机械手六部分构成，各个构件由旋转副联接。本焊接机器人有5个自由度，可以完成对复杂空间位置的工件的焊接工作。图1 焊接机器人模型如图所示，机械手的位置由这些构建间旋转副旋转角度决定，每个旋转副将添加旋转驱动，并由电脑程序控制它们的远动。在本章的实例中将介绍怎么在ADAMS 2013中模拟焊接机器人的工作，进行运动学仿真，并测量机械手焊接点的位置变化曲线。 2 创建模型 2.1 启动ADAMS并设置工作环境（1）启动双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。在欢迎对话框中选择“新建模型”，在模型名称栏中输入：welding_robot ；在重力名称栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在单位名称栏中选择“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。如图3所示。

焊接机器人的建模与仿真

XI’A N TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 考核科目：机电系统仿真技术学生所在院（系）：机电工程学院学生所在学科：机械制造及其自动化考核题目：焊接机器人的建模与仿真学生姓名：贾川学生学号：1402210034 学生班级：S1402001 2015年1月3日

图3 adams 启动设置界面图图4 网格参数设置对话框（2）设置工作环境对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。在ADAMS/View菜单栏中，选择设置下拉菜单中的工作格栅命令。系统弹出设置工作网格对话框，将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成1000mm和1000mm，间距中的X和Y都设置成25mm。然后点击“确定”确定。如图4所表示。用鼠标左键点击选择（Select）图标，控制面板出现在工具箱中。用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom）图标，在模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放大或缩小。 2.2 创建底座（1）打开建模工具栏，单击拉伸按钮，将选项设置成新建部件、轮廓设置成点、勾选闭合、路径设置成向后、长度设置成125mm，然后在图形区依次选择（-200,-200,0)、（200，-200,0）、（200,200,0）和4个位置，在选择完第四个点时，单击右键可创建一个拉伸体。在底座上单击右键，在弹出的菜单【Part:PART_2】→【重命名】,在弹出的修改名称对话框中输入base。如图1（a) 所示。

机器人的主要驱动方式及其特点

一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。 A液压驱动特点液压驱动所用的压力为5～320kgf/cm2. a）优点 1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 B）缺点 1油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。

2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。 4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C)适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。

模型机器人介绍

第一章模型机器人介绍在本章中我们学习了解模型机器人常见的的几种系列，以及每种系列机器人的特点。同学们可以通过图片来观察一下，看看你以前在各种场合见过哪几种系列的模型机器人。注：在我们后续的学习中，我们将采用积木式系列机器人来完成各项任务。 1.1 甲虫系列特点： 1、入门简单 2、结构固定 3、传感器设置固定 4、编程简单 5、娱乐趣味性强学习要点： 1、机器人初级入门学习 2、编程原理学习 3、传感器原理学习 1.2 伺服系列特点： 1、模拟结构 2、肢体语言丰富 3、动作调整细致甲虫系列机器人属于结构固定的机器人

学习要点： 1、肢体结构研究 2、运动原理研究 3、工业控制原理研究 1.3 积木系列特点： 1、模块结构 2、端口数量多 3、编程语言多样化 4、具备开放性以及模块化学习要点： 1、算法和程序原理 2、结构搭建原理 3、机器人制作 4、整体协调能力我校机器人小组主要选用的就是这种积木系列的模型机器人，通过积木式的组装与程序调试，我们可以让机器人按照我们的意愿去完成各项任务。伺服系列机器人属于仿生肢体机器人

1.4 DIY 系列特点： 1、结构组合情况多样 2、功能组合变化丰富 3、材料题材来源丰富学习要点： 1、动手能力锻炼 2、创造能力锻炼 1.5 虚拟系列特点： 1、图形编程、C 源代码显示 2、学习成本低廉、全软件教学 3、活动形式多样 AI-CODE SYSTEM 学习要点： 1、编程原理 2、事件处理能力 3、语言学习能力

机器人快车软件——用来编写给机器人运行的命令

机器人分布式控制系统设计与实现

机器人分布式控制系统设计与实现 1引言目前,机器人系统的特点是开放式机器人控制,强调结构化、模块化、可扩展性、交互性,是对机器人设计结构单一、信息封闭、缺少交互性缺点的突破。分层分布式控制系统采用集中管理，分散控制方式，这种控制方法优点体现在：集中监控和管理，管理和现场分离，管理更加综合化和系统化；实现分散控制可使各功能模块的设计、装配、调试以及维护相互独立，系统控制的危险性分散，可靠性提高，投资减小；采用网络通信技术，可根据需要增加以微处理器为核心的功能模块，具有良好的系统开放性、扩展性和升级特性。本论文详细介绍了一种分层分布式控制系统的设计方案，系统由上到下分为主控中心决策层、车载PC运算层、下位机驱动子层以及位置反馈子层。主控中心决策层是系统的主层，可以是台式机或笔记本电脑，基于VC++编译环境设计的人机交互界面，满足友好、便于操作的要求，主控中心决策层的功能是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控；车载PC运算层为一台笔记本电脑，基于VC++编译环境设计了控制界面，通过无线网卡与主控中心决策层进行数据传输，采用面向连接可靠的TCP传输控制协议，保证数据传输的可靠性；下位机驱动子层和位置反馈子层是相互独立的功能模块，与车载PC运算层之间通过串口进行通信；下位机驱动子层是一个完整的直流电机闭环控制系统，包括CPU、控制芯片、驱动芯片以及增量式光电编码器；位置反馈子层通过CPU的I/O口和中断得到机器人车轮轴转角信息，结合机器人机械系统的实际尺寸计算机器人中心的实际位置信息，处理好的位置信息通过串口反馈给车载PC运算层。该控制系统应用在国家自然科学基金资助项目和国家重点基础研究发展计划973项目的移动机器人平台上，运动控制测试结果表明，分层分布式控制方式控制精度高，稳定性好，系统响应迅速；同时该控制系统具有超强的计算能力和二次开发潜力，根据项目研究需要可在各个子层进行分布式扩展，比如在下位机驱动子层和位置反馈子层的同级层中扩展传感器功能子层，增加机器人的智能。该控制系统为项目的实验工作奠定基础。 2分层分布式控制系统设计 1. 基于VC++的主控中心决策层设计主控中心决策层的作用是总体规划和分配任务，对机器人进行远程监控。基于VC++编译环境，采用模块化方法对人机交互系统进行设计，分为网络数据传输模块、运动参数输入模块、轨迹显示模块、视觉监控模块。如图

工业机器人用电机驱动系统

工业机器人用电机驱动系统机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。一、机器人对关节驱动电机的主要要求规纳如下 1.快速性电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2.起动转矩惯量比大在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3.控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4.调速范围宽。能使用于1：1000～10000的调速范围。 5.体积小、质量小、轴向尺寸短。 6.能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正反向和加减速运行，并能在短时间内承受过载。目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直接驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。步进电动机驱动系统多适用于对精度、速度要求不高的小型简易机器人开环系统中。交流伺服电动机由于采用电子换向，无换向火花，在易燃易爆环境中得到了广泛的使用。机器人关节驱动电动机的功率范围一般为0.1～10kW。工业机器人驱动系统中所采用的电动机。

六自由度机器人控制系统设计

1前言 1.1 焊接机器人的发展历史与现状现代机器人的研究始于20世纪中期，其技术背景是计算机和自动化的发展，以及原子能的开发利用。美国原子能委员会下属的阿尔贡研究所为解决可代替人进行放射性物质的处理问题，在1947年研制了遥控式机械手臂；1948年又相继开发了电气驱动式的主从机械手臂，从而解决了对放射性物质的进行远距离操作的问题。1954年，美国科学家戴沃尔最先提出工业机器人的概念，并申请了新的专利。其主要特点是借助伺服技术来控制机器人的关节，并利用人手对机械手臂进行动作示教，机械手臂能实现人物动作的记录和再现。这就是示教再现机械臂，现在所用的机械手臂差不多都采用这种控制方式。伴随着现代社会的发展，为了提高生产效率，稳定和提高产品的质量，加快实现工业生产机械化，改善工人劳动条件，已经大大改进了机械手臂的性能，并大量应用于实际生产中，尤其是在高压、高温、多粉尘、高噪音和重度污染的场合。焊接机器人的诞生可以追溯到上世纪70年代，是由日本发那科（FANUC）公司生产的小型机器人改进的，受限于当时的技术手段以及高昂的造价，使得当时的焊接机器人不能得到很好的应用。机械手臂是一种工业机器人，它由控制器、操作机、检测传感装置和伺服驱动系统组成，是一种可以自动控制、仿人手操作、可以重复编程、可以在三维空间进行各种动作的自动化生产设备。机械手臂首先是在汽车制造工业中使用的，它一般可进行焊接、上下料、喷漆以及搬运。它可代替人们进行从事繁重、单调的重复劳动作业，并且能够大大改善劳动生产率，提高产品的质量[1]。到了90年代初，随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高，而机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方国家，由于劳动力成本的提高为企业带来了不小的压力，而机器人价格指数的降低又恰巧为其进一步推广应用带来了契机，采用机器人的利润显然要比采用人工所带来的利大，使得焊机机器人得到了推广，同时技术的进步也使得焊机机器人技术得到很大提高。进入新世纪之后，由于各国对焊接机器人的不断重视，使得焊接机器人技术取得了很大的进步。同时由于其焊机精度及更低的生产成本，也使得它得到了越来越多的应用。目前，焊接机器人主要用于装卸、搬运、焊接、铸锻以及热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都还不能满足工业生产发展需要。在一些特殊的行业，使用它来代替人工操作的，主要是在危险作业、多粉尘、高温、噪声、工作空间小等的不适于人工作业的环境。 1.2 焊接机器人发展趋势

机器人系统建模

一、基于模型控制方式来改进机器人性能背景：在学术界多年前就已经对机械臂动态模型化方法论已有深入研究。它作为一个非常有用工具，通常应用在机器人领域和工程实验室领域里研究和开发人形机器人，开发高级控制算法，运动模拟及其他学术进行研发。动态模型化涉及描述机器人惯量，质量，质心动态性能的数学公式和其他不易简单计算取得数值。尽管在理论研究中频繁可见，但使用动态模型化来改进机器人控制的应用大都得不到研发人员和工业机器人生产商的重视。高创首先考虑用动态模型化解决半导体行业中高速delta机器人所遇到的性能问题。模型实例：通过对运动中机器人上力矩和力的预估，以及对过大力矩的阻止，使得机器人提速变得更简单，更安全，同时减少了振动，缩短整定时间。基于模型的控制最终使机器人系统运动更快，更精准，从而提高产量。轴伽利略球形机器人（GSR-L）在执行动态模式使用动态模型，客户能迅速获取整定时间，并更好实现轨迹跟踪运动控制。使用动态模型另外一个好处通过随时变动的机械参数，尤其是摩擦常数，可检测系统磨损和撕裂。力矩误差显示计算出的力矩值能准确预估过滤力矩

作用：基于模型的控制最直接益处是检测并避免冲击，这点在delta机器人案例中清晰可见。负载，工作环境及操作工可得到更好保护。此外，该控制模式不需要力传感器，从而简化系统设计，减少成本。该控制方式最显著益处是改善机器人运转状态及提高驱动器性能。要求获取位置的力矩值可被计算得出，且能精确地控制，因此路径得到大幅度地优化。因为通过计算得到电流，并非简单由反馈环获得，所以要求的电流更平缓，从而取得更好速度控制，减少颤抖和抖动。对于太阳能硅片处理应用机器人，需具备高加速度和高精确度。Delta机器人结构本就脆弱，所以机械臂易损。此外，它还对贵重负载及生产材料受到冲击及损坏带来威胁。 Delta机器人存在损坏自身及负载的风险 Delta动力学基于由球状关节连起来的力的平行四边形，在一些系统中，这些平行四边形连接到移动平台和机械臂连轴。若超过一定位置或角度时，需要力来分解，机器人则大幅度减速，即使是一个小碰撞或强震动也可使机器人解体。更复杂的是，这些断裂点典型地位于伸出位置，碰到障碍物风险更高。机器人折断后，留存的撞击未被检测出，会增加潜在破损机率。为解决以上隐患并提供delta机器人更好的控制性能，高创工程师采纳并改善科研中原有的动态模式，从而为delta机器人提供更好的控制。体会：二、矢量喷水推进式水下机器人的建模仿真与验证背景：为提高小型水下航行器的机动性与可控性，构建了一种基于矢量喷水推进系统的新型多自由度水下机器人。为使该机器人具有理想的运动特性和优异的操控性能，对其进行了理论建模、数值仿真与实验验证。首先建立其运动学和动力学模型，分析多矢量推进作用对机器人运动姿态和航行效果的影响，据此研究机器人多矢量喷水推进协调控制的策略与方法，实现机器人自主升沉、旋转、水平移动等多姿态水中运动。此后，采用MATLAB 和ADAMS 对所建模型和虚拟样机进行了数值仿真，并且对机器人实物样机进行了水下运动验证实验。仿真分析与实验验证的结果表明，该机器人的运动特性和操控性能符合高机动性和高可控性的设计要求。实例：矢量喷水推进式水下机器人的建模仿真与

群机器人系统的建模与仿真

群机器人系统的建模与仿真曾建潮1, 薛颂东1、2 （1.太原科技大学系统仿真与计算机应用研究所，太原 030024；2.兰州理工大学电信工程学院，兰州 730050）摘要：围绕群机器人学的起源与发展，针对群机器人系统与其他多机器人系统的区分准则及系统级功能特征，讨论个体机器人的交互、通信、协调控制机制和自组织、模式形成等群机器人研究中的主要问题，洞悉群机器人的研究概貌和既有研究成果，明确其研究方向。通过回顾概括群机器人系统的主要建模与仿真方法，以个体之间及个体与环境之间的局部交互机制为前提，使感知能力有限的个体机器人在协调控制算法作用下涌现群体智能完成规定的复杂任务，突出群机器人规模可伸缩的系统特征。关键词：群机器人；群体智能；有限感知；局部交互；协调控制；建模中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号： Modeling and Simulation Approaches to Swarm Robotic Systems Zeng Jian-chao1，Xue Song-dong1,2 (1.Division of System Simulation & Computer Application, Taiyuan University of Science and Technology, Taiyuan 030024, China; 2.College of Electrical & Information Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China) Abstract：Concentrating on the desirable properties of swarm robotic systems, some key problems in swarm robotics such as limited sense, local interaction, communication among individuals and with environment, cooperation control and self-organization as well as pattern formation are discussed for the sake of getting an insight into sources and development of swarm robotics and understanding the criteria used to distinguish swarm robotics research from other multi-robot studies. To discern the research emphasis on swarm robotics, we describe the disciplinary profile and existing research findings. Then, the main modeling and simulation methods of swarm robotics are summarized. Finally, this survey shows that large numbers of relatively simple robots with limited sense capabilities and local interaction mechanism may emerge swarm intelligence to handle those prescribed complex tasks in scalable manner. Key words：swarm robotics; swarm intelligence; limited sense; local interaction; cooperative control; modeling 引言群机器人是特殊的多机器人系统，由许多同构的自主机器人组成，具有典型的分布式系统特征。与集中式控制系统相比，完成同样任务的群体系统的成员结构，可设计得相对简单。因此，群系统个体具有模块化、适合大规模生产、具有互换性等特点[1]。群机器人学是研究能力有限的个体机器人如何在局部交互机制和协调控制算法作用下涌现群体智能以合作完成相对复杂的规定任务。因为群一般是高度冗余的，群体系统就比标准控制系统具有更强的抗扰动能力；由于存在冗余性，群就具备了动态适应工作环境的能力，也便有可能执行远超出结构复杂的单体机器人能力的任务。群机器人的研究源于生物学启发，是群体智能在多机器人系统的应用[2]。可以认为，群机器人研究是一般意义上的多机器人收稿日期：2008-xx-xx 修回日期：xxxx-xx-xx 基金项目：国家自然科学基金（60674104）作者简介：曾建潮(1963-), 男, 陕西大荔人, 汉, 博士, 教授, 博导, 研究方向为复杂系统建模与控制、智能计算、群体智能行为仿真、群机器人；薛颂东(1968-), 男, 河南孟州人, 汉, 博士生, 副教授, 研究方向为群体智能行为仿真、群机器人协调控制。系统被赋予群体智能属性后的新兴研究领域[3]，其系统建模和仿真体现出有别于通常意义下多机器人系统的特点。明晰其系统特征和所涉问题方可能进行建模并仿真。 1 系统界定约20年前，学界在研究元胞自动机时用元胞机器人构造如下系统：一组（group）简单机器人像机体细胞那样按照某种模式自组织成复杂结构[4]。后来用术语swarm取代group使之形象化。群机器人与分布式自主机器人等术语并非单元数量的标识，协调背后隐藏的有限感知和局部交互原则才是根本。与群对应的控制结构的规模可变，单元数量从数个到成千上万个甚至数以百万计。事实上，绝大多数群机器人文献提及的仅是规模很小的群，这是因为个体数量庞大使得系统造价昂贵[1]。 1.1 系统特征研究显示，社会性昆虫协调控制的背后并不存在中心协调机制，然而从系统级层面看却是鲁棒、柔性、规模可伸缩的。这样的特征为群机器人系统所梦寐以求[5]：

机器人的主要驱动方式及其特点

一目前机器人的主要驱动方式及其特点根据能量转换方式，将驱动器划分为液压驱动、气压驱动、电气驱动和新型驱动装置。在选择机器人驱动器时，除了要充分考虑机器人的工作要求，如工作速度、最大搬运物重、驱动功率、驱动平稳性、精度要求外，还应考虑到是否能够在较大的惯性负载条件下，提供足够的加速度以满足作业要求。 A 液压驱动特点液压驱动所用的压力为5~ 320kgf/cm2. a）优点 1能够以较小的驱动器输出较大的驱动力或力矩，即获得较大的功率重量比。 2可以把驱动油缸直接做成关节的一部分，故结构简单紧凑，刚性好。 3由于液体的不可压缩性，定位精度比气压驱动高，并可实现任意位置的开停。 4液压驱动调速比较简单和平稳，能在很大调整范围内实现无级调速。 5使用安全阀可简单而有效的防止过载现象发生。 6液压驱动具有润滑性能好、寿命长等特点。 B）缺点 1油液容易泄漏。这不仅影响工作的稳定性与定位精度，而且会造成环境污染。 2因油液粘度随温度而变化，且在高温与低温条件下很难应用。 3因油液中容易混入气泡、水分等，使系统的刚性降低，速度特性及定位精度变坏。

4需配备压力源及复杂的管路系统，因此成本较高。 C）适用范围液压驱动方式大多用于要求输出力较大而运动速度较低的场合。在机器人液压驱动系统中，近年来以电液伺服系统驱动最具有代表性。 B 气压驱动的特点气压驱动在工业机械手中用的较多。使用的压力通常在 0.4-0.6Mpa，最高可达1Mpa。 a）优点 1快速性好，这是因为压缩空气的黏性小，流速大，一般压缩空气在管路中流速可达180m/s，而油液在管路中的流速仅为2.5-4.5 m/s。 2气源方便，一般工厂都有压缩空气站供应压缩空气，亦可由空气压缩机取得。 3废气可直接排入大气不会造成污染，因而在任何位置只需一根高压管连接即可工作，所以比液压驱动干净而简单。 4通过调节气量可实现无级变速。 5由于空气的可压缩性，气压驱动系统具有较好的缓冲作用。 6可以把驱动器做成关节的一部分，因而结构简单、刚性好、成本低。 b)缺点 1因为工作压力偏低，所以功率重量比小、驱动装置体积大。 2基于气体的可压缩性，气压驱动很难保证较高的定位精度。 3使用后的压缩空气向大气排放时，会产生噪声。 4因压缩空气含冷凝水，使得气压系统易锈蚀，在低温下易结冰。

基于单片机智能机器人控制系统研究设计

引言单片机技术作为自动控制技术的核心之一，被广泛应用于工业控制、智能仪器、机电产品、家用电器等领域。随着微电子技术的迅速发展，单片机功能也越来越强大，本设计基于单片机技术、红外技术完成智能机器人控制系统设计。智能机器人研究在当前机器人研究领域具有十分突出的地位, 其显著的特点是具有环境感知、判断决策、人机交互等功能[1]。本智能机器人系统主要实现了步行、跟踪、避障、步伐调整、语音、声控、液晶显示，地面探测等功能。在遇到外界条件发生变化时，该机器人将采取不同的措施对待，较好地表现出该机器人的思考能力。 1 智能机器人简介 1.1 系统框图该智能机器人控制系统采用两片AT89C51[2]控制，一片单片机MCU1用于整个系统的控制，另一片单片机MCU2用于驱动液晶屏LCM1602工作，它们之间通过I/O口通讯，以实现两片单片机共同工作的相互协调控制。系统框图[3]如图1所示。

图1 机器人控制系统结构图设计中，MCU1的P1.0、P1.3分别接触觉传感器，P1.6-P1.7接视觉红外传感器，P2.0-P2.4口控制继电器驱动电路，P2.5口接地面探测传感器，P2.6-P2.7接步伐校正光耦器，P3.0-P3.5接I SD25120语音芯片。 1.2 实现功能机器人在移动过程中，会发出语音提示：“目标搜索中”，同时液晶显示：“Target is in searchi ng”；前进过程中发现目标，语音提示：“发现目标”；液晶显示：“Find object”，机器人自动向该目标转向；对准目标后，语音提示：“锁定目标”，液晶显示：“Lock it”，同时机器人向目标继续前进；如机器人撞上目标，语音提示：“前方有障碍物”，液晶显示：“Obstacles impending”，机器人根据触角碰撞的先后顺序，向该相反的方向转角约100度，继续前进；当前方地面出现断层，语音提示：“危险，前方地面有断层”，液晶显示：“Warning，fault ahead”，同时机器人会向后退几步，转向后继续前进；如果机器人在转向过程中，步伐错乱，便会自动执行步伐调整程序，以校正步伐。 2 系统设计 2.1 驱动电路

工业机器人的驱动方式

题目 1、工业串联机器人常用的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 2、智能移动机器人的驱动方式、传动系统、传感器类型比较 3、现在机器人的控制系统、控制结构概述机器人问世已有几十年但没有一个统一的意见。原因之一是机器人还在发展另一原因主要是因为机器人涉及到了人的概念成为一个难以回答的哲学问题。也许正是由于机器人定义的模糊才给了人们充分的想象和创造空间。美国机器人协会 RIA) 一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的通过程序动作来执行各种任务并具有编程能力的多功能操作机。美国家标准局一种能够进行编程并在自动控制下完成某些操作和移动作业任务或动作的机械装置。 1987年国际标准化组织(ISO)对工业机器人的定义 “工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能能完成各种作业的可编程操作机。日本工业标准局一种机械装置在自动控制下能够完成某些操作或者动作功能。英国貌似人的自动机具有智力的和顺从于人的但不具有人格的机器。中国我国科学家对机器人的定义是 “机器人是一种自动化的机器这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力是一种具有高度灵活性的自动化机器”。尽管各国定义不同但基本上指明了作为“机器人”所具有的二个共同点 (1) 是一种自动机械装置可以在无人参与下自动完成多种操作或动作功能即具有通用性。 (2)可以再编程程序流程可变即具有柔性(适应性。机器人是20世纪人类伟大的发明比尔?盖茨预言机器人即将重复PC机崛起的道路彻底改变这个时代的生活方式。机器人学集中了机械工程、材料科学、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果代表了机电一体化的最高成就是当代科学技术发展最活跃的领域之一。概述驱动方式现代工业机器人的驱动方式主要有三种气动驱动、液压驱动和电动驱动。气动驱动机器人气动驱动系统以压缩空气为动力源。气动驱动机器人具有气源方便系统结构简单动作快速灵活不污染环境以及维护方便、价格便宜、适合在恶劣工况高温、有毒、多粉尘条件下工作等特点。常用于冲床上下料小零件装配、食品包装及电子元件输送等作业中。由于气体可压缩遇阻时具有容让性因此也常用作机器人手爪的驱动源。气动驱动系统的组成 1 气源气动机器人可直接使用工厂压缩空气站的气源或自行设置气源

面向智能家居的机器人控制系统设计

摘要机器人技术涉及领域众多，包括电子、机械学、自动控制、传感器技术等，是一门多技术集合的领域。随着工业自动化在世界的飞速发展，移动机器人在生产生活中的地位逐渐提高。文章主要讲述了家庭机器人的设计过程，以及机械手的设计方案。以AT89C51 单片机作为本次设计核心，借助L298N电机控制芯片以完成对直流电机的控制，比如如何启停，如何改变方向，改变行驶速度。以应对移动机器人所需完成任务动作的要求。在如何选择合适的机器人设计中，采用了脉冲宽度调制技术对电机进行控制，为了达到期望值采用调节占空比大小来实现。关键词：智能家居机器人；AT89C51 单片机；L298N电机控制芯片；PWM控制；电机控制。 ABSTRACT Robot technology involves many fields, including electronics, mechanics, automatic control, sensor technology and so on. It is a field of multi technology collection. With the rapid development of industrial automation in the world, the position of mobile robots in production and life is gradually improving. This article mainly describes the design process of the family robot and the design plan of the manipulator. With the AT89C51 MCU as the core of this design, the control chip of L298N motor is used to control the DC motor, such as how to start and stop, how to change direction and change the speed of driving. In order to meet the requirements of mobile robot for completing tasks. In how to choose the suitable robot design, the pulse width modulation technology is used to control the motor. In order to achieve the desired value, the size of the duty ratio is realized. Key words：Screening manipulator；AT89C51 monolithic integrated circuit,；LN298 motor control chip,；PWM technology；motor control. 第一章绪论 1.1 智能家居机器人的发展现状机器人大家都不陌生，我们首先来谈谈移动机器人。移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。[12]随着传感器技术和自动控制技术的不断发展，机器人的性能得到不断提高。机器人的应用也不再局限与工业生产以及军事领域，它同时还广泛于民用领域，如除草、灌溉、导航、室内清洗和安全防范等等。