北京科技大学科技成果——工业机器人工作站及生产线集成技术
工业机器人 论文初稿
湖南科技大学能源与安全学院课程论文题目工业机器人浅析课程名称姓名陈昕学号 0801040233专业工业工程目录一、机器人的组成 (1)二、国内外机器人发展趋势 (1)1、机器人发展过程 (1)2、国内机器人发展趋势 (2)3、国外机器人发展趋势 (2)三、工业机器人的应用 (3)四、目前研究热点 (5)五、工业机器人产业发展模式的探讨 (6)六、结论 (7)参考文献 (7)工业机器人浅析摘要:从机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。
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。
除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。
机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。
机器人的研究、制造和应用程度，是一个国家或公司科技水平和经济实力的象征。
目前，国际上许多大公司都在竞相研制各类先进机器人，向人们展示其实力。
机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。
在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
关键词：工业；机器人；技术；应用；发展一、机器人的组成机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。
出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。
机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，此外也有采用液压、气动等驱动装置。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计解析
唐山学院毕业设计设计题目：基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计系别：信息工程系班级：11电气工程及其自动化3班姓名：刘亮指导教师：田红霞2015年6月1日基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要机械臂控制器作为机械臂的大脑，对于它的研究有着十分重要的意义。
随着微电子技术和控制方法的不断进步，以单片机作为控制器的控制系统越来越成熟。
本课题正是基于单片机的机械臂控制系统的研究。
本文首先介绍了国内外机械臂发展状况以及控制系统的发展状况。
其次，阐述了四自由度机械手臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。
详细阐述了机械臂控制系统中单片机及其外围电路设计、电源电路设计和舵机驱动电路设计。
在程序设计中，着重介绍了利用微分插补法进行PWM调速的程序设计。
并给出了控制器软件设计及流程图。
最后，给出了系统调试中出现的软硬件问题，进行了详细的分析并给出了相应的解决办法。
关键词：机械臂单片机自由度舵机PWMDesign of Multi DOF Manipulator ControllerBased on MCUAbstractAs the brain of robot arm, manipulator controller is very important for its research.With the development of microelectronics technology and control method, the control system of MCU is becoming more and more mature.This thesis is based on the research of the manipulator control system of MCU.Firstly,it is introduced the development of the manipulator and the control system at home and abroad.Secondly,it is given the circuit and software design for the four DOF manipulator in this disertation.it is expatiated the Single Chip Microcomputer(SCM),the relative circuit design ,Power circuit design,and driver circuit design of manipulator control system.In the design of the program, the design of PWM speed regulation by differential interpolation is introduced emphatically. The software design and flow chart of the controller are given.Finally,it is presented the problems of hardware and software in practive given resolves.Key word: Manipulator;MCU;DOF;Steering engine;PWM目录1引言 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2国内外机械臂研究现状 (2)1.2.1国外机械臂研究现状 (2)1.2.2国内机械臂研究现状 (3)1.3机械臂控制器的发展现状 (3)1.4本设计研究的任务 (4)2机械结构与控制系统概述 (5)2.1机械结构 (5)2.2控制系统 (6)2.3系统功能介绍 (8)2.4舵机工作原理与控制方法 (8)2.4.1概述 (8)2.4.2舵机的组成 (8)2.4.3舵机工作原理 (9)3系统硬件电路设计 (11)3.1时钟电路设计 (11)3.2复位电路设计 (11)3.3控制器电源电路设计 (12)3.4舵机驱动电路 (13)3.5串口通信电路设计 (13)4系统软件设计 (14)4.1四自由机械臂轨迹规划 (15)4.2主程序设计 (16)4.3舵机调速程序设计 (17)4.3.1舵机PWM信号 (17)4.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出 (18)4.4初末位置置换子程序 (21)4.5机械爪控制程序 (22)4.6定时器中断子程序 (23)4.6.1定时器T1中断程序 (23)4.6.2定时器T0中断子程序 (24)5系统软硬件调试 (25)5.1单片机系统开发调试工具 (25)5.1.1编程器 (25)5.1.2集成开发环境Keil和Protues (25)5.2控制系统的仿真 (26)5.3软件调试 (27)5.4硬件调试 (27)5.5软硬件联合调试 (28)6结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)1引言1.1研究的背景和意义机器人是传统的机械结构学结合现代电子技术、电机学、计算机科学、控制理论、信息科学和传感器技术等多学科综合性高新技术产物,它是一种拟生结构、高速运行、重复操作和高精度机电一体化的自动化设备。
2023年第十届挑战杯全国大学生课外学术作品竞赛特一等奖作品参考
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渤海产业投资基金与中国转型期金融创新
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科技成果——高性能特种粉体材料近终成形技术
科技成果——高性能特种粉体材料近终成形技术技术开发单位北京科技大学技术领域新材料成果简介该项目属于粉末冶金学科。
高性能特种材料具有其他材料不具备的特殊性能，在高技术领域中具有不可取代的关键作用。
然而，这类材料往往硬度高、脆性大，难以采用传统技术加工制备，成为许多国防和民用高技术装备发展的瓶颈。
为此，项目基于粉体流变成形原理，研发了难加工材料的近终形制造新技术，广泛应用于国防和民用高技术领域。
主要发明点如下：1、发明了高性能特种材料的粉末注射成形新工艺，实现了金属钨、氮化铝、含氮不锈钢等难加工材料制品的近终形制造；发明了专用注射成形机、侧抽芯新结构模具等关键工艺装备；创立了基于机器视觉的粉末注射成形产品尺寸和外观质量在线自动检测、工业机器人动态抓取和分拣软硬件系统，首次实现了全自动化生产和高质量稳定性控制，生产效率提高6倍以上。
2、首创了适合注射成形的近球形微细特种粉体制备和改性新技术。
提出基于酸根离子的化学推进剂理论，创立了可控溶液燃烧合成难熔金属和氮化物反应体系和工艺，制备出粒径小于50nm的高分散近球形氮化铝和钨基粉体。
创立了“气流分级分散-等离子球化”粉体改性技术，制备出满足精密多孔阴极需要的细粒径窄分布（5±2μm）球形钨粉。
3、发明了适合不同材料的粘结剂体系及成形和高效脱脂工艺。
提出基于聚合物功能基团的多组元粘结剂设计原理，创立了两相流协调运动模型，阐明了两相分离和缺陷产生的不确定性机制，发明了残碳型、低残留型和高粘性粘结剂体系，有效解决了坯体两相分离、变形、增氧、缺陷等控制难题，产品尺寸精度达到±0.2%。
4、发明了多孔脱脂坯强化烧结致密化和组织性能精确调控技术。
提出金属钨的低温无压活化烧结致密化理论和钝化处理孔隙结构精确调控技术，突破了高致密度钨的细晶化和多孔钨的孔隙均匀化技术瓶颈，烧结金属钨电极的晶粒尺寸仅570nm，抗电子轰击性能提高2个数量级，多孔钨的活性物质填充量提高20%；综合利用液相烧结和残碳“脱氧”原理，解决了氮化铝高致密化、晶界相控制和晶格净化等难题，热导率高达248W/m/K。
北京科技大学自动化专业简介
自动控制研究所
教授（博导）：童朝南、杨卫东。 教授（博导）：童朝南、杨卫东。 ）：童朝南 副教授：彭开香、高海。 副教授：彭开香、高海。
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主要研究方向
人工智能、 人工智能、人工生命的理论方法与应用技术 人耳自动识别和多模态生物特征识别技术 拟人机器人的设计方法和实现技术 计算机视觉技术和理论的研究 非线性系统控制与优化 复杂系统中的信息处理和控制方法的智能化 冶金生产过程综合自动化系统 带钢生产过程的虚拟制造系统（数字轧机） 带钢生产过程的虚拟制造系统（数字轧机） 免疫与混沌控制理论在复杂混杂系统建模与控制中的应用 新型智能控制系统结构、 新型智能控制系统结构、评价体系和控制方法研究
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自动化专业简介
自动化与工业化的关系 工业化特点：专指工业， 工业化特点：专指工业，尤其是制造业 工业化发展三阶段： 工业化发展三阶段： 机械化（大规模使用机器系统） 机械化（大规模使用机器系统） 电气化（加入电机、电网络） 电气化（加入电机、电网络） 自动化（加入自动控制器） 自动化（加入自动控制器）
基础知识层 知识领域：数理与机电基础 知识领域：
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自动化专业的特点
自动化学科的特点：多学科交叉的高技术学科 自动化学科的特点： 自动化应用的特点： 几乎无所不包， 自动化应用的特点：宽、广，几乎无所不包， 并且，伴随其它技术发展，越来越广。 并且，伴随其它技术发展，越来越广。 学自动化专业的特点： 学自动化专业的特点： 需要学的知识多， 需要学的知识多，并要求扎实 在工科中， 在工科中，自动化需要的数学知识最多 自动化专业学习的计算机科交叉、内涵丰富、外延宽广。利于培 多学科交叉、内涵丰富、外延宽广。 养宽口径、多面手、综合复合型人才； 养宽口径、多面手、综合复合型人才； 得益于具有方法论性质的科学方法、 2 ） 得益于具有方法论性质的科学方法 、 科学 思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度。 思想的熏陶，思想更开阔、也更有深度。 非常利于培养具有创新能力的人才； 非常利于培养具有创新能力的人才； 3 ） 特别需要从工程实际问题中抽象出系统问 题的分析与综合能力， 题的分析与综合能力，特别需要综合集成 解决系统问题的能力。有利于培养“将才” 解决系统问题的能力。有利于培养“将才” 帅才” 与“帅才”。
北京科技大学科技成果——热轧L2级过程自动化控制系统
北京科技大学科技成果——热轧L2级过程自动化控制系统项目简介热轧过程自动化控制系统（L2）主要任务是对热轧全线的生产工序进行实时跟踪、数据采集和工艺参数优化，获得满意的产品尺寸精度和各项性能指标。
成功的热轧过程自动化控制系统应该达到三个要求：控制系统运行稳定、功能设置灵活实用、产品质量控制精确。
控制系统能否运行稳定主要取决于计算机硬件系统的合理配置以及中间件和应用软件的结构设计及编程质量。
功能设置的灵活实用主要体现在控制系统的功能和接口是否可以很好地适应热轧各种不同的生产工艺要求和关键参数控制，以方便工艺技术员实现产品和工艺开发。
产品质量要控制精确，关键在于设定计算所涉及的数学模型、控制策略、自适应算法等。
高效轧制国家工程研究中心在大型热轧自动过程控制系统进行了多年的研究和开发，承担并且完成了国内许多热轧工程项目，积累了丰富的现场经验和各种成熟的解决方案，能够完成从系统设计﹑软件设计、编程调试﹑现场服务﹑到开工投产的全过程。
本项目的主要内容包括：硬件和系统软件：所选用的基于PC服务器的过程控制软硬件系统已经在多家大型热轧工程项目中成功应用，系统稳定性经受了现场长时间的严格考验。
支持软件：中间件（Middle Ware）是过程自动化系统的核心支撑软件，即应用软件的开发平台和运行环境，本项目采用的中间件PCDP（Process Control Develop Platform）是由高效轧制国家工程研究中心自主研制开发的，具有完全知识产权。
应用软件：高效轧制国家工程研究中心提供的过程自动化应用软件涵盖了热轧的各项控制功能：初始数据管理、轧件跟踪、轧制节奏、设定计算（预计算、再计算、后计算、模型自适应）、通信管理、测量值处理、HMI画面管理、历史数据管理、报表管理、轧辊数据管理、模拟轧钢等。
数学模型：高效轧制国家工程研究中心能够提供如下数学模型：（1）自动燃烧控制模型；（2）轧制节奏控制模型；（3）轧制温度模型〔空冷温降、高压除鳞温降、形变热、轧件与轧辊接触时的传导温降等〕；（4）轧件变形模型〔变形抗力、轧辊压扁、轧制力和轧制力矩等〕；（5）自动宽度控制模型；（6）板形设定和控制模型；（7）终轧温度控制模型；（8）卷取温度控制模型；（9）卷取设定模型；（10）平面形状控制模型；（11）控温轧制模型；（12）轧制规程优化模型。
《工业机器人搬运工作站》课程教学大纲
《工业机器人搬运工作站》课程教学大纲
一、课程基本信息
二、课程定位
工业机器人搬运工作站是工业机器人技术专业核心课程，该课程主要包括搬运机器人、工件自动识别系统、机器人运行轨迹编程等，使学生掌握工业机器人系统组成、系统在线编程的方法，为后续的工作站系统集成、工作站系统综合调试等能力培养打下基础。
三、课程目标
1．知识目标
1）熟悉工业机器人的操作安全知识；
2）熟悉工业机器人的种类和功能；
3）掌握工业机器人的系统构成；
4）掌握工业机器人坐标系相关知识；
5）掌握工业机器人功能指令相关知识；
6）熟悉工业机器人系统备份的相关知识。
2.能力目标
1）能安全规范的操作工业机器人；
2）能看懂工业机器人技术手册；
3）能根据具体应用选择相应的机器人坐标系；
4）能对工业机器人系统程序进行备份恢复；
5）能熟练手动操作工业机器人；
6）能通过示教器对工业机器人进行编程控制；
3．素质目标
1）具有操作机器人必备的保证人身安全和设备安全相应素质，能遵守机器人使用手册的相关安全条款。
2）具备工业机器人应用中的6S管理的基本能力。
3）具备机器人运用环境的选泽、安全措施的采用
四、课程内容
五、教学内容
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六、课程重点难点及解决方案
七、教学评价。
工业机器人专业建设资料
/浙江亚龙教育装备股份有限公司工业机器人实训基地【建设方案】目录工业机器人专业建设背景................................................................ - 3 - 工业机器人专业建设的原则.............................................................. - 3 - 工业机器人相关专业.................................................................... - 4 - 工业机器人专业建设.................................................................... - 4 - 工业机器人才培养方案.............................................................. - 4 - 工业机器人课程结构................................................................ - 5 - 工业机器人课程标准................................................................ - 5 - 工业机器人师资培训................................................................ - 5 - 工业机器人教材开发................................................................ - 6 - 工业机器人教学资源库建设.......................................................... - 7 - 工业机器人实训中心挂牌................................................................ - 7 - 工业机器人实训中心互动（校校、校企）.................................................. - 9 - 工业机器人实训中心推荐配置........................................................... - 11 -一、工业机器人仿真实训室............................................................. - 12 -二、工业机器人基础应用实训室......................................................... - 20 -亚龙YL-399型工业机器人系统实训考核装备.......................................... - 22 - 三、工业机器人高级应用实训室......................................................... - 33 -亚龙YL-399A型工业机器人焊接系统控制与应用装备................................... - 34 - 亚龙YL-399A1型工业机器人焊接系统控制和应用装备（一轴变位机）.................... - 38 - 亚龙YL-399A3型工业机器人焊接系统控制和应用装备(三轴变位机) ...................... - 42 - 亚龙YL-399C型工业机器人与CNC上、下料系统控制和应用装备（数车）................. - 47 - 亚龙YL-399C2型工业机器人与CNC上、下料系统控制和应用装备（数车+数铣）........... - 50 - 亚龙YL-399L型工业机器人铣削加工系统控制和应用装备............................... - 54 - 亚龙YL-399M型工业机器人码垛系统控制和应用装备................................... - 57 - 亚龙YL-399N型工业机器人产品分拣整理系统控制和应用装备（带视觉通信）............. - 60 - 亚龙YL-399O型工业机器人冲压系统控制和应用装备................................... - 62 - 亚龙YL-399P型工业机器人点焊系统控制和应用装备................................... - 62 - 亚龙YL-399Q型工业机器人装配系统控制和应用装备................................... - 62 - 亚龙YL-399R型工业机器人去毛刺系统控制和应用装备................................. - 63 - 亚龙YL-399S型工业机器人数字化测量系统控制和应用装备............................. - 65 - 亚龙YL-399T型工业机器人喷涂系统控制和应用装备................................... - 67 - 亚龙YL-399U型工业机器人激光切割系统控制和应用装备............................... - 69 - 亚龙YL-399G多机器人制造系统实训装备............................................. - 69 - 亚龙YL-399H型六自由度工业机器人实训设备......................................... - 79 - 亚龙YL-333型高端自动化制造实训考核设备(模块化) .................................. - 82 - 亚龙YL-R120B型工业机器人实训系统（鼠标装配）.................................... - 91 - 四、工业机器人拆装实训室............................................................. - 95 -亚龙YL-JXS005型工业机器人关节实训平台........................................... - 97 - 亚龙YL-JXS003型可拆装六轴工业机器人实训平台..................................... - 98 - 五、总控制和监控室.................................................................. - 100 -工业机器人专业建设背景随着工业产业的转型升级，中国制造2025，工业4.0的推进、工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。
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北京科技大学科技成果——工业机器人工作站及生
产线集成技术
成果简介
在各种类型的自动化生产线上，以工业机器人为核心集成适合于不同生产作业的机器人工作站或生产线是目前工业生产自动化的热门发展方向。
北京科技大学已经在焊接、涂敷、搬运、装配及特殊作业等方面成功开发出多套工业机器人工作站，用于国内外多家企业，产生了良好的经济和社会效益。
下面介绍几种典型的工作站：
1、用于汽车装配生产线的玻璃涂胶机器人工作站
其组成有机器人及其控制系统、单轴回转变位机、翻转机械手、胶液供给系统、保温室等。
这种工作站保证了涂胶的均匀性、一致性、准确的涂敷位置以及优良的生产质量。
机器人选用六自由度垂直关节机器人，最大动作半径约R1550mm，重复定位精度±0.08mm。
通过在线示教，编制适合不同类型、不同尺寸的工件作业程序，由传感器判别工件型号，调用相应的作业程序，特别适用于多品种工件的混流生产。
胶液采用性能优良的单组分湿气固化聚氨脂胶。
供给系统由压胶泵、定量泵、胶枪、清枪器、保温室以及控制系统等构成。
已在国内若干家汽车生产企业投入5套。
2、精密钣金焊接机器人工作站
开发出的焊接机器人工作站适用于碳钢、不锈钢和铝材的焊接。
工作站由工业机器人、机器人移动滑台、工件位置变换机、夹具体、高品质电焊机、气动系统、电控系统及辅助装置等组成。
机器人采用
OTC公司的AX-V6L型六自由度垂直关节机器人。
焊接电源采用OTC 公司DP400型全数字控制脉冲MIG焊机。
现已投入生产，提高了工厂的自动化生产水平和产品在国际市场的竞争力，改善了工人的劳动条件，使生产节拍更加稳定、迅速，焊接质量更加可靠，很值得在焊接加工业大力推广。
3、彩管搬运机器人工作站
大型彩管的特点是体积笨、重量大、温度高。
在生产线上的搬运作业必须采用机器人工作站或专用的移载机。
机器人工作站主要由机器人、末端执行器、同步装置、气动系统和电控系统等部分组成。
开发出的适用于不同作业区的7个机器人搬运工作站投入使用后，运行稳定、可靠，取得了显著的经济和社会效益。
这种技术同样适用于其它物品的搬运作业。
4、轿车挡风玻璃密封胶坝条粘贴机器人工作站
在轿车装配生产线上，使用机器人进行轿车前后挡风玻璃密封胶坝条的粘贴作业，是一项技术难度很大的工作。
经过在试验机上的反复试验，现已经成功开发出密封胶坝粘贴末端执行器并用于实际生产。
密封胶坝粘贴末端执行器机构简单、可靠，无需独立的驱动装置，适用于粘贴的特殊作业。
经过轻量化设计，总重仅有5.8kg，实际生产中选用6自由度，可搬重量为6kg的工业机器人就可满足不同规格的轿车前后挡风玻璃密封胶坝的粘贴。
各种类型的机器人工作站可应用于多种产品的规模化生产，大幅度提高产品的质量和产量。