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关于机器人的科技技术基础论文

学习啦【科技论文】 家文时间:2017-08-14 12:02:16我要投稿

  随着科技的进步,智能机器人的性能不断地完善,因此也被越来越多的应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等方面。这是学习啦小编为大家整理的关于机器人的科技论文,供大家参考!

机器人科技

 

  机器人的科技论文篇一:《浅谈智能移动机器人》

  摘 要:随着科技的进步,智能机器人性能不断地完善,移动机器人的应用范围也越来越广,广泛应用于军事、排险、农业、救援、海洋开发等。介绍了常见智能移动机器人的基本系统组成及其相关的一些技术,提出一种能够应用于智能移动机器人的越障机构,并简单阐述了其工作原理。在对智能机器人有一定了解的基础上,论述了智能移动机器人的研究现状及其发展动向。

  关键词:智能移动机器人 越障 避障 伸展收缩

  1 引言

  上世纪60年代智能机器人的出现开辟了智能生产自动化的新时代。在工业机器人问世50多年后的今天,机器人已被人们看作是不可缺少的一种生产工具。由于传感器、控制、驱动及材料等领域的技术进步开辟了机器人应用的新领域。智能移动机器人是机器人学中的一个重要分支。

  2 智能移动机器人的基本系统组成及其相关技术

  由于智能移动机器人在危险与恶劣环境以及民用等各方面具有广阔的应用前景,使得世界各国非常关注它的发展。其共同的五大系统组成要素为:(1)机械机构单元是智能移动机器人的骨架,机器人所有的模块都依靠其支撑,机械机构单元的结构,性能,强度直接影响着整个机器人的稳定性。随着科技发展和新型材料的研制开发,使得智能机器人产品的结构性能有了很大提高,机械机构的各项工艺性及尺寸设计都向着更加合理高效,更加轻便美观,更加环保节能,更加安全可靠等方向发展。(2)动力与驱动单元为智能移动机器人提供动力来源。(3)环境感知单元相当于智能移动机器人的五官,机器人通过感知单元对周围的环境进行感知识别及各种参数的收集,然后通过转换成控制模块可以识别的光电信号,输入到控制单元进行数据处理。(4)执行机构单元为智能移动机器人执行部分,能根据控制中心的命令执行命令,完成任务。不同的机器人有着不同的执行机构,执行机构的设计影响着对要执行动作的效率,精度,稳定性,可靠性等。(5)信息处理与控制单元作为整个机械系统的核心部分,它如人的大脑一样,调控着整个系统,一切的活动都由它指挥。将来自传感器部分采集到的信息进行集中汇总,存储,对所有信息分析,规划决策,输出命令。使机器人有目的的运行。

  智能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机电系统。它是传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、电子工程、计算机工程等多学科的重要研究成果,从某种意义上讲是机器发展进化过程中的产物,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。

  3 一种越障机器人

  我们设计的移动机器人(图1)有很好的机动性能,前导轮、前轮和后轮可以实现独立升降运动。前导轮(如图1)由通过曲柄圆盘的转动角度控制摇杆的摆动角度,带动相关的平面连杆机构运动,从而实现前导向轮的伸展和收缩实现攀越。机器人两侧的侧边驱动机构为平面连杆-滑块越障机构,前后轮(如图1)分别通过导杆在槽中的移动,带动平面连杆机构的运动,实现前后轮的伸展和收缩,实现越障功能。本机器人通过尺寸的设计可以实现较大的越障高度,通过合理的控制轮摆动的角度还能实现多种类型障碍物的攀越。

  4 智能移动机器人的应用概况

  随着科技的进步,机器人的功能不断完善,智能移动机器人的应用范围也大大拓宽,不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用,而且在排险、海洋开发和宇宙探测领域等有害与危险场合(如辐射、灾区、有毒等)得到很好的应用。

  4.1 陆地智能移动机器人

  20世纪60年代后期,苏美为了完成对宇宙空间的占领,完成月球探测计划,各自研制开发并应用了移动机器人,通过移动机器人实现对外星土壤的样本采集和土壤分析等各种任务。陆地智能移动机器人的出现是为了帮助人类完成无法完成的任务。陆地移动机器人也广泛应用于军事,可以完成排除爆炸物,扫雷,侦查,清除障碍物等等,近年来智能移动机器人也开始渐渐融入人们的日常生活。

  4.2 水下智能移动机器人

  近年来,人们对资源的渴求加大,开始对原子能和海洋资源的开发,加之水下环境十分复杂(能见度差,定位困难,流体变化等),水下智能移动机器人在海底资源探测上的优势使之受到关注。近年德国基尔大学的科学家研制出新型深水机器人“ROV Kiel 6000”,这架深水机器人能够下探到6000米深的海底,寻找神秘的深水生物和“白色黄金”可燃冰。

  4.3 仿生智能移动机器人

  近年来,全球许多机器人研究机构越来越多的关注仿生学与机构的研究工作.在某些情况下仿生机器人尤其独特优势,例如,蛇形机器人重心低,能够模仿蛇的动作,穿梭在能够穿梭在受灾现场和其他复杂的地形中能够帮助人类完成各种任务。除此之外还有仿生宠物狗、仿生鱼、仿生昆虫等。

  5 智能移动机器人的发展方向及前景

  影响移动机器人发展的因素主要有:导航与定位技术,多传感器信息的融合技术,多机器人协调与控制技术等因而移动机器人技术发展趋势主要包括:

  (1)高智能情感机器人。随着科学技术的发展,人们对人机交互的技术的要求越来越高,具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前的移动机器人只能说是具有部分的智能,人们渴望能够出现安全可靠的能够沟通交流的高智能的机器人。虽然现在要实现高智能情感机器人还非常的困难,但是终有一天,随着科学技术的突破,它将成为现实。

  (2)高适应性多功能化的机器人。机器人的出现是为人类服务的,自然界中还有好多未知的世界等着我们开拓,各种危险的复杂多变的环境,人类无法涉足,因此人们也迫切希望有能够代替人类的机器人出现,高适应性多功能化的机器人也必将是机器人的发展方向之一。

  (3)通用服务型的机器人。随着科学技术的发展,机器人也是应该越来越容易融入人们日常生活中的,在日常生活中为人们服务。例如在家庭中,机器人可以帮助人们做各种家务,和人们生活关系密切。

  (4)特种智能移动机器人。根据不同应用领域,不同的目的,设计各种各样特种智能移动机器人是未来发展方向,如纳米机器人,宇宙探索机器人,深海探索机器人,娱乐机器人等等。

  6 结束语

  总之,智能移动机器人涉及到传感器技术,控制技术,移动技术,信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术。未来智能移动机器人走向生活,安全可靠,操作简单是其趋势。尽管智能移动机器人以惊人的速度在发展着,但是实现高适应性,智能化,情感化,多功能化的移动机器人还有很长的路要走。

  参考文献:

  [1] 谢进,万朝燕,杜立杰.机械原理(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2010.

  [2] 陈国华.机械机构及应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

  [3] 徐国保,尹怡欣,周美娟.智能移动机器人技术现状及展望[J].机器人技术与应用,2007(2).

  [4] 肖世德,唐猛,孟祥印,等.机电一体化系统监测与控制[M].四川:西南交通大学出版社,2011.

  机器人的科技论文篇二:《浅谈机器人设计方法》

  摘要:机器人是人类完成智能化中非常重要的工具,随着时代的发展,机器人已经在世界有了一定的发展,甚至很多国家机器人已经运用到实际的生活中去。而机器人的设计方法无疑是很多人非常感兴趣的问题,因此本文针对机器人的设计方法进行了详细的探索。

  关键词机器人;设计;方法

  1.前言

  纵观人类的发展史,工具的进步才能带动人类的文明,如今设计朝着智能化的方向在发展,机器人就是人类在发展智能化过程洪重要的产物,因此机器人常用的设计方法是设计师们必备的工具。

  2.控制系统的硬件设计

  在现代科学技术不断发展的背景之下,工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务。就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现机器人控制系统的硬件部分主要由5个模块组成:控制模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块、电源模块。

  (1)控制系统模块。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器,运算速度快,具有多路PWM输出,可将测速、避障等电路产生的输入信号进行处理,并输出控制信号给驱动放大电路,从而控制电机转速,此方式产生的PWM信号比用定时器中断产生的PWM信号实时性更好,而且不会占用系统的定时器资源。

  (2)循迹模块。循迹是指小车在比赛场地上循白色引导线线行走,循迹模块的原理图如图2所示。循迹模块采用灰度传感器,发射管为普通LED灯,接收管为光敏三极管3DU33。工作原理为:不同颜色的物体对LED发射光反射不同的亮度,光敏三极管3DU33接收这些不同亮度的光线,就会呈现不同的电压Vx。Vx输入到比较器LM339的同相端,并与电位器设定的电压V0相比较,当Vx>V0时,比较器输出高电平,当Vx循迹机器人前后两端均是由7个灰度传感器组成的循迹模块。其中,中间三个灰度传感器起巡线的作用,两端的灰度传感器起探测弯道作用,剩下两个灰度传感器交替进行巡线和探测弯道。实验证明,这样的灰度传感器的布置图,机器人循迹的效果好,且“性价比”非常高。

  (3)避障模块。避障模块主要使用的是红外发射接收传感器,当红外感应避障模块靠近物体时,输出低电平信号;当没有感应到物体时,输出高电平信号。将该信号线接入到单片机的控制端口,控制程序就能起到探测障碍物的作用,当在机器人行进的路径上就可以发现有障碍物并及时避开绕行。

  (4)驱动模块。循迹避障机器人要求行走灵活、反应快速,因此要求驱动电机具有“转速快、制动及时”等特点。我们设计制作的循迹避障机器人采用中鸣公司的JMP-BE-3508I驱动板模块,其输入电压为11V到24V,最大输出电流为20A,满足快速前进、制动、转弯的要求。并且电机速度达到500rpm,堵转力矩为8KG.CM,具有很强的刹车功能。利用单片机的四路PWM输出信号,分别控制四个轮子的转速。并采用“四轮驱动”、“差速转弯”的方式实现机器人的前进、后退与转弯。

  (5)电源模块。循迹机器人的电源模块主要实现以下三大功能:①稳定输出5V工作电压。故我们设计制作的电源模块以7805芯片为核心,把输入电压截止到5V。②提供足够的电流。7805芯片最大输出电流为1.5A,而循迹机器人需要较大电流,所以我们使用了两片7805芯片分别对控制系统和外部设备进行供电。③滤波。在7805芯片的输入、输出端分别并联104贴片电容和10μF的电解电容,过滤高频、低频信号。

  3.软硬件模块开发流程和界面程序

  (1)图像处理模块:照相机实时捕捉图像,处理转化后和初始图像进行处理比较,找出图像中差异的位置通过TCP传输。

  (2)TCP通信模块:视觉系统通过以太网连接贝加莱控制器,控制器可以作客户机或服务器实时传输数据,:定义结构体用于视觉系统传输位姿给机器人和机器人实时反馈位姿和信号状态数据给视觉系统。

  (3)位置转换模块:把视觉系统的位姿转换为机器人的位姿传输给机器人,控制机器人运行。

  (4)轨迹规划模块:进行运动轨迹规划和速度规划,根据机器人当前的位置和目标位置,选择最优的运动轨迹(直线、圆弧、不规则曲线等运动轨迹),然后对轨迹、速度进行插补,插补值调用机器人运动学算法计算轨迹的可靠性,再把实时插补的位置、速度传送给运动控制模块。

  (5)运动控制模块:根据实时插补的值结合加速度、加加速度等控制参数给驱动器。

  (6)伺服模块:根据控制器所发送数据,结合各伺服控制参数,驱动电机以最快响应和速度运行到各个位置。

  4.机器人精度标定和视觉软件处理

  4.1精度标定

  精度的标定包括机器人精度标定 和机器人相对于视觉照相机位置标定 。机器人运动前,需要用激光跟踪仪标定准确各轴杆长、零点、减速比、耦合比等机械参数,给运动学、控制器系统,机器人才能按理论轨迹运行准确。行到指定点。 通过三点法、六点法标定机器人相对于视觉照相机的X、Y、Z方向距离给位置转化模块,确定机器人坐标系相对于照相机坐标系的转化关系。

  4.2视觉处理软件

  包括固定视觉系统标定模块和移动视觉系统标定模块 。视觉系统安装在固定位置相当于给机器人建立照相机一个用户坐标系,此模块用于运算机器人和固定视觉系统之间位姿转换关系。视觉系统安装在机器人末端法兰位姿相当于给机器人建立照相机一个工具坐标系,随着机器人运动而实时改变位置,此模块用于运算机器人和动态视觉系统之间位姿转换关系。 实时处理传输机器人、视觉系统和以太网的运行通信状态以及出错状态处理。

  4.3人机界面设计及实现

  当机器人出现故障,不能自动移动位置时,比如碰到硬件限位或出现碰撞现象时,此时可以进入手动页面,选择机器人操作,移动机器人到指定位置。对于新建码垛工艺线,需要配置系统参数、位置信息、以及产品参数,等必要的信息。码垛数据编辑与创建的功能,产品覆盖了袋子、箱子,以及可变数量抓取的功能。可以添加产品数量,改变产品方向,单步数量修改,产品位置移动以及旋转等设置。本页面中,示例生成了每层五包的袋装产品,编号从1到5,可以通过调整编号的顺序,达到改变产品的实际码垛顺序。

  5.结束语

  总之,在进行机器人的设计过程中,要根据设计的用途进行针对性的设计,对于设计过程中出现的问题要及时的采用上述的思维方法进行解决,随着机器智能化的推广,无疑机器人的设计在未来会有更广阔的天空。

  参考文献:

  [1]张海平,陈彦. Wincc在打包机人机界面中的设计与应用[J].HMI与工业软件,2012(3):70-72.

  [2]朱华栋,孔亚广.嵌入式人机界面的设计[J].中国水运,2008(11):125-126.

  [3]金长新,李伟.基于Windows CE的车载电脑系统人机界面的实现[J].微计算机信息,2005(21):132-134.

  机器人的科技论文篇三:《浅谈igm焊接机器人的故障处理》

  [摘 要]机器人技术综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。本文通过介绍igm焊接机器人的工作原理,以及在实际工作中机器人的常见故障现象,对故障产生的原因进行分析,并提出了相应的维修方法。

  [关键词]igm焊接机器人 工作原理 故障处理

  0 前言

  机器人技术是综合了计算机、控制理论、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术。这门新型技术的介入,对维修技术人员提出了更高要求。如何保证焊接机器人的可靠性、稳定性,发挥机器人的最大优势,针对机器人的故障维修及设备维护保养工作就尤显重要。

  1 igm焊接机器人组成及工作原理

  1.1 igm焊接机器人的组成

  igm焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人,它加工精细、动作灵巧、焊接精度高、焊缝成形好。在机械行业中得到了广泛的应用。

  1.2 igm焊接机器人工作原理

  igm焊接机器人内部轴控制原理:通过数字伺服板DSE-IBS处理当前位置的校准、位置驱动、速度驱动等信息,处理后的信息送馈到伺服驱动器,由伺服驱动器内部的脉宽调制器调制,然后放大输出推动伺服电机。伺服电机运动的同时,编码器同步运行,并把采集的位置角度信息反馈给RDW控制板,通过RDW板的增量计算、数据整定后的位置信息回馈给DSE-IBS板,做下一个周期的计算处理,此过程反复进行从而实现了实时位置的更迭过程。

  2 igm焊接机器人故障诊断及分析

  2.1 焊接机器人故障类型

  焊接机器人故障类型可分为软件故障和硬件故障,由机器软件造成的故障,如系统停机死机的现象;由机器硬件造成的故障,如驱动单元、电气元件各模块的故障。就故障现象可分为人为故障和自然故障、突发故障三大类。对于维修来说,自然故障和突发故障的排除就显得困难,因为这种维修不仅仅针对故障单元本身,还要对系统进行改进,这就需要周密分析,对故障诊断进行优化和改进,避免排除过的故障重复出现,使系统进一步稳定可靠。

  2.2 igm焊接机器人常见故障处理

  2.2.1 机器人开机后示教器无报警信息,但机械手无法正常引弧。首先检查系统是否送丝送气,发现送丝系统无法手动送丝,保护气瓶有压力,但是焊枪喷嘴处无保护气。再检查机械手焊接电缆、引弧板及送丝板,都没有发现故障。这说明机械手的功能是正常的,可能是焊接回路不通畅。可以通过测量焊接回路阻抗来判断焊接回路是否正常。

  回路阻抗的测试步骤:

  i把连接工件的地线接好,保证地线夹与工件接触部分干净良好;

  ii接通机器人电柜电源,将福尼斯焊机电源开关拨至“I”位置;

  iii在焊机二级菜单内选择“r”功能。

  iv取下焊枪喷嘴,拧上导电嘴,将导电嘴贴紧工件表面。需要注意的是,测量过程中要确保导电嘴与工件接触处的洁净。测量进行时,送丝机和冷却系统不启动;

  v轻按焊枪开关或点动送丝键。焊接回路阻抗值测算完成。测量过程中,右显示屏显示“run”;

  vi焊接回路测算结束后显示屏显示测量值。测得的焊接回路阻抗是18 Ω(正常值以<20Ω为佳),说明焊接机器人的焊接回路的通畅的。再断电、通电调试,焊接机器人能正常引弧,应该是回路测试过程中通过连接接地夹、拆卸喷嘴、导电嘴等将回路未正常接触处接通了。

  2.2.2 igm机器人在焊接过程中,引弧困难、焊接电流极不稳定,且经常断弧,反复出现“Arc fault”电弧故障。

  i检查接地电缆,测量回路电阻值为9.7Ω,正常

  值以<20Ω为佳。

  ii检查焊丝直径(Ф1.2)与送丝轮的公称直径相匹配。

  iii焊丝材料(G2Si)与焊接方式及焊接母材相匹配。

  iv后观察焊枪喷嘴处,存在大量粉尘的切粉,手动送出的焊丝不光滑平整,有小量弯曲及伤丝情况,说明送丝不畅。

  v对送丝阻力进行检测。将送丝锁紧杆、压紧杆打开,手盘焊丝盘将焊丝收回,发现阻力很大。多为送丝软管堵塞或软管与机械手夹角过大造成。

  vi检查送丝轮磨损情况,V型送丝槽不易过深过宽,以正好放置一根Ф1.2规格的焊丝为佳,间隙过大,将影响送丝的稳定性,焊接电流的稳定性。拆下送丝轮,发现送丝轮磨损严重,圆度误差较大,送丝槽过深。送丝机构一旦出现失控,就会高速送丝,焊接电源得不到正常的信号反馈(送丝速度的反馈采用光电测速),不能提供稳定的电流、电压,造成不能正常焊接。更换送丝轮、送丝软管,并进行压力调整,故障解除,焊接正常。

  2.2.3 igm机器人回零参数自动丢失。igm机器人在下一次开机时,回零参数自动丢失,重新校零、输入参数,保存参数反复丢失。检查示教电缆、接口、程序、轴卡、RDW板指示灯全部正常,检查后备电池(缓冲电瓶,用于关机或意外掉电情况下,为系统提供短时间供电,进行信息的存储)测量电压值,一个为8.9V,一个为12 V,总电压为21 V,正常值为24V,更换一组电池后一切正常,再未出现数据丢失现象。

  2.3 突发故障的分析及处理

  该故障无可预见性,事发突然。实际工作中出现最多。多为受环境影响的系统故障,如焊接机器人控制部分电路板故障、稳压电源故障、通讯故障等,反映在机器人在工作时突然报警且无法消除报警。重新启动又恢复正常,但不久又出现报警,这类故障造成整个系统不稳定。

  为了进一步判断驱动器的好坏,缩小故障范围,

  对编码器进行检查,RCI系列的机器人各轴所使用的编码器是绝对编码器,它是一种电磁部件,可以传递旋转角度的信息,由两个固定绕组(sin绕组和cos绕组)及一个参考绕组组成,原理基本上同旋转变压器相似。将X12插头拔下,分别测量11-12、13-5、14-4端子阻值,结果没有一项有阻值,说明编码器出现异常。

  找到12轴伺服电机,检查发现编码器插头锁紧并帽已退出,插头连接松动。将插头重新安插,锁紧到位,再次测量11-12端子阻值为94Ω,13-5端子阻值为65Ω,14-4端子阻值为65Ω,9-10端子阻值为600Ω,说明各绕组正常。上电后,驱动可正常打开,故障解除。

  3 结束语

  维修工作是理论指导实践,实践促进理论的一个反复过程,理论实践的有机结合才会使维修人员更加深入,更加准确的判断处理各种故障。工作中维修人员必须具有独立思考分析判断的能力,操作中一定要注意观察,不可盲目更改焊接机器人设定、跳线等状态,要养成做工作记录的好习惯,归纳总结各类故障现象以及处理过程,积累故障诊断和维修方面的经验,以提高维修水平。

  参考文献

  [1] 戴光平.《焊接机器人故障诊断及维修技术》. 重庆:中国嘉陵工业股份有限公司,2003.

  [2] 中国焊接协会成套设备与专业机具分会. 《焊接机器人实用手册》.机械工业出版社,2014.

  [3] 李德民.《焊接机器人的故障维修》. 长春:长客股份制造中心,2011.


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