直角坐標(biāo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制硬件和軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)-預(yù)覽頁
【正文】 向一個(gè)新的高度，從而推動(dòng)新一輪產(chǎn)業(yè)革命 。 機(jī)器人 的研究 現(xiàn)狀 和發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)器人 技術(shù)研究和 應(yīng)用 取得了革命性的發(fā)展，毫無疑問，機(jī)器人技術(shù) 是 未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，充滿 機(jī)遇， 但是也有挑戰(zhàn)。 關(guān)節(jié) 中的伺服電機(jī)、減速器、傳感器 等 模塊分工制造，便于全球范圍內(nèi)企業(yè)的分工合作 。通過 視覺、聽覺、觸覺等傳感器信息，對(duì)速度、加速度、力進(jìn)行環(huán)境 建模 和行動(dòng)控制 。 但是 總體上看，我國機(jī)器人工業(yè)技術(shù)水平還和國外有著 一定 的差距。 機(jī)器人 的基本組成 機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 、檢測(cè) 系統(tǒng) 和控制系統(tǒng)等組成。 末端執(zhí)行器 根據(jù)操作需要可以 換裝 焊槍、吸盤、扳手等工具。 檢測(cè) 系統(tǒng) ： 實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，對(duì) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù)定的要求。它 接收來自傳感器的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息、機(jī)器人的狀態(tài) 及其 環(huán)境 情況等，產(chǎn)生出控制信號(hào) 去 驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)。同時(shí) ， 新興的技術(shù)發(fā)展刺激高新領(lǐng)域的發(fā)展，如航空航天、 深海探測(cè) 、特種機(jī)器人等應(yīng)用領(lǐng)域的研究，因此，研究機(jī)器人具有非常重要的意義。它能夠 搬運(yùn) 物體、操作工具 ， 以完成各種 作業(yè) 。 課題 研究目的 本課題目的就是為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)直角坐標(biāo)機(jī)器人按規(guī)定路徑運(yùn)動(dòng)。 下面主要以 笛卡爾坐標(biāo) 結(jié)構(gòu)、柱面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)、球面坐標(biāo)結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)為例。 圖 21 笛卡爾 坐標(biāo)機(jī)器人 2) 柱面 坐標(biāo)機(jī)器人 柱面坐標(biāo)機(jī)器人主要有垂直柱子、水平移 關(guān)節(jié) 和底座構(gòu)成。 工作 范圍較大， 卻 不能到達(dá)近立柱和地面的工作空間 ； 直線部分可以采用液壓 驅(qū)動(dòng) ，可以輸出較大的動(dòng)力；能夠 伸入 型腔內(nèi)側(cè)。 如圖 14 所示 。這種機(jī)器人 類似 人的手臂，稱為關(guān)節(jié)機(jī)器人。插銷板 用來 預(yù)先 規(guī)定機(jī)器人的工作順序，而且往往是可以調(diào)整的；定序器是一種定序開關(guān)或者步進(jìn)裝置，它能按照 預(yù)定 的正確順序接通驅(qū)動(dòng)裝置的能源；驅(qū)動(dòng)裝置接通能源后，就帶動(dòng) 機(jī)器人 的手臂、 腕部和 手抓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們移動(dòng)到由終端限位開關(guān)鎖規(guī)定的位置時(shí)，限位開關(guān) 切換 工作狀態(tài)，給定序器一個(gè) “運(yùn)動(dòng) 已完成 ”的 信號(hào)，并使終端制動(dòng)器動(dòng)作 ， 切斷驅(qū)動(dòng) 能源 。 如圖 所示伺服 系統(tǒng)的輸出可為機(jī)器人末端執(zhí)行 裝置 的位置、速度或力等。這種 機(jī)器人 分為有軌式機(jī)器人、履帶式機(jī)器人和步行機(jī)器人。若要求 機(jī)器人能夠 達(dá)到空間任意位姿，則它應(yīng)具有六個(gè)自由度，當(dāng)然如果工具本身具有某種特別結(jié)構(gòu)，可能就不需要六個(gè)自由度 。機(jī)器人 在 額定速度和形成范圍內(nèi)，末端執(zhí)行器所能承受的負(fù)載允許值稱為額定負(fù)載。 分辨率 、位姿準(zhǔn)確度、位姿重復(fù)性 分辨率 是機(jī)器人 各 關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或 最小 轉(zhuǎn)動(dòng)精度，它有控制分辨率和空間分辨率之分?？臻g分辨率是機(jī)器人末端執(zhí)行器執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的最小增量。在 相同 條件下啊，用 同 一方法 操作 機(jī)器人時(shí)，重復(fù)多次所測(cè)得的同一位姿 散布 的不一致程度稱為位姿重復(fù)性 。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速低于時(shí)通常選用步進(jìn)電機(jī) ， 否則選用交流伺服電機(jī)。 末端執(zhí)行器 根據(jù)其具體應(yīng)用情況 ， 其手爪系統(tǒng)可能是氣動(dòng)吸盤、氣動(dòng)夾取手爪、電動(dòng)夾取手爪、電磁吸取手爪、焊槍、膠槍、專用工具和檢測(cè)儀器等。 25 直角坐標(biāo) 機(jī)器人 直角坐標(biāo) 機(jī)器人 的 工作原理是 將 各軸電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為各軸的直線移動(dòng)。當(dāng)把 兩根或者 四根運(yùn)動(dòng)單元連接時(shí)，負(fù)載可以增加 到 數(shù)噸 ； 4) 高動(dòng)態(tài)特性 ： 輕載 情況下 速度 可以達(dá)到 8m/s，加速度可以達(dá)到 ，工作效率相當(dāng) 高 ； 5) 高精度 ：按照傳動(dòng)方式配置整個(gè)行程內(nèi)的重復(fù) 定位 精度 ， 可以達(dá)到，甚至 ； 6) 經(jīng)濟(jì) 實(shí)用 ：對(duì)比關(guān)節(jié)機(jī)器人，直角坐標(biāo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，容易 讓 工作人員 學(xué)習(xí) ； 7) 壽命 長：直角坐標(biāo)機(jī)器人的維護(hù)簡單，壽命可以達(dá)到 10 年 以上 ； 8) 應(yīng)用 廣泛 ：通過配置末端執(zhí)行器，可以 進(jìn)行焊接、搬運(yùn)、堆垛、檢測(cè)、探傷、貼標(biāo)、打碼、噴涂和裝配等任務(wù) 。 LC5 控制 系統(tǒng)主要包括 以下 配件： PCI 運(yùn)動(dòng) 控制卡、接口卡、 62 芯 公對(duì)公屏蔽電纜線 、 加密狗、焊接軟件。其接線如圖 27所示。 PCI 總線總線 主要有以下優(yōu)點(diǎn)： 1) 高帶寬， 最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到 33MHZ 2) 支持 32 位 和 64 位兩種 數(shù)據(jù)傳輸通道 3) 兼容 ISA、 EISA 多種 總線 4) 具有 自動(dòng)配置功能，能夠?yàn)橥庠O(shè)分配地址和 中斷 ，有力的避免可能的沖突 。其中 RAM 用來 為變量、數(shù)組元素和應(yīng)用程序提供存儲(chǔ)空間；而 flash EEPROM 用來提高 變量、數(shù)組元素和應(yīng)用程序的非易失性存儲(chǔ)。 接口卡 的外部接口包括： 連接 計(jì)算機(jī)的 62 芯 接口， 24VDC 電源 供電接口 ， 4 路 脈沖運(yùn)動(dòng)軸接口， 20路 輸入接口， 8 路 繼電器輸出接口， PWM（ DA） 輸出 接口。 電源 供電 CN3 接口 引腳定義： 1 腳 輸入 +24VDC（ +24V） 2 腳 +24VDC 地 （ VGND） 接口板上的 CN3 接用戶提供的外部 24V開關(guān)電源， +24V接 24VDC， VGND接 24V 電源地， 24V 均與此電源相通，是給控制卡輸入 24V 直流電源，且只在CN3 端口輸入 24V，其他地方不需要輸入 24V。 ? 一共是 20 個(gè)通用輸入接口，接行程開關(guān)，回零動(dòng)作，面板
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