【正文】 系統(tǒng)的特點及對控制功能的基本要求工業(yè)機(jī)器人具有多個自由度，每個自由度一般包括一個伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。這種多變量的控制系統(tǒng)，一般要用計算機(jī)來實現(xiàn)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)也是一個計算機(jī)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的功能是控制機(jī)器人操作機(jī)的運(yùn)動和操作以滿足作業(yè)的要求。在作業(yè)中機(jī)器人的工作任務(wù)是要求操作機(jī)的末端執(zhí)行器按點位或軌跡運(yùn)動，并保持設(shè)定的姿態(tài)。在運(yùn)動中或在規(guī)定的某點位執(zhí)行作業(yè)規(guī)定的操作。對工業(yè)機(jī)器人的控制功能大致有如下的基本要求和特點。實現(xiàn)對位姿、速度、加速度等的控制功能在機(jī)器人的各類作業(yè)中，運(yùn)動和控制方式主要有兩種。1）點位控制方式（PTP 控制） 這種控制方式考慮到末端執(zhí)行器在運(yùn)動過程中只在某些規(guī)定的點上進(jìn)行操作，因此只要求末端執(zhí)行器在目標(biāo)點處保證準(zhǔn)確的位姿以滿足作業(yè)質(zhì)量要求。而對達(dá)到目標(biāo)點的運(yùn)動軌跡（包括移動的路徑和運(yùn)動的姿態(tài)）則不作任何規(guī)定，這種控制方式易于實現(xiàn)，但不易達(dá)到較高的定位精度，適用于上下料、搬運(yùn)、點焊和在電路板上安插元件等只要求在目標(biāo)點保持末端執(zhí)行器準(zhǔn)確的位姿的作業(yè)中。2）連續(xù)軌跡控制方式（CP 控制） 這種控制方式要求末端執(zhí)行器嚴(yán)格按規(guī)定的軌跡和速度在一定精度要求內(nèi)運(yùn)動，以完成作業(yè)要求，這種必須保證機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地實現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動。這種連續(xù)軌跡運(yùn)動，可看成是若干密集軌跡曲線。若設(shè)定的點足夠密，就能用點位控制的方法實現(xiàn)所需精度的連續(xù)軌跡運(yùn)動。存儲和示教功能要使機(jī)器人具有完成預(yù)定作業(yè)的功能，須先將要完成的作業(yè)示教給機(jī)器人，這個操作過程稱為示教，將示教內(nèi)容記錄下來，稱為存儲。使工業(yè)機(jī)器人按照存儲的示教內(nèi)容進(jìn)行動作，稱為再現(xiàn)。所以工業(yè)機(jī)器人的動作是通過示教—存儲—再現(xiàn)的過程實現(xiàn)的。對外部環(huán)境的檢測和感覺功能。 計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案控制系統(tǒng)采用二級計算機(jī)控制方式，選用 IBMPC，80C51 系列 CPU。第一級機(jī)擔(dān)負(fù)管理，示教編程，控制再現(xiàn)，軌跡正逆運(yùn)算，機(jī)器人語言的編輯和編譯，通過串行通訊方式傳送給二級機(jī)做位置給定。第二級機(jī)負(fù)責(zé)位置伺服控制軟件的計算，位置檢測等工作，根據(jù)插補(bǔ)算出的各關(guān)節(jié)位置增量做位置給定。一級機(jī)與示教盒通訊采用串行 RS232 接口，既接收示教盒信息，完成示教動作，又向示教盒發(fā)送信息，顯示示教情況。還可以連接軟驅(qū)，CRT 終端。二級機(jī)接口電路將計算機(jī)輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，驅(qū)動伺服控制系統(tǒng)，選用速度單元，伺服電機(jī)及光電編碼盤等伺服調(diào)速系統(tǒng)。41 機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖 硬件電路的組成圖 41 是采用 MCS51 系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。電路的組成如下：主從 CPU 都采用 8031 芯片；主從 CPU 各擴(kuò)展程序存儲器 27256 一片，擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器 62256 一片；主 CPU 擴(kuò)展可編程串行通信接口芯片 8251A 一片；可編程多功能接口芯片8155 一片；電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 一片；從 CPU 擴(kuò)展可編程多功能接口芯片 8155 六片；D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC0832 六片；運(yùn)算放大器 μA741 六片；PWM 功率放大器六片；光電編碼器六片；地址鎖存器、譯碼器各兩片；鍵盤電路，顯示電路；光電編碼電路，功率放大電路；報警電路，暫停、急停電路，復(fù)位電路；5 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時應(yīng)采取的安全措施 有些國家已經(jīng)頒布了關(guān)于機(jī)器人的安全法規(guī)和相應(yīng)的規(guī)程，國際標(biāo)準(zhǔn)化奇跡人安全規(guī)范（ISO/TC184/SC2/WG3DP10218） 。在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)廠家，有嚴(yán)格的管理規(guī)定和技術(shù)保障體系。 在機(jī)器人應(yīng)用工程中，要參照相關(guān)規(guī)程，規(guī)范以及工業(yè)機(jī)器人的說明資料，注意落實安全措施，杜絕機(jī)器人傷人以及其他事故。 安全要求 工業(yè)機(jī)器人能代替人在危險有害的環(huán)境中工作。但給人另一種危險，即機(jī)器人傷人事故、這是工業(yè)機(jī)器人安全管理的一個重要原則。此外，除了通用的安全規(guī)程外，還要注意工業(yè)機(jī)器人的特殊性，采取對應(yīng)的對策 對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的安全要求如下幾點：1. 必須為工業(yè)機(jī)器人和周邊設(shè)備安裝安全護(hù)欄，以防止人靠近而造成傷害。工業(yè)機(jī)器人的動作范圍不應(yīng)超越護(hù)欄。2. 在護(hù)欄出入口的門上必須設(shè)置插拔式電接點開關(guān)，其插座有導(dǎo)線與控制系統(tǒng)的電路連接。只有拔下開關(guān)的插頭，才能進(jìn)入相應(yīng)的門。這是工業(yè)機(jī)器人及周邊設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且將工業(yè)機(jī)器人鎖定示教模式3. 在距操作者的地方設(shè)置緊急停止開關(guān)，按下此開關(guān)，工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)設(shè)備立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)4. 在人機(jī)結(jié)合部設(shè)置傳感器。當(dāng)操作者在此處上，下料或裝卡找工作時，控制系統(tǒng)要有相應(yīng)的安全對策5. 在生產(chǎn)設(shè)備旁邊的顯著位置用大型指示燈表示生產(chǎn)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，如運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)試，停止等6. 設(shè)置工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)原點，并在生產(chǎn)系統(tǒng)的操作盤上設(shè)置相應(yīng)的指示燈，使操作者容易判斷工業(yè)機(jī)器人本體的位置狀況7. 示教作業(yè)時降低工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并且要有另一個人專門監(jiān)護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī) 實施方法在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程中，不僅要注意對人員的危險性，而且還要考慮包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的設(shè)備的安全性。為此生產(chǎn)廠家在工業(yè)機(jī)器人及控制系統(tǒng)的軟硬件方面應(yīng)盡量增加有關(guān)功能，以確保安全。例如，用軟極限的功能可設(shè)定工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)的實際動作小于標(biāo)稱最大的動作范圍。當(dāng)控制點運(yùn)動到極限位置時，工業(yè)機(jī)器人自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)并報警，不會超越設(shè)定的區(qū)間。因此，可以將工業(yè)機(jī)器人本體的動作極限限制在實際作業(yè)的領(lǐng)域里。又如對于弧焊的應(yīng)用，生產(chǎn)廠家可提供一種帶有碰撞傳感器的焊槍把持器，示教作業(yè)及再現(xiàn)運(yùn)動時，一旦焊槍裝上共建或者其他物體時，工業(yè)機(jī)器人立即停機(jī)，為了確保工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程中的安全，逆序?qū)嵤┐_保安全要求的具體措施。結(jié) 論我國機(jī)器人的研究和應(yīng)用起步較晚，但是隨著國內(nèi)外機(jī)器人的快速發(fā)展、社會需求的增大和技術(shù)的進(jìn)步，我國的機(jī)器人技術(shù)會得到很快的提高。圓柱坐標(biāo)機(jī)器人也會憑借著結(jié)構(gòu)簡單、完成任務(wù)多樣、操作方便、運(yùn)動靈活等諸多優(yōu)點從其他類型的機(jī)器人當(dāng)中脫穎而出的。本次課題也是在這種背景下提出來的，本次設(shè)計主要完成以下任務(wù)：本次設(shè)計對機(jī)器人的工作任務(wù)進(jìn)行分析、研究，從而找到解決問題的方法，進(jìn)而來解決問題。本次設(shè)計詳細(xì)的對機(jī)器人的末端執(zhí)行器、手臂、腰部及機(jī)座進(jìn)行了設(shè)計。對這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計采用了計算機(jī)輔助設(shè)計，所有的二維圖都是在 Autocad 中繪制的，熟練的掌握了制圖軟件的基本功能。本畢業(yè)設(shè)計由于時間有限，只是從基礎(chǔ)上入手，許多結(jié)構(gòu)和程序停留在初步的設(shè)計階段，未能進(jìn)行實驗檢驗。限于本人水平有限，許多方面都存在疏漏和不足之處，因此本設(shè)計僅僅是初步的設(shè)計，有待完善、優(yōu)化。致謝本次畢業(yè)設(shè)計是在我的指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的。從課題的選擇到設(shè)計的最終完成，老師始終都給予了細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，并且在耐心指導(dǎo)設(shè)計之余，老師仍不忘拓展我們的學(xué)術(shù)視野，讓我們感受到了知識的美妙與樂趣。值得一提的是，李世國老師宅心仁厚，閑靜少言，不慕榮利，有學(xué)者風(fēng)范！對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無窮。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求”，希望借此機(jī)會向老師表示最衷心的感謝！ 此外，本次設(shè)計最終得以順利完成，也是與機(jī)電工程學(xué)院其他老師的幫助分不開的，雖然他們沒有直接參與我的論文指導(dǎo)，但在開題時也給我提供了不少的意見，提出了一系列可行性的建議，在此向他們表示深深的感謝！ 最后要感謝的是我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對中國傳統(tǒng)文化的濃厚的興趣，讓我在漫長的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來的日子里，我會更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！大學(xué)四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在設(shè)計即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥, 再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ 同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。在此衷心感謝學(xué)校、學(xué)院各位老師 4 年來給我的教育和培養(yǎng)，特別要感謝李世國老師在我的畢業(yè)設(shè)計期間給予的諸多指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1] 吳宗澤,羅圣國 .機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊第二版[M].北京:高等教育出版社,1999.[2]廖念釗,莫雨松,李碩根,[M].北京:中國計量出版社,2022.[3]陳錦昌,劉就女 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