【正文】 A 內(nèi)部來實(shí)現(xiàn)，沒有用實(shí)際的雙端口 RAM 芯片。 (2)DSP計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)軸實(shí)際位置和理想位置的誤差，并作 PID調(diào)節(jié)處理，向 FPGA發(fā)送六組 16為控制命令，該命令也就是接下來 50ms內(nèi)六組電機(jī)的轉(zhuǎn)速。用 PID 調(diào)節(jié)控制 FPGA 模擬量的輸出大小，也就是控制各個(gè)關(guān)節(jié)軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而 FPGA 繼續(xù)每隔 50ms 將各個(gè)關(guān)節(jié)軸的實(shí)際位置發(fā)送給 DSP，與下一個(gè)插值點(diǎn)的理論位置相比較，周而復(fù)始形成運(yùn)動(dòng)控制的反饋控制，也實(shí)現(xiàn)了末端執(zhí)行器連續(xù)的軌跡控制。 DSP 與 FPGA 之間的通信 本課題的方案中， FPGA 通過增量式編碼器的反饋可以 得到各個(gè)關(guān)節(jié)軸相對于初始時(shí)刻的位置，將反饋得到的實(shí)際位置發(fā)送給 DSP。 本課題所涉及的初級階段的運(yùn)動(dòng)控制卡 DSP 中已經(jīng)寫入了兩種固定的運(yùn)動(dòng)軌跡插值點(diǎn) 直線插值點(diǎn)和圓弧插值點(diǎn)， PC 機(jī)只需要給 DSP 發(fā)送命令選擇六自由度工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器以何種軌跡運(yùn)動(dòng)，這樣就不需要上位機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，大大降低了上位機(jī)的程序復(fù)雜性，也使得 DSP 與 PC機(jī)之間的通信變得簡單。 通信系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制器在對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)， PC 機(jī)、 DSP 以及 FPGA 之間需要交換大量的數(shù)據(jù)，才能使各個(gè)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，保證六自由度工業(yè) 機(jī)器人按照指令正常運(yùn)行。 柔輪齒和剛輪齒在節(jié)圓處嚙合過程就如同兩個(gè)純滾動(dòng)（無滑動(dòng)）的圓環(huán)一樣，兩者在任何瞬間，在節(jié)圓上轉(zhuǎn)過的弧長必須相等。同樣道理，嚙出變?yōu)槊撻_，嚙合變?yōu)閲С?，這樣柔輪相對剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)（角位移）了1/4 齒；同理，波發(fā)生器再轉(zhuǎn)動(dòng) 1/8 周時(shí)，重復(fù)上述過 程，這時(shí)柔輪位移一個(gè)齒距。這種現(xiàn)象稱之錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，正是這一錯(cuò)齒運(yùn)動(dòng)，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動(dòng)。這是嚙合區(qū)，一般有 30%左右的齒處在嚙合狀態(tài)；橢圓短軸兩端的柔輪齒與剛輪齒處于完全脫開狀態(tài)，簡稱脫開；在波發(fā)生器長軸和短軸之間的柔輪齒，沿柔輪周長的不同區(qū)段內(nèi)，有的逐漸退出剛輪齒間，處在半脫開狀態(tài)，稱之為嚙出。波發(fā)生器通常成橢圓形的凸輪，將凸輪裝入薄壁軸承內(nèi)，再將它們裝入柔輪內(nèi)。 作為減速器使用，通常采用波發(fā)生器主動(dòng)、剛輪固定、柔輪輸出形式。 由于波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使柔輪上的一點(diǎn)不斷的改變位置，這時(shí)在柔輪的節(jié)圓的任一點(diǎn)，隨著波發(fā)生器角位移的過程，形成一個(gè)上下左右相對稱的和諧波，故稱之為：“諧波”。諧波齒輪傳動(dòng)（簡稱諧波傳動(dòng)），它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng) 的一種行星齒輪傳動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，采用諧波減速器傳動(dòng)，不僅實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比，而且是結(jié)構(gòu)更緊湊。 執(zhí)行系統(tǒng) 機(jī)器人主臂機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械本體、伺服電機(jī)、減速器等機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊 ，減速比大（ 100:1）等要求，整個(gè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)大致分成腰部關(guān)節(jié)、肩部關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、大臂與小臂。主機(jī)部分采用了標(biāo)準(zhǔn)型材并輔以模塊化的裝配形式，使得氣動(dòng)機(jī)械手能拓展成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品。采集感知信號及控制信號均由智能閥島來處理，氣動(dòng)伺服定位系統(tǒng)代替了伺服電機(jī)步進(jìn)馬達(dá)或液壓伺服系統(tǒng) 。表 11 給出了各種驅(qū)動(dòng)方式的各方面比較。 氣動(dòng)機(jī)械手與其他驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)械手相比，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，功率體積比較高，動(dòng)作速度快，遠(yuǎn)距離輸送，適合抓取質(zhì)量較小的工件而且有抗干擾無污染等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手可避免電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，電機(jī)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)、測速機(jī)、編碼器、減速器及制動(dòng)器組裝在一次加工的殼體中，使得整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性高 。 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按電機(jī)的功能可分為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和多態(tài)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等。 6)耐壓縮空氣的工作壓力較低，致使機(jī)械手結(jié)構(gòu)較大。故壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送 。 3)壓縮空氣可從大氣中吸取，故動(dòng)力源獲得方便、價(jià)格低廉，而且廢氣處理方便 。 氣壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)有 : 1)通過調(diào)節(jié)氣流，就可實(shí)現(xiàn)無級變速 。 9)油液的溫度和粘度變化影響傳動(dòng)性能。 7)液壓系統(tǒng)的泄漏對機(jī)構(gòu)的工作穩(wěn)定性有一定的影響 。 5)在產(chǎn)生相同驅(qū)動(dòng)力的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)比其他驅(qū)動(dòng)方式體積小、重量輕、慣性小 。因?yàn)楸或?qū)動(dòng)件的速度快慢取決于油液的容積變化，所以當(dāng)不考慮油液的溫度變化時(shí)，被驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的滯后也幾乎沒有，而且液壓機(jī)構(gòu)的適量輕、慣性小，因此它的速度反應(yīng)性較好 。 液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)有 : 1)驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力矩較大，臂力可達(dá) 100 公斤 。目前采用的主要是前三種。比較這些驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)，從中選出適合 上料機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式。該模型形成了一個(gè)優(yōu)秀的軟、硬件整合的設(shè)計(jì)模型。 統(tǒng)一的傳感器數(shù)據(jù)描述屏蔽了最底層傳感器的信息，為傳感 器的即插即用提供了基礎(chǔ)：另外統(tǒng)一的用戶接口給用戶帶來了極大的方便，促進(jìn)新產(chǎn)品及時(shí)上市。仿照人體神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，仿生的機(jī)器人感知系統(tǒng)（如圖２４）也采用類似的分層網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)，最上層是人直接操縱的決荒層．完成類似人體大腦 的決策功能；中間層負(fù)責(zé)底層節(jié)點(diǎn)信息收集融合與集成、上層決策信息執(zhí)行與下傳、節(jié)點(diǎn)附近信息收集以及本層節(jié)點(diǎn)信息向上層節(jié)點(diǎn)的高速實(shí)時(shí)傳輸，類似脊柱、器官與傳導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的功能，中間層節(jié)點(diǎn)根據(jù)需要可以是只有單一智能的模塊，也可以是功能強(qiáng)大的模塊；底層節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于周圍神經(jīng)系統(tǒng)，直接與物理世界接觸，采用嵌入式處理器架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場模擬信號的采集，類似人體體表皮膚以及其他感覺器官的功能．作為機(jī)器人的感官部分。 圖 1 運(yùn)動(dòng)控制器硬件總體框架 感知系統(tǒng) 機(jī)器人感知系統(tǒng)從邏輯上來看，可以分為物理層、應(yīng)用服務(wù)層、應(yīng)用開發(fā)層以及應(yīng)用層這四個(gè)層次，其結(jié)構(gòu)如圖２．１所示。除了具備通用微處理器的高速運(yùn)算和控制功能外 ,針對高速數(shù)據(jù)傳輸、密集數(shù)據(jù)運(yùn)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等需求 ,在處理器結(jié)構(gòu)、指記系統(tǒng)的指令流程等都有專門的設(shè)計(jì) ,為六自由度工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法捉供了可行的硬件保障。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng) 基于上述分析 ,本課題的六自 由度工業(yè)機(jī)器人采用基于 DSP和 FPGA的架構(gòu)模式。但現(xiàn)在的變化時(shí)那些分布在工業(yè)密集的華南，華東沿海地區(qū)也開始對機(jī)器手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸と肆魇矢?，以及交帶來的挑?zhàn)。機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他又多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在 各個(gè)不同環(huán)境中工作。提高了工作效率?？删幊炭刂破鲉纹瑱C(jī)控制的上下料機(jī)器手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡便，線路設(shè)計(jì)合理，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工，效力低；后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要較多繼電器，接線復(fù)雜。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。 目前，隨著單片機(jī)等控制器的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器手在自動(dòng)控制和定位精度上有了很大提高。日本是工業(yè)機(jī)器手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。 1 毫米。雖然這兩種機(jī)器手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)器手發(fā)展的基礎(chǔ)。 1962 年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功 一種叫 Vewrsatran 機(jī)器手。不少球坐標(biāo)通用機(jī)器手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。商名為 Unimate（即萬能自動(dòng)）。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。 機(jī)械手的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 機(jī)器手首先是從美國開始研制的。 Miura 對定位誤差、控制誤差和傳感器誤差建立分布 ,運(yùn) 用統(tǒng)計(jì)決策理論規(guī)劃。基于模型的規(guī)劃方法主要有物理模擬、拓?fù)?、統(tǒng)計(jì)決策、啟發(fā)式、模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等?；谀Ｐ偷囊?guī)劃從規(guī)劃所利用地圖知識(shí)范圍的角度又有全局規(guī)劃和局部規(guī)劃之分。而后