现有一控制系统框图如图（a）所示，已知 ， ，完成下列工作： ①求图a所示系统的稳态误差； ②试说明在图a
基于DSP运动控制器5R工业机器人系统设计摘要运动控制卡：所设计开放式5R关节型工业机器人研究对象分析了该机器人结构设计该机器人采用基于工控PC及DSP运动控制器分布式控制结构具有开放性强控制系统定制运算速度快等特点对其工作原理进行了详细说明机器人控制软件采用基于Windows平台下VC 实现具有良好人机交互功能对各组成模块作用进行了说明所设计开放式5R工业机器人系统具有较好实用性关键词运动控制卡：开放式；关节型；工业机器人；控制软件0引言工业机器人技术现代工业生产自动化领域得了广泛应用也对工程技术人员提出更高要求作机械工程及自动化专业技术人才迫切需要掌握先进技术了能更好地加强技术人员对工业机器人技能实践与技术掌握需要开放性强设备来满足要求本文阐述了我们所开发设计种5R关节型工业机器人系统作通用工业机器人应用于现场也作教学培训设备1 5R工业机器人操作机结构设计关节型工业机器人由2肩关节和1肘关节进行定位由2或3腕关节进行定向其肩关节绕铅直轴旋转另肩关节实现俯仰两肩关节轴线正交肘关节平行于第二肩关节轴线种构型机器人动作灵活控制系统定制工作空间大作业空间内手臂干涉小结构紧凑占地面积小关节上相对运动部位容易密封防尘运动学复杂控制系统定制运动学反解困难控制时计算量大工业用应用种通用型机器人¨1．1 5R工业机器人操作机结构所设计5R关节型机器人具有5自由度结构简图图1所示5自由度分别运动控制卡：肩部旋转关节J1控制系统定制大臂旋转关节J2控制系统定制小臂旋转关节J3控制系统定制手腕仰俯运动关节J4和旋转运动关节J5总体设计思想运动控制卡：选用伺服电机(带制动器)驱动通过同步带控制系统定制轮系等机械机构进行间接传动腕关节上设计有装配手爪用法兰通过断地更换手爪来实现同作业任务1．2 5R工业机器人参数表1设计5R工业机器人参数2 5R工业机器人开放式控制系统机器人控制技术对其性能优良起着重大作用随着机器人控制技术发展针对结构封闭机器人控制器缺陷开发具有开发性结构模块化控制系统定制标准化机器人控制器当前机器人控制器发展趋势]提高稳定性控制系统定制靠性和抗干扰性采用工业PC DSP运动控制器结构来实现机器人控制运动控制卡：伺服系统伺服级计算机采用信号处理器(DSP)核心多轴运动控制器借助DSP高速信号处理能力与运算能力同时控制多轴运动实现复杂控制算法并获得优良伺服性能2．1基于DSP运动控制器MCT8000F8简介深圳摩信科技公司MCT8000F8运动控制器基于网络技术开放式结构高性能DSP8轴运动控制器包括主控制板控制系统定制接口板及控制软件等具有开放式控制系统定制高速控制系统定制高精度控制系统定制网际线控制控制系统定制多轴同步控制控制系统定制重构性控制系统定制高集成度控制系统定制高靠性和安全性等特点新代开放式结构高性能编程运动控制器图2DSP多轴运动控制器硬件原理图图增量编码器A0(／A0)控制系统定制B0(／B0)控制系统定制c0(／CO)信号作位置反馈运动控制器通过四倍频控制系统定制加减计数器得实际位置实际位置信息存位置寄存器计算机通过控制寄存器进行读取运动控制卡目标位置由计算机通过机器人运动轨迹规划求得通过内部计算得位置误差值再经过加减速控制和数字滤波送D／A转换(DAC)控制系统定制运算放大器控制系统定制脉宽调制器(PWM)硬件处理电路转化输出伺服电机控制信号或PWM信号各关节完成独立伺服控制能够实现线性插补控制控制系统定制二轴圆弧插补控制2．2机器人控制系统结构及工作原理基于PCWindows操作系统因其友好人机界面和广泛用户基础而成基于PC控制器首选采用PC作机器人控制器主机系统优点运动控制卡：①成本低；②具有开放性；③完备软件开发环境和丰富软件资源；④良好通讯功能机器人控制结构上采用了上控制系统定制下两级计算机系统完成对机器人控制运动控制卡：上级主控计算机负责整系统管理下级则实现对各关节插补运算和伺服控制里通过采用台工业PC DSP运动控制卡结构来实现机器人控制实验结证明了采用Pc DSP计算结构充分利用DSP运算高速性满足机器人控制实时需求实现较高运动控制性能机器人伺服系统框图图3所示伺服系统由基于DSP运动控制器控制系统定制伺服驱动器控制系统定制伺服电动机及光电编码器组成伺服系统包含三反馈子系统运动控制卡：位置环控制系统定制速度环控制系统定制电流环其工作原理下运动控制卡：执行元件交流伺服电动机伺服驱动器速度控制系统定制电流闭环功率驱动元件光电编码器担负着检测伺服电机速度和位置任务伺服级计算机主要功能接受控制级发出各种运动控制命令根据位置给定信号及光电编码器位置反馈信号分时完成各关节误差计算控制系统定制控制算法及D／A转换控制系统定制速度给定信号加至伺服组件控制端子完成对各关节位置伺服控制管理级计算机采用586工控机(或便携笔记本)主要完成离线编程控制系统定制仿真控制系统定制与控制级通讯控制系统定制作业管理等功能；控制级计算机采用586工控机主要完成用户程序编辑控制系统定制用户程序解释向下位机运动控制器发机器人运动指令控制系统定制实时监控控制系统定制输入输出控制(打印)等示教盒通过控制级计算机获得机器人伺服系统数据(脉冲控制系统定制转角)并用于控制级计算机控制软件实现对机器人示教及控制3 5R工业机器人运动控制软件设计5R工业机器人控制软件采用C Builder编程终软件运行Windows环境下C Builder对Windows平台下开发应用程序时所涉及图形用户界面(GUI)编程具有强支持能力提供了视化开发环境方便调用硬件厂商提供底层函数直接对硬件进行操作而且生成目标代码效率高所设计控制软件分级式模块化结构管理级主模块具有离线编程控制系统定制图形仿真控制系统定制资料查询及故障诊断等功能其结构图4所示(1)离线编程模块利用计算机图形学成建立机器人及其工作环境模型利用规划算法通过对图形和对象操作编制各种运动控制离线情况下生成工作程序(2)图形仿真模块预先模拟结便于检查及优化(3)资料查询模块查阅当日工作及近期工作记录控制系统定制相关资料(生产数量控制系统定制班次等)并打印输出存档(4)故障诊断模块实时故障诊断代码形式显示出故障类型并技术人员排除故障提供帮助信息控制级主模块软件结构图5所示(1)复位模块使得机器人停机时或动作异常时通过特定操作或自动方式使机器人回作业原点机器人作业原点机构各运动副所受力矩小确定了机器人待机安全位姿(2)系统提供两种示教方法第种示教方法即下位机 示教盒示教方法运动控制卡：示教盒和下位机操作界面上手动操作开关分别对应着装配机器人各种动作和功能通过高控制系统定制控制系统定制低速控制系统定制点动等速度档次选择对机器人进行大致定位和精确位置微调并存储期望运动轨迹上机器人位置控制系统定制姿态参数第二种方法即离线仿真示教方法种示教方法计算机上建立起机器人作业环境模型再模型基础上生成示教数据种应用人工智能示教方法进行示教时使用计算机图示方法分析机器人与作业模型位置关系也通过特定指令指定机器人运动位置…4结束语所开发开放式工业机器人系统具有下特点运动控制卡：(1)采用分布式二级控制结构运动控制由基于DSP运动控制器M'CT8000F8完成增加了系统开放性及运行处理快速性及靠性(2)考虑具有良好通用性作通用机器人使用具有较好产业化控制系统定制商品化前景(3)计算机辅助软件采用基于Windows平台c 编程通过调用底层函数对硬件进行直接操作视化环境提供良好人机交互操作界面通过本机器人系统研究开发极大地满足工业现场对机器人开放性要求进步提高我国工矿企业自动化水平同时也作机器人技术训练平台加强工程人员能力锻炼[参考文献][1]马香峰等．工业机器人操作机设计[M]．北京运动控制卡：冶金工业出版社1996．[2]吴振彪．工业机器人[M]．武汉运动控制卡：华理工大学出版社2006．[3]蔡自兴．机器人学[M]．北京运动控制卡：清华大学出版社2003．[4]王天曲道奎．工业机器人控制系统开放体系结构[J]．机器人200224(3)运动控制卡：256—261．[5]深圳摩信科技有限公司．MCT8000系列控制器使用手册[z]．深圳运动控制卡：深圳摩信科技有限公司2001．[6]张兴国．环保压缩机装配机器人运动学分析[J]．南通工学院学报2004(1)运动控制卡：32—3438．[7]张兴国．计算机辅助环保压缩机装配机器人运动学分析[J]．机械设计与制造2005(3)运动控制卡：98—100[8]本书编写委员会编著．程序设计VisualC 6[M]．北京运动控制卡：电子工业出版社2000．[9]吴斌等．OpenGL编程实例与技巧[M]．北京运动控制卡：人民邮电出版社1999．[10]江早．OpenGLVC／VB图形编程[M】．北京运动控制卡：国科学技术出版社2001．[11]韩军等．6R机器人运动学控制实验系统研制[J]．实验室研究与探索2003(5)运动控制卡：103—104．评论|
