球面SCARA机器人总体及控制系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 球面 器人总体及控制系统设计 摘要： 球面 器人是一种具有三个自由度的关节型装置。机器人的体积小，传动原理简单，所以被广泛应用于电子电器行业，家用电器行业，精密机械行业等领域。球面机器人着重对球形工件表面定位控制系统设计进行了探究，确定了机电一体化的设计方案，把机械结构和 制合理的融合在一起。其中，机器人的大臂，小臂，顶针都由步进电机驱动，采用三菱 列的 为控制器。最终达到安全，稳定，准确的完成操作。 首先，简单介绍了课题来源，国内外机器人的现状及发展趋势。 其次，对 面机器人进行了总体设计，然后根据动作要求对机器人控制系统的硬件及软件进行设计。还要对编制的 序在 GX 进行仿真。 最后，总结全文，展望了机器人的发展前景。本课题是机电结合较为紧密的实用性项目，文中对 应用、机械总体结构进行了一些探究，对球面机器人的设计与研制方面积累了一些经验。 关键词： 器人；步进电机； 动控制 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 1 A is an of of of it is in of on of in on of a LC in of by s FX LC as of I of to to of of LC on to I of of is a I a in of in of 球面 器人总体及控制系统设计 2 目 录 1 前言 . 3 题的来源 . 3 内外现状及发展趋势 . 4 计的思路及解决的主要问题 . 4 2 球面 器人总体方案设计 . 8 动方案及主要技术参数的拟定 . 8 案拟定 . 9 3 机器人控制的功能、组成和分类 . 11 器人控制系统的特点 . 11 机器人控制系统的一般要求 . 11 器人控制系统分类 . 12 器人的控制方式 . 12 4 球面 器人的控制系统 . 13 制要求 . 13 制方案的确定 . 13 件的工作原理 . 13 进电机 . 13 进电机驱动器 . 14 感器： . 15 制器： . 16 制系统硬件和软件的设计 . 16 制系统硬件的设计： . 16 制系统软件的设计 . 16 5 介 . 22 发展历程 . 22 构成 . 22 构成 . 22 ， Q 11970985 或 401339828 3 1 前言 题的来源 这个课题 来源于实验室 ，课题符合机械设计制造及其自动化专业方向教学计划及培养目标的要求。 机器人设计这类课题是典型的机电一体化课题，这个课题设计的内容包括制定机器人的总体设计方案以及控制系统的设计。根据机器人的实际需要的动作要求我们设计了机器人的总体结构，通过设计使学生能够掌握如何去应用 制一个装置。能够使学生在计算机绘图、机电系统设计、编制技术文件、正确查阅使用各种技术资料的能力得到综合训练，使学生能够解决本专业实际工程问题的能力得到了提高。本课题的难度适中，综合性强，已具 备许多相关的技术资料，有关软、硬件应用的资料也比较多，学生在毕业设计规定的时间内查阅有关资料，经过努力能够完成任务。同时可编程序控制器 (为一种新型的工业自动化装置，它已在工业控制各个领域内得到了广泛应用，具有体积小、功耗低、寿命长、可靠性高、灵活通用、易于编程、维修及使用方便等特点。将 术应用于球面机器人控制，使机器人实现应有的动作，回原位，手动操作，自动操作。编程过程中用步进指令编写可以简化程序，而且还避免了过去由于大量使用继电器带来的种种缺点，改善并提高了控制性能，提高了生产效率，更进一 步地降低了生产成本。 去传统的继电器 控制电路 有如下一些 优点 ： (a)从 控制方式 而言 ： 以往的继 电器控制硬接线，逻辑 关系 一旦确定，要改变逻辑或增加功能是 非常 困难 的 ；而 接线，只需改变控制程序就可 非常方便地 改变逻辑 或者 增加 一些其他的 功能。 (b) 从 工作方式 而言 ： 以往的继 电器控制并行工作 ； 而 行工作 的方式 。 (c) 从 控制速度上 而言 ： 以往的继 电器控制速度慢， 更糟的是 触点 比较容 易抖动；而 过半导体来控制，速度很快，无触点， 所以不存在 抖动 这 一说 法 。 (d) 从 定时、记数 而言 ： 以往的继 电器控制定时精度 低 ，容易受环境 的 温度变化 的 影响， 而且没有 记数 的 功能； 度高，定时范围宽 ，可以实现 记数 这一 功能。 (e) 从 可靠、维护 而言 ： 以往的继 电器控制触点 太 多，会产生机械磨损 ，不仅接线多，可靠 性 、维护性能 也非常 差； 点， 所以它的 寿命长，且有自我诊断功能， 可以对这些 程序执行监控功能， 还可以 现场调试和维护 也比较 方便。 因此在工业控制领域方面，随着电力电子技术、 将逐渐取代传统的继电器控制系统。 随着 力控制 技术的不断发展， 可以 利用 题中球面 动控制 。毋庸置疑这将 是今后的发展方向，而针对这种控制 系统 的 设计 就 显得 很 重要 了 。 球面 器人总体及控制系统设计 4 内外现状及发展趋势 工业自动化领域方面起着非常重要的作用，实际上已经有 80%以上的工业控制可以采用 制来完成。 用于逻辑顺序控制、运动及位置控制、过程控制、数据的处理以及通信联网等。 靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及可以实现故障自诊断等方面的特点。 直 到本世纪 80 年代初机器人 才 诞生 出来 ，机器人技术经历了一个长期 而 缓慢的发展 历 程。 90 年代 后 ，微电子技术、计算机技术、网络技术等快速发展 起来 ，机器人技术也得到了飞速发展。工业机器人的制造水平、控制速度和控制精度、可靠性等不断提高， 更令人高兴的是 机器人的制造成本和价格却不断下降。在西方 的一些国家 ， 与 机器人 下降的 价格相反的是，人的劳动力成本 正保持着 不断增长的趋势 。 （ 1） 工业机器人性能不断提高 (很高的速度、较高的精度、可靠性稳定、易于操作和维修 )，并且单机价格正不断保持下降的趋势。 （ 2） 机械结构正向模块化 、可重构化的方向去发展。 例如关节模块中的伺服电机、减速机检测系统的三位一体化，关节模块、连杆模块可以用重组方式构造机器人整机，国外已有模块化装配机器人产品生产出来。 （ 3）工业机器人控制系统正在向基于 计算 机的开放型控制器发展，以便标准化、网络化；提高了器件的集成度，控制柜越来越小，采用模块化结构后大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 （ 4）传感器在机器人控制中的作用日渐重要起来，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉传感器等，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉 、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模以及决策；在产品中采用多传感器融合技术已经相当成熟了。 （ 5） 虚拟制造技术在机器人中的作用已从原来单纯的仿真预演发展为用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生仿佛自己置身于虚拟作业环境中的感觉来操纵机器人。 （ 6）当代遥控机器人系统的发展特点不再是仅仅追求过去的单纯的自治系统，而是致力于操作者与机器人之间的人机交换控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控、遥控操作系统，使机器人走出实验室进入使用化这一阶段。 （ 7） 机器人化的机械作业时代开始兴起，一批批工程师正在纷纷 探索开拓其实际应用的领域。 计的思路及解决的主要问题 本课题是 对球面 设计分为机器人的总体部分的设计和控制系统部分的设计。 根据系统设计总体要求，设计一台三自由度教学型机器人，用于实践教学，机器人能进行三个自由度方向的运动，本课题主要设计该机器人的总体结构和控制系统，具体内容如下： 1、确定总体方案，绘制机器人的机械结构装配图； 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 5 2、各电机的选择，各零部件设计计算和选择，进行机器人大臂、小臂结构设计，并绘制主要零件图； 3、控制系统的设计： 1）绘制机器人的控制系 统接线图； 2）编写机器人的控制程序； 球面 器人总体及控制系统设计 6 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 7 球面 器人总体及控制系统设计 8 2 球面 器人总体方案设计 动方案及主要技术参数的拟定 球面 器人的技术参数如下表 2 表 2面 器人主要技术参数 自由度数： 3 个（1，2， r） 动作范围 最高空行程速度 最高工进速度 （定位精度） 第一轴1360 120()/s 90()/s 第二轴2360 120()/s 90()/s 第三轴 r 1000mm/s 40mm/s 件最大直径： 200三轴最大抗力 5N 该机器人是 面机器人，对其进行设计时，不仅要保证规定的动作范围、速度和精度而且更要防止干涉的问题。所以第二轴 小臂的实际动作范围小于360，并且底座电机，真空吸盘的定位方式的安装要合理、可靠。在这个课题中我需要完成球面 关于球面 器人简介： 一般球面机器人的自出度布置如上图所示，图 2 1轴线和 2轴线平行，顶针不仅要转动还要移动，它的自由度是四个，和图 2相比它的顶针不能到达一个球的轨迹。如图 2示大臂和小臂的 1轴线和 2轴线垂直相交，这样装在r 自由度轴上的顶针可以在球上任一点进行作业。 该球面 器人工具中心线不仅需要通过球坐标的原点，还要保证制造及控制精度，这样顶针才能达到动作要求在球面上任意位置可以精确定位。顶针可以在球面 上任何位置沿半径方向慢慢接近工件。工件 球需要有一个夹具来夹持，如果是在下面夹持，则在球系的下方的一块区域内顶针不能达到，会发生干涉。为把这个影响减到最低，我们采用了真空吸盘来定位这个球 1。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 9 图 2器人 图 2面 器人 案拟定 （ 1）配置自由度。 球面 器人大臂自由度 1和小臂自由度 2的配置可以有三种形式，如下图所示： (a) （ b） （ c） 图 2面 器人自由度配置 方案（ a）的 2驱动及臂 2 占据了球坐标系的中心，不利于工件的安装。方案（ b）之臂 1 与臂 2 及其驱动避开了球的原点，便于安装。方案（ c）之 1驱动工件转动，机器人臂 2 的运动自由度 2没有与 1耦合，这种配置自由度方式不好。综上分析，可以看出方案（ b）是最好的配置自由度的方案。 （ 2）驱动方式。 驱动方式 有 液压驱动、气动、电力驱动 ，而目前 用得最多的一类 是电力驱动。在该机器人设计中由于驱动力矩不大，运动速度较高，定位精度要求较 高的要求，采用步进电机驱动大小臂和顶针。第一轴自由度 1和第二轴 2均采用步进电机驱动。步进电机驱动比较简单，还能实现比较精确的定位精度。第三自由度 r 是工件向球面半径方向的往复移动，采用直线步进电机驱动。 球面 器人总体及控制系统设计 10 （ 3）传动方式。因为夹持球的真空吸盘是沿 Z 轴安装的，所以 底座 电机的轴线不能与 Z 轴重合，需要采用同步带作远距离传动。小臂电机轴线可与 Y 轴同轴线，直接用电机传动，而不要同步带。考虑到定位精度高的要求，需要在电机 1 和 2 的输出轴上配置减速装置。第三轴（ r 轴）的驱动电机轴线与顶针的运动方向平行，可以采用直线步进电机 驱动 2。 综合考虑，我们选定下面方案： 大臂 转 动采用谐波减速 装置，同时采用同步带作远距离传动 ， 由步进电机驱动； 小臂转动 也 采用谐波减速 装置 ， 考虑到小臂上方有一个盒子，盒子里面放的第三个电机，由于重力的作用会自动掉落，所以可以采用自锁步进电机驱动，这样在机器人动作过程中小臂不会因重力垂下；顶针的轴向运动采用 直线步进电机 驱动，这样简单方便，不需要丝杠之类的工件 。这种方案 的传动链 非常简便 ，结构 也 比较简单易行 。 此 方案具有以下 优点 : a、 谐波减速 器的选用 适合结构特点 是 减速比大、体积小、精度高、承载能力大、重量轻、定 位安装方便 、 效率高，结构比较简单 ；用直线电机驱动时，不存在中间传动机构的惯量和阻力矩的影响，因而加速和减速时间短，可实现快速启动和正反向运行，直线电机由于没有中间转换环节，因而使整个传动机构得到简化，提高了精度，减少了振动和噪音。 b、因为 各传动元件的定位比较容易实现 ，还有一点就是 使用 了很多 标准件， 所以它的 价格 不会太高，成本也不高。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 11 3 机器人控制的功能、组成和分类 器人控制系统的特点 与一般的伺服系统和一般的过程控制系统相比，机器人控制系统有如下一些特点： 1)机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。机器人的状态可以在各种坐标下进行描述，应当根据需要，选择不同的参考坐标系，并做适当的坐标变换。经常要求解运动学的正问题和逆问题，除此之外还要考虑惯性力、外力及向心力的影响。 2)一个简单的机器人系统至少有 3较复杂的机器人有十几个自由度。每个自由度一般需要包含一个伺服机构，它们必须协调起来工作，组成一个多变量的控制系统。 3)把多个伺服系统有机地协调起来，使其按照人的要求行动，甚至赋予机器人一定的 “ 智能 ” 化，这个任务也只能由计算机完成。因此，机器 人控制系统是一个计算机控制系统。同时，计算机软件担负的任务很艰巨。目前也可以用三菱 4)一般情况下描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的不同和外力的变化，它的参数也随之变化，各变量之间还存在耦合。因此，采用闭环控制可以得到比较高的精度。考虑到本实验的精度，步进电机就已经可以保证，故不需要引入闭环控制。 5)机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个 “ 最优化 ” 的问题。较高级的机器人可以用人工智能的方法，计算机建立庞大的信息库，借助信息库进行 控制、决策、管理来操作机器人的动作。根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况工作情况，按照给定的指标和要求，自动地选择最佳的控制规律 3 。 机器人控制系统的一般要求 机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： 记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 人机接口：操作面 板，由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。 传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 球面 器人总体及控制系统设计 12 故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断 4。 器人控制系统分类 程序控制系统：给每一个自由度施加一定规律的控制作用，机器人就可实现要求的空间轨迹。 自适应控制系统：当外界条件变化时，为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非 线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。 人工智能系统：事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息，实时确定控制作用。 本课题中的球面机器人的控制就属于第一种控制方案，程序控制系统 5。 器人的控制方式 点位式：很多机器人要求能准确地控制末端执行器的工作位置，而路径却无关紧要。一般来说这种方式比较简单，但是要达到 2 轨迹式：在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度 运动。其控制方式类似于控制原理中的跟踪系统，可称之为轨迹伺服控制。 力（力矩）控制方式：在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有（力矩）传感器。 智能控制方式。采用模糊控制理论和神经网络理论算法设计控制系统 6。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 13 4 球面 器人的控制系统 制要求 机器人手臂动作的控制要求有两种方式，一种是 “ 正常运行 ” ，另一种是 “ 紧急停止 ” 。 a) 正常运行。正常运行方式的具体控制要求如下 : （ 1）机器人手臂处于任意状态时 , 按下启动按钮控制系统才能开始工作 , 按下复位按钮 机器人手臂进行复位动作，复位完成后复位指示灯会亮 。 （ 2)对机器人手臂的 3个电机进行正反转控制 , 这样 就可以达到顶针端部在球形工件表面任意位置定位的目的。在此过程中 , 设有感应式光电开关，它对机器人手臂的运动加以限制或保护。 b) 紧急停止。关掉电源时 , 系统便立即停止运动。 制方案的确定 驱动方式 一般有 液压驱动、气动、电力驱动 。 目前 电力驱动用的越来越多，应用范围也越广。 因为该机器人的驱动力矩不大 , 运动速度和定位精度要求较高的特点 , 采用步进电机驱动 。 步进电机尺寸小、结构简单 , 启动、停止、正反转的改变可在较少数脉冲里完成 , 具有精确位移、精确定位还没有累积误差等特点。 第一轴自由度 1和第二轴 2均采用步进电机驱动，第三自由度 顶针可以沿半径方向靠近球体 2。 件的工作原理 进电机 步进电机驱动系统主要用于开环位置控制系统。步进电机的优 点是控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化。另外 体积小，具有较高的起动和运行频率，定位精度高，转矩小也是步进电机的显著特点。 缺点：由于开环控制，所以精度不高。 外形图 4气图 4下图所示： 图 4进电机外形图 图 4相八拍步进电机电气图 球面 器人总体及控制系统设计 14 进电机驱动器 步进电机驱动器主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等构成。驱动器的参数可以参照下列图表所示： 表 4气规格 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电电压 18 24 40 V 均值输出电流 逻辑输入电流 6 15 30 进脉冲响应频率 100 冲低电平时间 5 1 s 表 4流设定 电流值 N N N N N N N 4分设定 细分 倍数 步数 /圈（ 步） 200 N 400 N 800 N 1600 N 3200 N 6400 N 6 12800 N 外部确定 动态改细分 /禁止工作 4线信号描述 信 号 功 能 冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步 向信号 ：用于改变电机转向， 驱动 耦驱动电源 能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止 流电源地 +V 直流电源正极，典型值 +24V A+ 电机 A 相 机 A 相 B+ 电机 B 相 机 B 相 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 15 （ 5） 制器与步进电机驱动器连接的工作原理如下图 4示： 驱动器电源由面板上电源模块提供，注意正负极性，驱动器信号端采用 +24加 流电阻（见图 4 阻）。驱动器输入端为低电平有效，在使用不同厂家的 品配套此模型使用 时，要选择相应的输出方式，或者加入合适的电平转换板进行电平转换。 图 4进电机驱动器工作原理图 感器： (1)接近开关：接近开关有三根连接线（棕色、兰色、黑色）棕色接电源的正极、蓝色接电源的负极、黑色为输出信号，当与档块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。与 间的接线图 4下，当传感器动作时，输出端对地接通。 部光耦与传感器电源构成回路时 号输入才有效。 图 4近开关与 接线 球面 器人总体及控制系统设计 16 (2)行程开关：当档 块碰到开关时，常开点闭合。 制器： 该机器人采用 体管输出型可编程控制器，可输出脉冲到步进电机驱动器，控制步进电机运行。 原理介绍可以参见第五章 8。 制系统硬件和软件的设计 制系统硬件的设计： 控制系统由 制器、 3个步进电机驱动器、 3个步进电机、 6个感应式接近开关若干按钮组成 (图 4。 图 4步进电机以及步进 电机驱动器，感应式限位开关的原理在上一节都介绍过了。根据控制系统的控制精度选定大臂电机的型号为 75且大臂电机经机械部分的校核满足要求，所以可以使用。 0是小臂的自锁电机，考虑到自锁电机的一些优点，以及第三自由度的重力， 0经校核也满足要求。第三自由度需要的是直线移动，根据移动的距离选定 43000电机的螺杆长大于需要的移动距离，步长小于控制要求的精度，所以这个电机也满足要求。 且，根 据接各端子的电线 2。 制系统软件的设计 a) 输入元件包括电机工作按钮 11个、用于检测的限位开关 6个，总限位开关 1 限位开关 2 限位开关 3 限位开关 4 限位开关 5 现为开关 6 F X 2 N 40 M R 步进电机驱动器 1 步进电机驱动器 2 步进电机驱动器 3 大臂 小臂 顶针 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 17 计 17 个； 输出元件包括控制步进电机运行的接触器线圈和指示灯共 7个。主机型号为 : 三菱 机输出方式为晶体管输出 , 具有高速运算能力、还可以进行时可以输出两路脉冲控制两台电机的优点。具有 : 超高的运算速度 , 50%小型化设计 , 程序容量为内置 8K 最大可扩展模块进行扩展。输入和输出点数 分别各为 24 和 16,输入输出点数总数为 40。而 且已经考虑了以后的扩展模块，预留 10% 20%的预留量 。 b) I/ 该球面 机器人采用的日本三菱公司的 制器 , 4 c) 程序流程图 : 机器人 制程序编写所依据的流程图 4序框架中不仅包含了初始化条件，回原位的程序 ，还有手动自动的程序，其中回原位程序和自动程序用 单方便明了。 d) 部分 机器人初始化 于篇幅只该给出了初始化的 他的可以详见程序说明书 1 2。 图 4球面 器人总体及控制系统设计 18 输入端子 输入信号灯 输出端子 输出信号灯 编程电缆 运行开关 电源指示灯 运行指示灯 电池指示灯 出错指示灯 扩展端口 锂电池 图 4图 4购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 19 表 4 I/O 端子分配表 启动 臂正转 臂左限位 臂反转 臂右限位 臂正转 臂上限位 臂反转 臂下限位 针前进 针前进限位 针后退 针后退限位 臂制动 动 / 自动切换 臂制动 臂正转 针制动 臂反转 位指示 臂正转 小臂反转 顶针前进 顶针后退 停止按钮 回原位 球面 器人总体及控制系统设计 20 图 4程 序框架图 7 6 1 原点程序 J 动单步操作程序 动程序 买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 21 图 4始化程序 球面 器人总体及控制系统设计 22 5 介 在自动化控制领域， 一种重要的控制设备。目前，世界上有 好 多厂家生产品种 齐全的 品， 泛 应用在汽车、粮食加工、化学 /制药、金属 /矿山、纸浆 /造纸等行业。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 随着 个人计算机（简称 展 起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 定义有许多种。国际电工委员会（ 定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充 其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期 处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， 渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 统。 用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 可预见的将来，是无法取代的 。 从结构上分， 块式）两种。固定式 、显示面板、内存块、电源等，这些 元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式I/存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 要是由 储器、输入输出、电源及其他外围设备接口等部分构成。 神经中枢的作用，每套 按 扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 制器、寄存器及实现它们 的 联系数据、控制及总 线构成， 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 23 图 5元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。 控制器控制 作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工 作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 度和内存容量是 重要参数，它们决定着 工作速度， 量及软件容量等，因此限制着控制规模。 ，是通过输入输出部分（ I/O）完成的。 I/O 模块集成了 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 统，输出模块相反。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的 I/O 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 22011024隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（ 4电压型（ 010，按精度分，有 1246。 除了上述通用 ，还有特殊 块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 I/I/其最大数受 置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制 。 源模块 源用于为 模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（ 220 110直流电源（常用的为 24 统的其它设备 球面 器人总体及控制系统设计 24 1、编程设备：编程器是 发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件 ）充当编程器。 2、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如 入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。 通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出 网络就是控制器的观点说法 。 使 间、 成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 有一些内置有支持各自通信协议的接口。 对于一个自动化工程 (特别是中大规模控制系统 )来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准 11。 购买文档送 子版图纸， Q 11970985 或 401339828 25 6 结论 随着机器人技术的发展，机器人应用领域的不断扩大，对机器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地将其他领域（如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等）的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中，是一项富有挑战性的研究工作而具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器的研究无疑对提高机器人性能和自主能力、推动机器人技术的发展具有重大意义 机器人控制系统设计完成后 , 整个系统能够满足控制要求