《机器人控制系统》PPT课件.ppt

1、关节机器人、关节机器人、水下机器人、仿生机器人、拟人机器人、并行机器人、机器人控制系统、第一讲的机器人控制系统配置(硬件)、中央控制器、信号处理放大器电路、驱动电路、执行器图等，比赛机器人控制系统的主要组成部分如下：中心控制器单筹码驱动电路桥PWM速度控制电路执行机构直流伺服电动机信号处理电路光电隔离访问电路传感器光电传感器光电传感器、各种开关输入输出程序员、机器人拟人化类比、人类机器人大脑中心控制器感觉传感器手和脚运动执行机构神经和肌肉驱动放大和连接线路、中心控制器、操作和功能执行控制节目、通过周边电路控制执行机构执行相关动作。根据传感器的输入信息判断机器人的工作状态，确定机器人的下一个动作

2、。控制器类型，单筹码微电脑，特征：结构简单，经济实惠。应用节目：结构简单的机器人控制，嵌入式产业控制模块，抗干扰功能，运算速度快，能适应多种操作系统。应用：复杂的机器人必须是计算能力更强的机器人。数字信号处理器(DSP)，特性：比微处理器更快、更实时，适用于嵌入式实时数字信号处理。应用节目：结构复杂、实时性高的机器人、专用运动控制器卡、独立运动控制器卡、英国trio运动控制器卡、国产MPMAC05运动控制器卡、基于PC的运动控制器卡、PCI巴士运动控制器(国产PCI 208)、104巴士运动控制器卡功能和角色：机器人本身的状态和外部信息状态为机器人的下一步动作提供信息基础。种类：机器人的传感器

3、有多种茄子类型，但主要类型有4-5种。主要有光线传感器、触觉开关传感器、超声波探测器、温度等传感传感器、电源检测传感器。光线传感器、光线传感器主要用于距离测量、目标检测和颜色识别。可以用作机器人定位、巡逻、目标检测和识别传感器。分布式光电传感器激光传感器、红外光电传感器、光纤传感器、触觉开关传感器、触觉开关主要用于机器人状态检测、近场目标检测等。有两种非接触式和接触式。接触式有微动开关、行程开关、制动器等。接触行程开关，非接触开关，电容式开关，电容器，电感等。上图为电容式近接开关。感应传感器。温度、压力、速度、变位、加速度等各种物理量的检测属于位置传感器。右图主要用于测量电动机速度和角度位移的

4、增量编码器、压力传感器、称重传感器、温度传感器、变位传感器、扭矩传感器、超声波传感器、测距超声波传感器、波恩或超声波传感器、超声波传感器。其作用是监控电源，防止因电源检测传感器电源供应设备的变化而引起的机器人故障。根据电源参数的变化，可以判断机器人是否故障。主要是电流和电压传感器、霍尔电流传感器、连接式电流传感器、电压传感器、驱动放大器、作用：控制器发送的驱动信号的运算放大控制和驱动执行机构。驱动器种类多种多样。控制方法包括：闭环驱动器、瑞士MAX的闭环驱动器、自制驱动信号介面板、自制场效应管驱动器(开环)、放大设备、高功率电晶体、高功率场效应管、固态继电器、晶闸管、执行器、执行器电机的种类有

5、多种，常用的是直射式电动机、步进电动机、无刷电动机、普通交流直流电动机。各种电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机、各种电动机、步进电动机、无刷电动机、电源供应设备、电源供应设备包括各种电池、各种电源模块和整流电源供应设备。电池提供能源，模块电源提供多种电压，适配器完成交流到直流转换。电池，锂电池3:小寿命，放电平坦，铅酸电池：体积大，放电不顺畅，镍氢电池：体积小，寿命长，放电顺畅，电源供应装置，开关电源供应装置：小效率，模块电源供应装置3330各种电机的控制方法也不同。马达的控制主要是速度、方向、刹车、停止启动等。电机的PWM调速、脉冲宽度调制(PWM)控制是宽度调制技术。也就是说，通过调节

6、一系列脉冲宽度，可以平等地获得所需电压值(包括形状和大小)。直流电动机调速原理，直流电动机由转子和定子组成，定子可以是磁极或磁圈线。转速与转子电机添加的电压Ua、Ua转速V有关。如果附加电压的极性发生变化，马达就会反转。因此，通过改变电动机电枢电压连接和分离时间比率(即占用比率)控制电动机旋转速度的方法称为脉宽调制PWM。脉宽调制速度公式(平均速度):VD=Vmax * d VD -马达平均速度Vmax全功率时速度(最大)d=t1/t -占空比，t1表示通电时间，t D1。Vd，与简单周期T无关，直流电动机调速图，VD和D与简单周期T无关(与步进电动机的调速脉冲不同，步进电动机的速度与脉冲频率

7、成正比)。如果d不变，则T越小，马达速度越平滑。速度和占空比之间的关系，粉刷直流电动机控制，正向：SW1，SW4闭合反转：SW2，SW3闭合制动：SW2，SW4闭合(或SW1，SW3闭合)滑动：SW1，SW2， 也就是说，开环脉宽调速系统包括：(1)双限制器曹征，2)拨号开关，3)数字键盘，(2)脉宽发生器软件编程，(3)驱动器TTL放大器电路，(4)电子开关的电晶体，场效应管，晶闸管，电子开关占空比D=t1 /T，t1是通电时间，T2是断电时间。有两种茄子方法实现脉宽周期T=t1 T2占空比。1、软件计数方法计算单位时间(t0)时，电源供应时间t1计数N1=t1/t0，断电时间T2计数N2=

8、T2/t0，脉冲输出中高电平计数N1，低电平计数N2，输出中可以这样循环输出。2、硬件系数法用硬件计数器进行计数，分别输出高水平和低水平，这样循环输出。为了提高电机脉宽调速系统的精度，一般采用闭环脉宽调速系统。闭环系统意味着基于开环系统增加电动机的速度检测电路，将检测到的速度与给定值进行比较，并由数字调节器(PID)调节。该方块图如左图所示。，闭环速度图表，步进电动机控制，结构和工作原理，机构：步进电动机是利用电磁铁原理将脉冲信号转换为线变位或角度位移的电动机。每当传记脉冲来的时候，马达就会旋转一个角度，使机器移动一个小距离。(威廉莎士比亚，传记脉冲，传记，传记，传记，传记，传记，传记，电)，

9、特性：(1)给定脉冲，转动步进角度。(2)通过控制脉冲频率，可以控制电机速度。(3)改变脉冲顺序，改变旋转方向。反应式步进电机的结构通常根据励磁方式大致分为三类茄子。1)反应式：转子为软磁材料，无绕组，固定，转子开口齿，步幅小。应用最广。2)永磁：转子是永磁材料，转子的极数=相当大的定子极数，不开小齿，相位角度大，力矩大3)导航仪(混合式):转子是永磁，两段，小齿，混合反应式和永磁优点：转矩结构复杂，成本高，以反应式为例，说明了步进电动机的结构和原理，转子打开小齿轮，转子都是软磁材料的小距离，反应式步进电动机的结构，工作方式，1，3相单三拍子，(1)三相绕组连接方式：Y型，3相单三拍子的特点：

10、(1)牙齿，(2)转子的旋转方向取决于三相线圈的电源供应顺序。改变电源供应的顺序可以改变方向。(3)工作流程，a相电源对齐转子1，3齿和AA。B相通电，转子2，4齿和B相轴对齐，基于A相电源位置旋转30，打开C相电源，再旋转30的这种方式，在三相绕组中一次只打开1相电源，循环周期共包含3个脉冲，因此称为三相单三拍子。2，3相单双6拍，3相绕组的电源顺序为AABBBCCCAA共6拍。工作流程：a相电源，转子1，3齿和a徐璐对齐。所以转子移动到两个磁张力平衡位置。与AA相比，转子旋转了15。(1)BB磁场对2，4牙齿有磁力，使转子顺时针旋转。A，B同时开机，(2)AA磁场继续在1，3牙齿上张力。总

11、之，每个循环周期都有6茄子电源供应状态，所以3相6拍，步角为15。B上通电，转子2，4齿，B相对对齐，旋转15度。三相绕组的电源供应顺序为AB BC CA AB共3拍。当操作方式为三相对三拍时，每次通过传记脉冲时，转子也返回到30，即S=30。以上三种茄子工作方式，三相双三拍和三相单六拍比三相单三拍稳定，经常采用。应用的步进电动机，实际使用的步进电动机的步进角度为3度和1.5度，步进角度越小，加工精度越高。为了产生小步长距离角，固定，转子都是多齿制造的，图中有40个转子，精子仍有6个磁极，但每个磁极也有5个牙。转子的齿距为360/40=9，齿宽，插槽4.5。旋转，为了对齐精子的牙齿，精子极小的

12、牙齿，齿宽，槽，转子是相同的。工作原理：假定是单个3位电源供应工作方式。(1)A相通电时，定子A上5个小齿与转子对齐。此时包括B相和A相空间差120，120/9=齿A相和C差240，240/9=狗齿。因此，A相转子、精子的5个小牙齿对齐时，B相、C相、B相转子、精子车1/3(3)、C相转子、精子车2/3(6)不能对齐。如果操作方式变成3相6拍，每次通过传记脉冲，转子就只转动1.5。步进电动机的旋转方向仍由相序确定。同样，打开C相电源，关闭3，(2)A相电源，打开B相电源，转动1/3颗牙齿(3)，转子就可以对齐B相转子，精子。步进电动机控制、步进电动机驱动结构图表、步进电动机驱动电源主要由脉冲发

13、生器、脉冲分配器和脉冲放大器(也称为功率放大器)组成。脉冲分配器脉冲分配器根据指示，将脉冲添加到每个相位绕组的功率放大器中，使电机以一定的逻辑关系工作，实现正、反转和位置。现有电路：门电路触发器构成集成电路。例如，CH205(CMOS)三相6位脉冲分布器、脉冲发生器脉冲发生器是脉冲信号发生器，其持续变化从几赫兹到几十千赫兹。最常见的是由多谐振荡器和单晶体管组成的两种李莞振荡器。趋势：单筹码控制步进电动机由单筹码微机实现脉冲发生器脉冲分配器的功能。典型的微电脑控制步进电动机系统是计算机控制步进电动机所需的问题，如下图所示。1)脉冲序列的生成2)方向速度控制3)节目设计，1，脉冲序列的生成脉冲序列

14、如图所示。1)脉冲周期的实施脉冲周期=断电时间。通电后，电脑输出高电平打开，关闭。断电后，电脑输出低水平地断开交换机。通电和断电时间控制可以调整为计时器或软件延迟。循环决定步进电动机的速度。决定占空比的功率。2)脉冲高度脉冲高度由分量、TTL级0 - 5V和CMOS级通常由0 - 10V确定。常用的介面电路大部分为0 - 5v。速度和方向控制、步进电动机的运行速度由绕组的传记频率决定。单筹码微型计算机控制步进电动机速度的方法有两种。1 .软件延迟方法在每次更换后调用延迟子例程，并在延迟结束后运行更换子例程。反复发出一定频率的步进脉冲，使马达以一定速度运转。通过改变延迟时间，可以改变输出脉冲的频率，从而调节电机的转速。2 .计时器延迟法各种单筹码微型计算机有不同数量的筹码计时器/计数器。加载计时器时，计时器溢出时会发出中断信号，主节目停止运行，中断服务程序运行，产生硬件延迟效果。将电动机整流子例程放在计时器中断服务程序中，每次计时器中断时，电动机都会改变一次，从而控制电动机的速度。方向控制部：可以改变通电顺序。例如，单三拍ABC为正向，CBA为反转，PCx=1传导，相应的绕组电源打开PCx=0闭合，相应的绕组电源关闭(与上表中所述相同)，具有光间隙的步进电动机控制电路，无刷电动机控制，无刷传感器