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第一章绪论
1.1 工业机器人的发展及分类
1.1.1 工业机器人的发展
工业机器人的发展通常可规划分为三代：
第一代工业机器人：通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”，即为了让工业机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等），通过直接或间接手段，对工业机器人进行“示教”，工业机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代工业机器人的诞生。
第二代工业机器人：通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）功能的“智能机器人”。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。
第三代工业机器人：即所谓的“只治式工业机器人”。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。第一代工业机器人目前仍处在实验室研究阶段。工业机器人经历了诞生---成长---成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。
我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术、生产了部分机器人的关键元器件，开发出喷漆、焊弧、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十与家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。
但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。
1.1.2 工业机器人的分类
工业机器人按不同的方法可分下述类型
工业机器人按操作机坐标形式分以下几类：（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。）
（1）直角坐标型工业机器人
其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形。它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。
（2）圆柱坐标型工业机器人
其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。
（3）球坐标型工业机器人
又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP,一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。
（4）多关节型工业机器人
又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。
（5）平面关节型工业机器人
它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。这种形式的工业机器人又称（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)装配机器人。在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚性。它结构简单，动作灵活，多用于装配作业中，特别适合小规格零件的插接装配，如在电子工业的插接、装配中应用广泛。
工业机器人按驱动方式分以下几类：
（1）气动式工业机器人这类工业机器人以压缩空气来驱动操作机，其优点是空气来源方便，动作迅速，结构简单造价低，无污染，缺点是空气具有可压缩性，导致工作速度的稳定性较差，又因气源压力一般只有6kPa左右，所以这类工业机器人抓举力较小，一般只有几十牛顿，最大百余牛顿。
（2）液压式工业机器人液压压力比气压压力高得多，一般为70kPa左右，故液压传动工业机器人具有较大的抓举能力，可达上千牛顿。这类工业机器人结构紧凑，传动平稳，动作灵敏，但对密封要求较高，且不宜在高温或低温环境下工作。
（3）电动式工业机器人这是目前用得最多的一类工业机器人，不仅因为电动机品种众多，为工业机器人设计提供了多种选择，也因为它们可以运用多种灵活控制的方法。早期多采用步进电机驱动，后来发展了直流伺服驱动单元，目前交流伺服驱动单元也在迅速发展。这些驱动单元或是直接驱动操作机，或是通过诸如谐波减速器的装置来减速后驱动，结构十分紧凑、简单。
1.2 工业机器人控制系统
1.2.1 工业机器人控制系统的特点
工业机器人的控制技术是在传统机械系统的控制技术的基础上发展起来的，因此两者之间并无根本的不同但工业机器人控制系统也有许多特殊之处。其特点如下：
（1）工业机器人有若干个关节，典型工业机器人有五六个关节，每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。
（2）工业机器人的工作任务是要求操作机的手部进行空间点位运动或连续轨迹运动，对工业机器人的运动控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算。
（3）工业机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存在着耦合，因此工业机器人的控制中经常使用前馈、补偿、解耦和自适应等复杂控制技术。
（4）较高级的工业机器人要求对环境条件、控制指令进行测定和分析，采用计算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作，按照给定的要求，自动选择最佳控制规律。
工业机器人的控制系统发基本要求有：
（1）实现对工业机器人的位置、速度、加速度等控制功能，对于连续轨迹运动的工业机器人还必须具有轨迹的规划与控制功能。
（2）方便的人---机交互功能，操作人员采用直接指令代码对工业机器人进行作用指示。使用工业机器人具有作业知识的记忆、修正和工作程序的跳转功能。（3）具有对外部环境（包括作业条件）的检测和感觉功能。为使工业机器人具有对外部状态变化的适应能力，工业机器人应能对诸如视觉、力觉、触觉等有关信息进行测量、识别、判断、理解等功能。在自动化生产线中，工业机器人应用与其它设备交换信息，协调工作的能力。
1.2.2 工业机器人控制系统的分类：
工业机器人控制系统可以从不同角度分类，如控制运动的方式不同，可为关节控制、笛卡尔空间运动控制和自适应控制；按轨迹控制方式的不同，可分为点位控制和连续轨迹控制；按速度控制方式的不同，可分为速度控制、加速度控制、力控制。
程序控制系统：给每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。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。因而本系统是一种自适应控制系统。
第二章基于运动卡的控制系统的建立
2.1总体系统的构建
2.1.1 总体方案的确定
机器人控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统。传统的机器人控制系统基本上是设计者基于自己的独立结构和生产目的而开发，它采用了专用计算机、专用机器人语言、专用微处理器的封闭式体系结构。这种结构的控制器存在制造和使用成本高，开发周期长，升级换代困难，无法添加系统的新功能等一系列缺点。该系统基于TRIO运动控制卡的开放式结构机器人控制系统，采用IPC+DSP的结构来实现机器人的控制。这种机器人控制系统采用开放式硬件、软件结构，可以根据需要方便地扩展功能，具有良好的开放性和扩展性，能适应于不同类型机器人或机器人自动生产线。通过运动控制卡在工业机器人控制系统中的应用，根据运动控制的相关理论和直流伺服电机的具有不易受干扰、易于用微机实现数字控制、无积累误差等特性以及其动作迅速、反映快、维护简单、可实现过载自动保护等特点作为相关背景的基础之上提出了基于TRIO运动控制卡的自动化程度和定位精度均较高的工业机器人控制系统。这种机器人控制系统的重要特点在于它采用通用个人计算机加DSP—多控制回路的开放式体系结构以及它的网络控制特性。
2.1.2可行性论证
目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用一般负载1000N（相当100kgf）以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机。其中，交流伺服电动机、直流伺服电动机、直流驱动电动机（DD）均采用位置闭环控制，一般应用于高精度、高速度的机器人驱动系统中。利用运动控制卡（运动控制和逻辑算法有机的结合，轻松实现多种运动形式的运动控制器）对机器人驱动系统进行控制能够有效地提高整个机器人系统的性能及开发效率。由于机器人需要精确的控制和精准的定位，采用合适的直流电机调速器和光电轴角编码器即能满足要求。
PCI—208是Trio Motion公司的一款基于PC的PCI总线控制的数字运动控制卡，该控制卡采用了独立的120MHZ大DSP微处理器技术，提高了电机运动和计算速度。该控制卡可以控制2—8 轴的伺服电机或步进电机或者二者的任意结合；32-bit的33MZ，2.2版本的PCI总线。采用100-pin的高精度屏蔽电缆与外部转接板模块连接，提高了设备的抗干扰信号的能力。提供ActiveX可以用V B、VC、C/C++等高级语言根据设备的需要进行二次开发，还有CAN总线口，可以根据设备的需要对I/O和摸拟输入口进行扩展，能够满足要求。
由于所选用的硬件设备都是市场上成熟的，综上所述，本设计题目的理论基础、整体的构想和所实施的方案是切实可行的，在老师的指导下，借鉴相关书籍，通过通过自己的学习，能够达到本次设计的要求。
2.1.3系统的构成
该系统主要由个人PC、PCI—208系列TRIO运动控制卡、运动卡外接线板、ZK4系列直流电机调速器、光电轴角编码器、系统工作状态检测输入行程开关等组成。TRIO运动控制卡通过对直流电机调速器发出模拟电压信号对直流伺服电
动机的转上速、角位移、正、反转等进行控制，从而外控制输出电机驱动；且还在系统中采用光电轴角编码器对电机的参数运行状态以及程序的运行状态进行反馈；另外还设置行程开关对电机的行程位置进行控制。
2.1.4 机器人控制工作原理
机器人具有三个自由度（即：RRP—大臂回旋、仰角、小臂伸缩三个运动）和一个爪开合动作，采用全电机驱动控制。机器人本体由机身、大臂、小臂、手找等组成。机身固定在机械小车上；大臂可以绕着机身在水平面内和垂直面内旋转；小臂在丝杆的传动下，可以前后进行伸缩。在大臂和小臂的共同作用下，机械手的手爪能够接近要抓的物体。当物体被控制在手爪的控制范围内时，手爪夹紧物体，然后通过大臂的旋转和小臂的伸缩运动，最终将物体置于规定的位置。
机器人大臂回旋运动和大臂仰角运动均采用直流电动机、谐波减速器传动，PWM脉宽调速器控制，可实现20—2000mm/Min无级调速控制。
机器人本体结构如下图：
1—机械手爪 2—机械手小臂 3—机械手大臂 4—机身
手爪开合采用连杆及螺旋机构，同步电机驱动，其结构简单，无调速器，电路控制方便。由于在机械结构设计中采用了谐波减速器、滚珠丝杆、滚珠直线导轨等精密传动装置，机器人手爪定位可达到较高的精度。
控制系统电气原理图如图，其工作原理如下：
机器人大臂回旋运动和大臂仰角运动均采用直流电动机M1和M2控制，小臂伸缩采用直流电动机M3控制，手爪的开合由单相交流电动机M4 控制，每个电动机均由两个中间继电器控制其正、反转。首先是各运动轴分别复位，电动机m1、m2、m3反转输出端口OUT11、OUT13、OUT15输出24V电压各轴正向运动。当它们踏上了各自的行程开关时外接24V分别输入到INPUT0、INPUT1、INPUT2的输入端口由运动控制卡进行判断并作为运动的原点。然后，当运动控制卡的24 V电压输出端口OUT11输出指令时，接通继电器KA4，电动机M1得点正转，机器人大臂向上仰运动，到达极限位置时撞下前限位开关ST1，继电器KA4线圈断电机停止运转。当运动控制卡电压输出端口OUT12输出指令时，继电器KA5线圈得电，电动机M1得电反转机器人大臂向下仰运动，到达极限位置时撞下后限位开光ST2，继电器KA5断电，电机停止运转。电动机M1的运动控制由运动控制卡的+10/-10V模拟电压输出端口OUT0输出的指令控制。当运动控制卡电压输出端口OUT13输出指令时，继电器KA6线圈得电，电动机M2得电正转，机器人大臂向左旋运动，到达极限位置时撞下前限位开关ST3 ,继电器KA6 断电，电
机停止运转。当运动控制卡电压输出端口OUT14输出指令时，继电器KA7线圈得电，电动机M2得电反转，机器人大臂向右旋运动，到达极限位置时撞下后限位开关ST4，继电器KA7断电，电机停止运转，电动机M2的运转速度由运动控制卡+10/-10V模拟电压输出端口OUT1发出指令控制。当运动控制卡电压输出端口OUT15输出指令时，继电器KA8线圈得电，电动机M3得电正转，机器人小臂向前伸运动，到达极限位置时撞下前限位开关ST5，继电器KA8线圈断电，电机停止运转，当运动控制卡输出断口OUT16输出指令时继电器KA9线圈得电，电动机M3得电反转，机器人小臂向后缩运动到过极限位置时撞下后限位开关ST6，继电器KA9断电，电机停止运动，电动机M3运转速度由运动控制卡+10/-10V 模拟电压输出端口OUT2发出指令控制。继电器KA1和KA2分别控制机器人手爪的开合当向前伸时OUTPUT8输出24V,撞到前限位开关停止运动；当OUTPUT9输出时向后伸缩撞到后限位开关停止运动。光电轴角编码器由三个编码器输入端口反馈回各轴的实际运动位置给运动控制卡。
2.2 软件介绍
2.2.1软件编程语言的特点
TRIO Basic
一种类似欲BASIC的语言，简单明了，易学易用。
OCX Component
在VB 、VC、Delphi、C++Builder中，直接调用运动函数PCI—208的安装运行Install_TrioPCMotion_1_2_3.exe程序。该程序将
a) 自动将PCI208的设备驱动文件TrioPCI.sys安装到c:\windows\system32\driver\目录下；
b)自动将Active控件TrioPC.ocx及其帮助文件Trio Pc Motion ActiveX.chm安装到C:\ProgramFiles\TrioMotion\Trio PC Motion\目录下。安装成功后，在“设备管理器”中可查看有关PCI208的相关信息，如下图示
程序界面
在VB6.0中打开工程文件“Project1.vbp”，在编译环境中，直接运行（F5），
程序操作画面及介绍如下：
首先进入Form1显示“欢迎使用PCI208运动控制操作界面”，单击进入按扭便进入Form2程序界面。如果单击打开按扭TRIOPCI由红色小方块变为绿色小方框，表明PCI208和OCX之间已成功建立连接。如果仍然为红色表明PCI208和OCX之间的连接未成功建立。在此程序中，可进行运动控制和轴位置及I/O状态显示等功能。运动控制主要是OUTPUT8-17的输出的开关控制，还有INPUT33-35的原点检测控制，及运动距离输出控制等方面。其中关闭按扭是关闭trio 软件的连接；运动按扭是根据输入的距离值进行运动；复位按扭是进行各轴的原点复位运动；单击退出操作便结束程序的执行。
2.2.2 OCX Component
向工程中添加TrioPC OCX控件如图
在工程中调用函数图：
程序框图界面：
2.2.3指令系统
（1）轴指令BASE、AXIS:指定以下运动指令所对应的轴号
UNITS:指定每一个编程单位所对应的指令脉冲数
ATYPE:指定轴类型SPEED: 指定轴运行速度
ACCEL:指定轴加速度DECEL:指定轴减速度
DATUM_IN:指定原点输入点OFFPOS：位置偏置
MPOS:读取实际位置DPOS:读取指令位置
DAC:设置模拟量输出AIN:读取模拟量输入
FHOLD_IN:设置进给保持输入点FHSPEED:设置进给保持速度
（２）运动指令
MOVE:相对运动MOVEABS:绝对运动
FORWARD:恒速正向运动REVERSE:恒速负向运动
RAPIDSTOP:停止DATUM:回原点
MOVEMODIFY:运动中改变目标位置DEFPOS:重新定义当前位置
ADD_DAC:全闭环控制WDOG:输出使能
（３）输入、输出指令
AIN:读取模拟量输入DAC:设置模拟量输出
IN:读取开关量输入OP:设置开关量输出
PSWITCH:位置比较输出PRINT:显示
（４）程序流程控制
IF……THEN….ELSE….ENDIF:条件判断FOR…TO.. STEP…NEXT:循环控制GOTO:无条件跳转GOTOSUB:调用子程序
ON…GOTO:条件跳转ON..GOTOSUB:条件调用子程序REPEAT..UNTIL:重复执行控制WHILE:条件判断
WAIT IDLE: 等待运动结束WAIT UNTIL:等待
WA: 延时
（５）运算处理指令
１、算术运算：+、-、*、/、SQR、EXP
2、逻辑运算：＝、<>、>、<、>=、<＝、AND、NOT 、OR、XOR 2.2.4 运动控制程序如下：
Private Sub Command1_Click()
Form2.Show
Unload Form1
End Sub
Private Sub Form_Load()
Label1.Caption = "欢迎使用PCI208运动控制界面"
Label1.FontSize = 18
Label1.Font = 楷体_GB2312
Form1.BackColor = &HFFFF80
End Sub
Option Explicit
Dim g_brunningIO As Boolean
Dim g_brunningMove As Boolean
Dim g_nIOCount As Integer
Dim g_nMoveNo As Integer
Const gk_sDefaultHostAddress As String = "192.168.0.250"
Const gk_nDefaultPciBoard As Integer = 0
Const gk_nDefaultLink As Integer = 0
Const gk_ndefaultMode As Integer = 0
Const gk_nMaxAxes As Integer = 8
Const gk_nAxesInUse As Integer = 3
Private Sub Command1_Click()
Dim bopen As Boolean
TrioPCI.HostAddress = gk_sDefaultHostAddress
TrioPCI.Board = gk_nDefaultPciBoard
bopen = TrioPCI.Open(gk_nDefaultLink, gk_ndefaultMode)
Call UpdateButtonStates
Refresh
End Sub
Private Sub Command2_Click()
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
TrioPCI.Close (gk_ndefaultMode)
End If
Call UpdateButtonStates
Refresh
End Sub
Private Sub Command3_Click()
Call InitAxes
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
Call proccessStateRun
End If
End Sub
Private Sub Command4_Click()
Dim Axis As Integer
Dim bok As Boolean
Dim dreadval As Double
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
g_brunningMove = True
If g_brunningMove Then
For Axis = 0 To 2
bok = TrioPCI.Op(12 + 2 * Axis, 1#)
Do Until Label(33 + Axis).Caption = "on"
Call readIO
Loop
If Label(33 + Axis).Caption = "on" Then
bok = TrioPCI.Op(12 + 2 * Axis, 0#)
End If
Call ReadAxisPostions
Next nAxis
g_brunningMove = False
Call UpdateButtonStates
End If
End If
End Sub
Private Sub Command5_Click()
End
End Sub
Private Sub Form2_Load()
g_brunningIO = False
g_brunningMove = False
timUpdate.Enabled = True
g_nIOCount = 0
g_nMoveNo = 0
UpdateButtonState
End Sub
Private Sub Form_Load()
Label27.Caption = "运动距离的输入："
Label27.FontSize = 15
Label31.Caption = "轴位置显示："
Label31.FontSize = 15
Label32.Caption = "I/O状态显示："
Label32.FontSize = 15
Form2.BackColor = &HC0FFC0
End Sub
Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
axTrioPC.Close (gk_ndefaultMode)
End If
End Sub
Option Explicit
Private Sub InitAxes()
Dim bok As Boolean
Dim nAxise As Integer
Dim nBases(gk_nAxesInUse) As Integer
Dim dreadval As Double
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
bok = TrioPCI.GetVariable("WDOG", dreadval)
If dreadval > 0.5 Then
bok = TrioPCI.SetVariable("WDOG", 0#)
End If
For nAxis = 0 To gk_nAxesInUse - 1
nBases(0) = nAxis
bok = TrioPCI.Base(1, nBases)
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("SERVO", 0#)
End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("ATYPE", 0#)
End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("UNITS", 100#)
End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("REPDIST", 1#) End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("SPEED", 100#) End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("ACCEL", 100#) End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("DECEL", 100#) End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("FELIMIT", 1000#) End If
If bok Then
bok = TrioPCI.SetVariable("SERVO", 1#)
End If
Next nAxis
bok = TrioPCI.SetV ariable("WDOG", 1#)
End If
End Sub
Private Sub UpdateButtonStates()
Dim bopen As Boolean
bopen = TrioPCI.IsOpen(0)
Command1.Enabled = Not bopen
Command2.Enabled = bopen And Not (g_brunningIO Or g_brunningMove) Command3.Enabled = bopen And Not (g_brunningIO And g_brunningMove) End Sub
Private Sub ReadAxisPostions()
Dim nAxis As Integer
Dim nAxes(gk_nMaxAxes) As Integer
Dim dposition As Double
Dim nMBR As Integer
Dim bok As Boolean
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
For nAxis = 0 To gk_nAxesInUse - 1
nAxes(0) = nAxis
If TrioPCI.Base(1, nAxes) Then
bok = TrioPCI.GetVariable("DPOS", dposition)
If bok Then
Label(nAxis + 1).Caption = Int(dposition)
Label(nAxis + 1).Refresh
Else
nMBR = MsgBox("error reading axis positon")
nAxis = gk_nAxesInUse
End If
Else
nMBR = MsgBox("error setting base for reading axis position")
nAxis = gk_nAxesInUse
Next nAxis
Else
nMBR = MsgBox("connection not open")
End If
End Sub
Private Sub proccessStateRun()
Dim bok As Boolean
Dim nAxis As Integer
Dim dreadval As Double
Dim nIO As Integer
g_brunningIO = True
If g_brunningIO Then
nIO = 0
Call ReadAxisPostions
For nIO = 0 To 2
Call readIO
If Val(Text(nIO + 1).Text) > 50 Then
MsgBox ("数据过大")
Else
bok = TrioPCI.Op(12 + 2 * nIO, 1#)
bok = TrioPCI.MoveAbs(3, Val(Text(nIO + 1).Text), nIO)
Call ReadAxisPostions
bok = TrioPCI.Op(11 + 2 * nIO, 0#)
nIO = nIO + 1
End If
Next nIO
g_brunningIO = False
Call UpdateButtonStates
End If
End Sub
Private Sub readIO()
Dim IIO As Long
Dim nBit As Integer
Dim nMBR As Integer
Dim IBit As Integer
Dim Inpt As Long
If TrioPCI.IsOpen(gk_ndefaultMode) Then
If TrioPCI.In(8, 17, IIO) Then
For nBit = 7 To 16
If IIO <> 0 Then
Label(nBit).Caption = "on"
Label(nBit).ForeColor = vbBlue
Else
Label(nBit).Caption = "off"
Label(nBit).ForeColor = vbRed
End If
Label(nBit).Refresh
Next nBit
Else
nMBR = MsgBox("error reading IO")
End If
If TrioPCI.In(0, 2, Inpt) Then
For IBit = 33 To 35
If Inpt <> 0 Then
Label(IBit).Caption = "on"
Label(nBit).ForeColor = vbBlue
Else
Label(nBit).Caption = "off"
Label(nBit).ForeColor = vbRed
End If
Label(IBit).Refresh
Next nBit
Else
nMBR = MsgBox("error reading IO")
End If
Else
nMBR = MsgBox("connection not open")
End If
End Sub
2.2.5 运动控制程序运行过程的简介：
当程序运行时，自动进入窗体一（Form1）点击进入按扭通过调用窗体显示程序进入窗体二（Form2）。进入后首先应该通过控件打开VB与Motion Perfect 软件的连接，这个可通过界面的打开按扭运用OPEN命令即可打开与软件的连接，并通过调用子程序UpdateButtonStates更新其状态。打开了软件连接后，机器人各轴的位置应该回到初始状态，这个功能的实现了是通过复位程序来实现的。当点击复位按扭时就运行复位程序复位，在程序运行之前还要通过子程序InitAxes()进行各轴的参数进行设置，而设置参数是通过连接命令SetVariable来分别进行设置的。设置完后而复位过程就通过循环来复位，即当各轴进行复位时分别通过控件连接的命令OP（即OUTPUT）输出电动机的反转电信号（24V电压）这时在软件中相应的输出角状态变为ON。在各轴的复位运行过程中通过子程序readIO分别循环检测各轴的原点开关输入信号(24V电压) 的状态是否为ON并显示各输入输出的状态，而该状态的读取是通过控件连接命令IN输入的。如果为该状态就退出循环通过OP命令来输出OFF来关断反转电信号即该轴就回到了原点，随后再通过子程序ReadAxisPostions显示编码器反馈回的各轴的位置，该数据的读取是读取轴参数DPOS的值并通过连接命令GetVariable进行获取到变量postions通过赋值显示并把该位置做为一个相对原点坐标这样整个复位程序运行完成了。各轴复位完成以后，我们要进行运动数据的输入，即该轴要运动的距离。由于各轴运动的距离有限，所以在每次运行时都要进行文本框距离数据的判断，假如距离值超过了设定值即要显示一个对话框显示数据过大。如果数据在正常的范围之内，就通过控件OP命令分别输出各电动机的正转运动信号，并通过控件连接命令MoveAbs相对与反馈位置点运动一断相对距离，运动完成后再通过ReadAxisPostions子程序进行位置显示和readIO子程序进行输出状态显示，同样通过GetVariable命令来获取反馈值之后再通过OP输出OFF关闭各轴的运动电信号，这些运动的实现是在子程序proccessStateRun()完成的。当点击运动按扭时就调用该子程序实现整个运动的过程。这样各轴的运动距离通过循环运行子程序就到了预定的运动位置。最后在运动过程完成以后就要通过控件连接命令Close关闭与软件的连接，并调用子程序UpdateButtonStates刷新按扭的状态，通
过点击退出按扭便退出操作就这样整个程序的循环与检测再运行过程就结束了。
第三章TRIO BASIC
指令系统编程
3.1运动及轴命令说明或编程
ACC
类型：轴指令
语法：ACC(acc率)
注意：这个指令用来和旧的Trio控制器兼容。加速度率和减速度率可用ACCEL 和DECEL轴参数设定。
说明：同时设定加速度率和减速度率
参数：acc率: 参数单位决定于单位轴参数。加速度因子从UNITS/SEC/SEC输入。应用：ACC(100)
AXIS
类型：修改指令
语法：AXIS（轴数）
说明：AXIS修改设置单轴运动指令或单轴参数读写。AXIS参数在命令行或程序行特别有效。使用BASE指令改变基本轴。
参数：轴数
任何有效的BASIC表达式特定轴数。
注意：AXIS指令可用于修改以下指令的轴参数：ADDAX，CAM，CAMBOX，CANCEL，CONNECT，DATUM，DEFPOS，FORWARD，MOVEABS，MOVECIRC，MOVELINK，MOVE，MOVEMODIFY，REVERSE，REGIST，WAIT IDLE，WAIT LOADED。
参阅：BASE()
应用：例子1
PRINT MPOS AXIS（3）
例子2
MOVE（300）AXIS（2）
例子3
REPDIST AXIS（3）=100
BASE
类型：运动控制指令
语法：BASE（轴1，轴2，轴3）
BASE
参数：BA（轴1，轴2，轴3）
BA
说明：BASE指令用于导向下一个运动指令轴的参数读/写入特定轴或轴组，设置的缺省值
依次为：0，1，2…
每一个过程有其自己的BASE基本轴组，每个程序能单独赋值。
Trio Basic 程序与控制轴运动的运动发生器分开。每个轴的运动发生器有其独立的
功能，，因此每个轴能以自己的速度、加速度等进行编程，单独运动，或者通过插补
或链接运动链接在一起。
AXIS（）命令只要应用正在进行的单命令可以重新导向不同的轴。而BASE （）指
令除非规定轴号，否则导向接下来的所有指令。
参数：轴号：轴号或轴组号成为新的基准轴排列，即轴号或轴组发送运动指令给多轴指令
里的第一个轴。
基本轴的轴数和顺序轴在轴组用于多轴运动。
应用：例子1
每轴可以有自己的速度，加速度和其它参数。
BASE（1）
UNITS=2000 …设置轴1的转换因子。
SPEED=100 …设置轴1的速度
ACCEL=5000 …设置轴1的加速度
BASE（2）
UNITS=2000 …设置轴2 的转换因子
SPEED=125 …设置轴2的速度
ACCEL=10000 …设置轴2的加速度
CANCEL
类型：运动控制指令
语法：CANCEL/ CANCEL（1）
备选：CA
说明：CANCEL指令取消轴插补轴组的当前运动。速度轨迹（FORWARD，REVERSE，MOVE，MOVEABS，MOVECIRC）将会以DECEL参数减速直到停止。其它运动会立即停止。
CANCEL（1）指令取消已缓存的运动而不影响正在执行的运动，
CANCEL工作在缺省轴，除非使用AXIS参数定义临时基本轴。
注意：1.CANCEL只能取消当前执行的运动。如果在缓存中还有运动，它会继续被加载。
2.在当前运动的减速过程中，另外的CANCELS会被忽略。
3.CANCEL（1）只取消当前缓存中的运动。存储在任务缓存中的运动由
PMOVE参数定义，可以被加载到缓存一旦缓存运动被取消。
参阅：AXIS，MTYPE，NTYPE，PMOVE，RAPIDSTOP
应用：例子1
FORWARD
WA（10000）
CANCEL
例子2
MOVE（1000）
MOVEABS（3000）
CANCEL …取消运动到3000，而运动到4000。
MOVEABS（4000）
注意MOVEMODIFY是修改运动结束点最好方法。
DATUM
DATUM 原点搜寻
类型：运动控制指令
语法：DATUM（sequence）
说明：DATUM指令执行6种方法中的一种搜寻原点位置，其为绝对位置同时可以重置跟随误差。伺服驱动器机构原点搜寻用于轴0。轴1用于MC控制单元机构。
DATUM使用CREEP速度和目标速度用于原点搜寻。伺服驱动器用于轴0。爬行速度用CREEP参数设定。目标速度用SPEED参数设定。原点搜寻输入数由DATUM_IN参数决定，用于3或7中。
DATUM（0）用于轴出错时重新启动系统，位置不变。。
参数：sequence
0 DATUM（0）指令清除跟随误差。将当前位置设定为目标位置同时AXISSTATUS 状态会被清除。注如果产生错误的问题仍然存在，误差不能被清除。
1 轴以爬行速度（CREEP）正向运行直到发现Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。
2 轴以爬行速度（CREEP）反向运行直到发现Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。
3 轴以目标速度（SPEED）正向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到原点开关复位。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。
4 轴以目标速度（SPEED）反向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到原点开关复位。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。
5 轴以目标速度（SPEED）正向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到碰到Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。
6 轴以目标速度（SPEED）反向运行，直到碰到原点开关。随后轴以爬行速度正向运动直到碰到Z信号。目标位置重置为0同时纠正测量位置，维持跟随误差。注意：原点输入低电平有效。当输入OFF时设置原点开关。feedhold，reverse jog，forward jog，forward，reverse limit inputs均是低电平有效。低电平输入用于使能自动防护接线。
例子：DATUM IN=10
DATUM（5）
MOVE
类型：运动控制指令
语法：MOVE （dist_1[，dist_2[，dist_3]]）
备选：MO （dist_1[，dist_2[，dist_3]]）
说明：MOVE指令使一轴或多轴在目标速度，加速度和减速度下以增量的方式运动到特定位置。在多轴运动中，速度，加速度，减速度是基于基本轴的插补运动。
特定长度的比例由转换因子UNITS参数设定。例如，一轴编码器是
4000edges/mm，于是轴的单元数设为4000，MOVE（12.5）将会移动12.5毫米。MOVE工作在缺省轴，除非AXIS定义临时基本轴。参数dist_1定义为缺省轴，dist_2作为另一个轴等等。通过改变轴在独立运动，非插补，非同步可以获得多轴运动。增量运动可以合并成连续运动轨迹，通过设置MERGE=ON。
考虑两轴运动，每轴速度可以由以下等式计算得到。指令MOVE （x1，x2）和速度V p由SPEED，
ACCEL和DECEL参数计算得到。多轴运动距离L。
每轴任何时候的独立速度计算如下：
轴i任何时刻的分速度v i由以下公式计算
参数：dist_I
任意轴I的运动距离，从用户定义的基本轴开始。
参阅：AXIS，MOVEABS，UNITS
应用：例子1
系统转换因子为1和1000线的编码器。因此，需要如下指令使电机运动10圈。（1000线编码器给出4000edges/turn）。
MOVE （40000）
例子2
在这个例子中，轴0，1，2独立运动（没有插补）。每轴会以程序的速度和其它参数运动。
MOVE （10）AXIS（0）
MOVE （10）AXIS（1）
MOVE （10）AXIS（2）
例子3
X-Y平面在工作范围内可以在任意位置写文本。独立运动可以被定义成相对与起始点相对运动。因此在任何位置都可以使用相同的指令。字母”m”的子程序如下：M：
Move （0，12）…A->B
Move （3，-6）…A->C
Move （3，6）…C->D
Move （0，-12）…D->E
MOVEABS
类型：运动控制指令
语法：MOVEABS （pos_1[，pos_2[，pos_3]]）
备选：MA （pos_1[，pos_2[，pos_3]]）
说明：MOVEABS指令使一轴或多轴在目标速度，加速度和减速度下以绝对的方式运动到特定位置。在多轴运动中，速度，加速度，减速度是基于基本轴的插补运动。
特定长度的比例由转换因子UNITS参数设定。例如，一轴编码器是
4000edges/mm，于是轴的单元数设为4000，MOVEABS（12.5）将会从起始点移动12.5毫米。
MOVEABS工作在缺省轴除非AXIS定义临时基本轴。参数dist_1定义为缺省轴，dist_2作为另一个轴等等。通过改变轴在独立运动，非插补，非同步可以获得多轴运动。增量运动可以合并成连续运动轨迹，通过设置MERGE=ON。
考虑两轴运动，每轴速度可以由以下等式计算得到。指令MOVE （ax1，ax2）和当前位置（ay1，ay2），速度V p由SPEED，ACCEL和DECEL参数计算得到。多
轴运动距离L。
每轴任何时候的独立速度计算如下：
参数：pos_i
任意轴I的运动距离，从用户定义的基本轴开始。
参阅：AXIS，MOVE，UNITS
应用：例子1
X-Y平面有一个笔，圆盘的位置相对与起始点固定。改变笔的位置，当指令执行时，圆盘的绝对运动与平面位置不相关。
MOVEABS （20，350）
例子2
一个货盘由小格组成，容器离包装机器85毫米。从固定点取容器，货盘的开始位置用DEFPOS
指令定义成原点（0，0）。到容器的一部分程序如下：
xloop：
for x=0 to 5
yloop：
工业机器人控制系统组成及典型结构 一、工业机器人控制系统所要达到的功能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： 1、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。 2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 3、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。 4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 7、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。 8、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。 二、工业机器人控制系统的组成 1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32 位、64 位等如奔腾系列CPU 以及其他类型CPU 。 2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的 CPU 以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 3、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。 4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。 5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。 6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。 7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。 8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10 、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11 、网络接口 1) Ethernet 接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC 通信，数据传输速率高达 10Mbit/s ，可直接在PC 上用windows 库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP 通信协议，通过Ethernet 接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
自动控制原理课程设计题目：机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计 专业：电气工程及其自动化 ： 班级：学号： 指导老师：职称： 州航空工业管理学院 机电工程学院 2011年12月
初始条件： 一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传递函数为()()() 15.013 0++=s s s s G ，设计一个滞后校正装置，使系统的相 角裕度?=45γ。 设计容： 1.先手绘系统校正前的bode 图，然后再用MATLAB 做出校正前系统的bode 图，根据MATLAB 做出的bode 图求出系统的相角裕量。 2.求出校正装置的传递函数 3. 用MATLAB 做出校正后的系统的bode 图，并求出系统的相角裕量。 4.在matlab 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。 5.对系统的稳定性及校正后的性能说明 6.心得体会。
1频率法的串联滞后校正特性及方法 1.1特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。 1.2该方法的步骤主要有： ()1绘制出未校正系统的bode 图，求出相角裕量0γ，幅值裕量g K 。 ()2在bode 图上求出未校正系统的相角裕量εγγ +=期望处的频率 2c ω,2c ω作为校正后系统的剪切频率， ε用来补偿滞后校正网络2c ω处的相角滞后，通常取??=15~5ε。 ()3令未校正系统在2c ω的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值。 ()4为保证滞后校正网络对系统在2c ω处的相频特性基本不受影响，可 按10 ~ 2 1 2 2 2c c ωωτ ω= =求得第二个转折频率。 ()5校正装置的传递函数为()1 1++= s s s G C βττ ()6画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标 2确定未校正前系统的相角裕度 2.1先绘制系统的bode 图如下：
机器人控制系统 一、工业机器人控制系统应具有的特点 工业机器人控制系统的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项。其中有些项目的控制是非常复杂的，这就决定了工业机器人的控制系统应具有以下特点： （1）工业机器人的控制与其机构运动学和动力学有着密不可分的关系，因而要使工业机器人的臂、腕及末端执行器等部位在空间具有准确无误的位姿，就必须在不同的坐标系中描述它们，并且随着基准坐标系的不同而要做适当的坐标变换，同时要经常求解运动学和动力学问题。 （2）描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着工业机器人的运动及环境而改变。又因为工业机器人往往具有多个自由度，所以引起其运动变化的变量不止个，而且各个变量之间般都存在耦合问题。这就使得工业机器人的控制系统不仅是一个非线性系统，而且是一个多变量系统。 （3）对工业机器人的任一位姿都可以通过不同的方式和路径达到，因而工业机器人的控制系统还必须解决优化的问题。 二、对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。 ?示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 ?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：示教盒、操作面板、显示屏。 ?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。?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
I．引言 机器人抓取运动目标是指机器人基于内部控制系统的控制，完成运动目标的跟踪和抓取，是智能机器人的一个前沿应用课题，在工业、航天和娱乐等领域有良好的应用前景。在运动目标的捕捉中，一方面，机器人手爪必须快速跟踪并接近目标;另一方面必须能够感知环境以避开可能的障碍，其中状态反馈和路径规划需要很高的实时性和抗干扰能力。此外，系统还受到动力学约束、关节几何约束等限制，而这一切都必须在实时条件下完成。 抓取运动目标技术在航空航天、工业生产、遥感技术、军事技术、特殊环境作业等多领域有着广泛的应用。该技术的研究最典型的应用就在于太空卫星捕捉机器人，众所周知由宇航员来接近和捕捉正在旋转的卫星很危险而且困难，从而使人们意识到应该使用机器人进行太空服务，近年来越来越多的机器臂装配到了航天设备上。此外，抓取运动目标的技术还可以应用在工业生产过程中抓取装配线传送带上正在运动的零部件；球类机器人（如：足球机器人，排球机器人等）；太空、深海等场合的自动对接和作业。 对于机器人抓取运动目标，其末端机械手的动作规划和目标检测等问题就需要传感技术与机器人控制技术的完美结合。目前，对于目标状态的测取一般采用图像传感（CCD摄像机），但是单视觉反馈有着它自身的缺陷，单摄像机模型往往能够获得较为精确的平面位置信息，而不能获得精确的深度信息。为此，在状态测取时，一般采用多摄像机模型或摄像机与位置传感器相结合模型。对于抓取运动目标动作规划目前一般存在有三种方法：直接瞄准法、比例导引法、以及预测-规划-执行( Prediction Planning and Execution，PPE) 方法。后文将具体讨论以上内容。 II．系统组成 下图是一个典型的机器人抓取运动目标的系统方框图。抓取运动咪表的机器人与一般的机器人相比，其操作对象大多为状态参数不确定的运动目标，同时机器人与目标之间的接触速度较高。因此必须着重研究以下问题: 实时状态测
基于 PLC 的机器人电气控制系统的设计 发表时间：2018-04-02T11:55:00.723Z 来源：《红地产》2017年7月作者：侯跃云 [导读] PLC 是专为工作环境条件较恶劣的工业应用而设计的，其可以控制各种自动化应用。 1 PLC 技术概述 1.1 PLC 技术的结构可编程逻辑控制器，其实质是一种专门用在工业控制领域的计算机，它的主要结构基本与微型计算机基本相同，PLC 技术的结构为：电源，PLC 的电源对整个系统的正常工作起着非常重要的作用。假如没有可靠、良好的电源为其供电，PLC 是无法工作的，因此制造商是非常重视对可编程逻辑控制器的电源的设计制作；中央处理单元 (CPU)，中央处理单元 (CPU) 是 PLC 的控制中心，主要是以扫描的方式收发现场各输入设备的状态和数据，然后分别存入 I/O 映象区，再读取程序进而控制相应设备；存储器，主要分 为存放系统软件的系统程序存储器和存放应用软件的用户程序存储器；输入输出接口电路，输入接口电路用于连接 PLC 与现场控制的接口界面，输出接口电路集成了选通电路、数据寄存器和中断请求电路；功能模块，如计数、定位等；通信模块。 1.2 PLC 技术优势 PLC 技术在维护机械运转和数字化运算方面具有一定的优势，能结合传统继电技术，确保互联网和自动化结构符合常规性技术标准。技术本身具有一定的价值优势，能在推动工业进程的基础上，维护工业生产的精简效果。PLC 作为现代化工业中较为重要的项目结构和管理器件，整体管控结构的实效性价值十分关键，能在优化整体机械工程与自动化项目效率的同时，确保相关技术结构的优势得以发挥出来。 首先，PLC 技术操作性较高，多数 PLC 技术能有效支持相应的程序进行语言的互译管理，确保用户能有效掌握相关语言结构和模式，进一步提升应用效率。并且，结合自动翻译功能的 PLC 技术也能为用户后续操作提供较为有效的保障。需要注意的是，正是由于互译优势，在实现 PLC 技术编程的同时，也能减少外部处理的难度，集中简化了系统的整体结构问题，优化改善工作效率。提升了 PLC 技术实用价值的过程中，借助统一国际标准通信协议，能为差异化厂家进行 PLC 技术互换提供坚实的保障，促进实践水平和处理效果的维护程度。在整合调试操作水平的同时，也为提升 PLC 产品通信开放度提供了保障。 其次，PLC 技术设备体积小且能耗较少，在 PLC 技术装置结构中，由于集成电子线路的应用价值和整体处理水平，能在安装管理工作发挥实际水平的同时，确保相关处理结构和应用体系最优化，尺寸在 10 厘米以下时，PLC 技术设备中重量会在 150g 以下，确保消耗功率的维护程度贴合实际。 最后，PLC 技术抗干扰能力较强，在实际管理机制和整合措施统筹升级的基础好上，要对相关工艺流程的运行结构予以分析。因此，结合 PLC 技术的界面管理水平对现场总线体系和 PLC 技术界面处理进行统筹整合，维护通信保障体系的实效性，也为后续工作中电磁、电路以及可靠性处理工作顺利完成提供保障。 2 基于 PLC 的机器人电气控制系统的设计要点 2.1 总体结构及流程设计系统的控制要求是实现方形和圆形玻璃的定尺寸打磨，即要求驱动流水线横向运动的电动机 M1 在达到设置尺寸后停止运动，光电编码器与横向运动电动机 M1 同轴连接，电动机的水平驱动位移与光电编码器的脉冲数输出成比例关系，光电编码器的输出与 S7-200CPU 的高速计数器输入相连接，利用高速计数器实时计算光电编码器输出脉冲数，通过计算即可测量出横向运动的长度。组态实现长度宽度尺寸的设置和显示功能，人机界面将设置的相关参数传递给 S7-200CPU 的寄存器，执行用户程序计算当前横向移动距离和设置值的关系，打磨机构根据限制尺寸实现打磨，待打磨完成后，电动机 M3 驱动打磨机构实现纵向位移，光电编码器测量纵向位移的尺寸，当设置尺寸和测量尺寸相等时，垂直电动机 M2 驱动打磨机构垂直位移，行程开关限制垂直电动机行程位置，打磨机构垂直运动达到设置行程后，完成一次完整的控制任务，控制系统再次驱动电机进行流水线横向运动。实现以上控制任务，控制系统应包括三大部分：主电路、控制部分和显示部分。因此可以设计出控制系统的结构流程图。系统结构流程图如图 1 所示。 图 1 系统结构流程图 2.2 电源电路设计在最机器人进行电气系统设计时，在设计的时候应考虑：安全性、经济性、可行性、外观及维修的方便性等。电源电路是指全机器人的动力电路以及控制电路，主要包括：控制电路、电源电路、PLC 电源的开关电路以及动力电源转换回路。控制系统主电源由空气开关控制，PLC 电源通断由启动按钮和继电器控制。电源锁旋钮与启动按钮串联，当电源锁旋钮和启动按钮闭合，继电器的线圈得电，常开触点闭合，与启动按钮构成起一保一停控制回路，PLC 得电后开始循环扫描。 2.3 控制系统主程序设计 针对相应的控制要求，设计的 PLC 控制系统，通过组态人机界面完成对玻璃长、宽等参数的设置，利用 S7-200 系列 PLC 对台车电机、升降电机、进刀电机的运动控制。为实现系统控制要求，完成控制任务，系统需要加入定时安全报警程序，即每一个动作启动时同时启动定时器，根据每个动作完成的时间设置定时器的定时时间，如果系统出现故障，定时时间到而未完成相应动作，停止后续动作，触发报警动作。 控制系统主要是为了完成玻璃定长定宽的打磨，主程序是控制电动机的设置长度和设置宽度的定尺寸打磨运动，主要完成下降、定宽、横向进给、定长打磨和上升运动。在常用的梯形图设计方法中有经验设计法和顺序功能图设计方法，在此次主程序设计中采用顺序功
更多论文请加QQ 1634189238 492186520 第一章绪论 1.1 工业机器人的发展及分类 1.1.1 工业机器人的发展 工业机器人的发展通常可规划分为三代： 第一代工业机器人：通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”，即为了让工业机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等），通过直接或间接手段，对工业机器人进行“示教”，工业机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代工业机器人的诞生。 第二代工业机器人：通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）功能的“智能机器人”。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。 第三代工业机器人：即所谓的“只治式工业机器人”。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。第一代工业机器人目前仍处在实验室研究阶段。工业机器人经历了诞生---成长---成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。 我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术、生产了部分机器人的关键元器件，开发出喷漆、焊弧、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十与家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。 但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 1.1.2 工业机器人的分类 工业机器人按不同的方法可分下述类型 工业机器人按操作机坐标形式分以下几类：（坐标形式是指操作机的手臂在运动时所取的参考坐标系的形式。）
摘要 为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制
目录 摘要.......................................................... I 第1章绪论................................................ - 1 - 1.1机器人控制系统 (1) 1.2机器人控制的关键技术 (1) 第2章机器人PID控制...................................... - 2 - 2.1PID控制器的组成 (2) 2.2PID控制器的研究现状 (2) 2.3PID控制器的不足 (3) 第3章 PID控制的原理和特点 ................................ - 4 - 3.1PID控制的原理 (4) 3.2PID控制的特点 (5) 第4章 PID控制器的参数整定 ................................ - 5 -后记...................................................... - 6 -
第21卷第1期1999年1月 机器人 ROBOT V ol.21,No.1 J a n.,1999机器人控制器的现状及展望⒇ 范 永 谭 民 (中国科学院自动化研究所 北京 100080) 摘 要 机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一,它从一定程度上影响着机器人的发展.本文介绍了目前机器人控制器的现状,分析了它们各自的优点和不足,探讨了机器人控制器的发展方向和要着重解决的问题. 关键词 机器人控制器,开放式结构,模块化 1 引言 从世界上第一台遥控机械手的诞生至今已有50年了,在这短短的几年里,伴随着计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及相关技术的进步,机器人的发展已经历了3代[1]: (1)可编程的示教再现型机器人;(2)基于传感器控制具有一定自主能力的机器人;(3)智能机器人.作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一.它从一定程度上影响着机器人的发展.目前,由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步,使得机器人的研究在高水平上进行,同时也为机器人控制器的性能提出更高的要求. 对于不同类型的机器人,如有腿的步行机器人与关节型工业机器人,控制系统的综合方法有较大差别,控制器的设计方案也不一样.本文仅讨论工业机器人控制器问题. 2 机器人控制器类型 机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置,它是机器人的心脏,决定了机器人性能的优劣. 从机器人控制算法的处理方式来看,可分为串行、并行两种结构类型. 2.1 串行处理结构 所谓的串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理.对于这种类型的控制器,从计算机结构、控制方式来划分,又可分为以下几种[2]. (1)单CPU结构、集中控制方式 用一台功能较强的计算机实现全部控制功能.在早期的机器人中,如Hero-I,Robo t-I等,就采用这种结构,但控制过程中需要许多计算(如坐标变换),因此这种控制结构速度较慢. (2)二级CPU结构、主从式控制方式 一级CPU为主机,担当系统管理、机器人语言编译和人机接口功能,同时也利用它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补,并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公用内存,供二级CPU读取;二级CPU完成全部关节位置数字控制.这类系统的两个C PU总线之间基本没有联系,仅通过公用内存交换数据,是一个松耦合的关系.对采用更多的CPU进一步分散 ⒇1998-09-03收稿 DOI:10.13973/https://www.doczj.com/doc/1313356529.html, k i.rob ot.1999.01.014
机器人与自动化技术 “机器人、无处不在的屏幕、语音交互，这些都将改变我们看待‘电脑’的方式。一旦看、听、阅读能力得到提升，你就可以以新的方式进行交互。”----比尔?盖茨在某电视节目中，预测未来科技领域的下一件大事时表示：机器人与自动化技术将成为未来发展的一大趋势，可以改变世界！ 工业机器人的应用，正从汽车工业向一般工业延伸，除了金属加工、食品饮料、塑料橡胶、3C、医药等行业，机器人在风能、太阳能、交通运输、建筑材料、物流甚至废品处理等行业都可以大有作为。 当然，即将“改变世界”的机器人不仅仅具有代替人工的价值，在很多人类无法实现的领域也将出现机器人的身影。譬如，派送采矿机器人到月球和小行星上采挖稀土矿，将有望成为现实。 而更令比尔?盖茨寄予厚望的是机器人将像“电脑”一样改变人类的生活。 日本早稻田大学研究人员推出一种新型仿人型家务机器人。它集安全性、可靠性和灵巧性于一身，还具有仿人脸的外观。在工作时，它将一名男子抱下床，与他聊天并为他准备早餐。由于拥有和成年女性大小相当的灵巧双臂、双手，这种机器人能够用夹子将面包从面包机中取出，而丝毫不弄碎它。 英国阿伯丁大学启动了一项新的研究计划，在3年内研发出允许机器人与人类进行交谈，甚至讨论具体决定的系统……。 作为先进制造业中不可替代的重要装备，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。 在机器人市场中，目前80%的市场份额仍由跨国公司占有，其中瑞典ABB、日本发那科FANUC、日本安川yaskawa和德国库卡KUKA四大企业则是市场第一梯队的“四大金刚”。其它有瑞士史陶比尔Staubli、德国克鲁斯CLOOS、德国百格拉、德国徕斯、德国斯图加特航空航天自动化集团（STUAA）、意太利瀚博士hanbs、意大利柯马COMAU、英国Auto Tech Robotics等。 目前国内生产机器人的企业主要有：中科院沈阳新松机器人自动化股份有限公司、芜湖埃夫特智能装备有限公司、上海新时达机器人有限公司、安川首钢机器人有限公司、哈工大海 尔机器人有限公司、南京埃斯顿机器人工程有限公司、广州数控设备有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司等。 2015年，中国机器人市场需求预计将达35000台，占全球比重16.9％，成为全球规模最大的市场。 一、机器人的系统构成 由3大部分6个子系统组成。 3大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。 6个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。
机械手电气控制系统设计
目录 一、机械手设计任务书 (1) 1机械手结构、动作与控制要求 (1) 2设计任务 (1) 二、电器控制部分 (2) 1.电器元件目录表 (2) 2.机械手主电路接线图 (3) 3.继电器控制电路 (4) 4.接线图 (4) 5.电器板元件布置图 (5) 6.控制面板 (5) 三、PLC控制部分 (6) 1.PLC的选型 (6) 2.PLC I/O图 (6) 3.状态转移图 (7) 4.梯形图 (7) 5.指令表 (10) 四、参考文献 (14) 一、机械手设计任务书 1机械手结构、动作与控制要求
机械手在专用机床及自动生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产的自动化。本设计中的机械手采用关节式结构。各动作由液压驱动，并由电磁阀控制。动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统，动作时间需要可调。 以镗孔专用机床加工零件的上料、下料为例，机械手的动作顺序是：由原始位置将以加工好的工件卸下，放回料架，等待料架转过一定角度后，再将未加工零件拿起，送到加工位置，等待镗孔加工结束，再将加工完毕工件放回料架，如此重复循环。 设计要求 1.1加工中上料和下料各动作采用自动循环。 1.2各动作之间应有一定的延时（由时间继电器调定） 1.3机械手各部分应单独动作，以便调整及维修。 1.4液压泵电动机（Y100L2-4.3KW）及各电磁阀运行状态应有指 示。 1.5应有必要的电气保护与联锁环节。 2设计任务： 2.1绘制电气控制原理线路图，选用电器元件，制订元件目录表。 2.2设计并绘制以下工艺图样中的一种： 电器板元件布置图与底板加工零件图；电器板接线图；控制面 板元件布置图、接线图及面板加工图；电气箱及系统总接线图。 2.3编制设计，使用说明书，设计小结，列出设计参数资料目录。
工业机器人控制系统 的组成
工业机器人控制系统的组成 1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。 2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 3、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。 4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。 5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。 6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。 7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。 8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11、网络接口 1）Ethernet接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。 2）Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
工业机器人控制系统分类 1、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。 2、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。 3、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。 4、点位式：要求机器人准确控制末端执行器的位姿，而与路径无关。 5、轨迹式：要求机器人按示教的轨迹和速度运动。 6、控制总线：国际标准总线控制系统。采用国际标准总线作为控制系统的控制总线，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。 7、自定义总线控制系统：由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。 8、编程方式：物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关，实现起动，停车的程序操作，只能用于简单的拾起和放置作业。
一．工业机器人组成系统 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括腰部、肩部、肘部和手腕部，其中手腕部有3个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。 工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒)，将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍；另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 几个问题： （1）巨轮机器人JLRB20KG机器人是点位型还是连续轨迹型？ （2）能不能编写一个简单程序，使机器人能够的末端能够走一个圆？ （3）能不能控制机器人中每一个电机的输出功率或扭矩？ （4）机器人每一个关节从驱动电机到执行机构的传递效率有没有？ 二．工业机器人的主体 机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度，依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电机驱动，电机分为步进电机或直流伺服电机。直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高，而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。 各部件组成和功能描述如下： （1）基座：基座是机器人的基础部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都安装在基座。 （2）腰部：腰部是机器人手臂的支撑部分，腰部回转部件包括腰部支架、回转轴、支架、谐波减速器、制动器和步进电机等。 （3）大臂：大臂和传动部件 （4）小臂：小臂、减速齿轮箱、传动部件、传动轴等，在小臂前端固定驱动手腕三个运
基于PLC的机器人电气控制系统的设计 摘要：随着电气自动化技术的日益成熟，其已逐步渗透入各行各业，并以机械化、可编程、误差小等优势大大提高了工作效率，促进了相关行业的发展。自20世纪70年代起，相关学者借助着计算机的独特优势研究电气工程技术，使其朝着自动化、智能化的方向发展。如今电气自动控制技术日益完善，改变了相关人员的工作方式，减少资源消耗并提高了工作效率。但随着工业产品及生产设备日新月异，诸多传统电气设备在设计方面存在着不足，我国自动化控制水平一定程度上低于欧美国家，不仅难以满足当今产品的质量需求，更影响了电气设备的正常使用。于是本文根据实际生产情况中对不同运行参数要求存在差异，而选择不同的监控方式并分析其各自存在的优缺点;另外对系统硬件、输入/输出电路进行设计，提出一种妥善的电气自动化设计，并与传统存在的自动控制系统进行对比分析。 关键词：PLC的机器人；电气控制；系统的设计 引言 机器人在专用机床及自动化生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机器人采用关节式结构，它模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配，动作由液压驱动，并由电磁阀控制，动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。PLC以其可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，使用方便可靠等特点，在机械制造业得到了广泛的应用。选用三菱公司的FX2N—32MR可编程序控制器对机器人的电气控制系统进行设计，提高了自动化程度和可靠度，效果良好。 1PLC技术简介 PLC技术是随着微机技术发展而出现的产物,该技术充分利用了微处理器技术的优点,弥补了传统控制技术中的功耗高、可靠性低等缺陷不足。PLC技术由美国科研人员在20世纪60年代提出,技术应用简单,无需进行采用专业的计算机语言进行编程,通过简单的继电器梯形图指令即可实现操作。PLC技术是一种可编程逻辑控制器,将其应用在电气自动化控制系统中,简化了控制程序,降低了自动化控制的能源消耗,提高了自动化控制的灵敏度,经过这些年的发展,PLC技术也越来越成熟,应用的领域也在不断扩大,提高了工业生产中的自动化控制水平,推动了社会经济的发展。 2PLC设计原则 PLC系统作为一个整体的设计，必须要符合有关设计原则，只有这样，才能真正提高设计效率，并有效减少运行错误。也就是说，一个良好的设计效果是很重要的。首先，在实际设计中，必须要尊重安全原则，提升系统可靠性，确保系统的正常运行。其次，在保证系统良好性能的基础上，尊重最低成本原则，提高制造企业的经济效益。 3PLC技术的优势 ①编程方便，操作简单。PLC技术编程采用简单的梯形图、逻辑图等基础编程语言，在程序编译和修改中不需要太过复杂的信息技术知识，为操作人员提供了便利。在程序修改调试中可以随时进行程序增减，容易操控，方便应用。②功能性强，性价比高。随着科技的发展，我国PLC技术也在进一步提高。一台小型的PLC中就可以囊括成百上千个编程元件，麻雀虽小五脏俱全，PLC完全可以实
基于PLC的机器人自动控制系统设计 基于PLC的机器人工作过程是以电磁阀部件为控制对象，以气缸方式驱动的一种特殊机器人运行装置。当中，对于PLC可编程序控制器的应用则是极为广泛与深入当中。应用PLC可编程序控制器进行机器人自动控制系统设计的最主要优势在于：编程操作简单、抗干扰性能突出、运行可靠性高、使用方便简单等特点。本文主要分析的方向是基于PLC的机器人自动控制系统设计操作，进一步确定该方面的可操作性以及进一步研究的价值。 标签：PLC；机器人；自动控制系统；设计 1 引言 在现代科学技术不断发展的背景之下，工业现场所涉及到的重体力劳动量不断提升。当中部分劳动任务的实现单单依靠人力是很难实现的。而为了良好的完成工业现场的相关生产作业任务，就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现。基于PLC的机器人装置主要采取关节式结构，能够实现对人体手臂部分的活动动作加以模拟，在自动控制系统下的预定程序、轨迹、以及要求作用下，实现包括零部件抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作。本文主要分析的方向是基于PLC的机器人自动控制系统设计操作，进一步确定该方面的可操作性以及进一步研究的价值。 2 目前基于PLC的机器人自动控制系统设计存在的问题 基于PLC的机器人自动控制系统是现今提出的一个机器人控制探究方向，考虑PLC的主要原因是PLC的可调整性以及可控制性较强，是采用编程、输入指令的方式控制，操作相对简单，运行复杂性较低，安全性稳定性相对较高，基于PLC编程基础下的机器人自动控制系统设计结果直接具备PLC的优势，实用性较高，操作要求较低，运行连续性以及运行可靠性高，这对于机器人自动控制系统的进一步发展较为有利，有实际的促进作用[1]。 基于PLC的机器人自动控制系统设计进展相对较为缓慢，主要原因包括技术方面的问题，PLC与机器人装置之间的衔接问题，实际情况探究问题，相关人才问题，为实际的发展机器人自动控制系统，需要对这些问题进行全面的分析，找出关键所在，技术方面的问题为机器人装置的种类较多，对于自动控制系统的要求不尽相同，对于PLC编程的调整要求较高，PLC编程操作相对简单，对于不同指令需要变化输入内容，对于自动控制系统设计类别较多而言进展的速度无法得到有效的提高；人才问题，即研究型人才、操作型人才、实验型人才以及技术型人才，人才的数量相对较为短缺，对于该方面人才的定义为需要全面的掌握了解PLC知识的全部，确定机器人自动控制系统的设计方向，对于机器人装置了解全面，对于机器人装置的相关技术以及原理有较为深入的了解分析，对于自动控制系统相关知识了解全面，同时掌握机器人自动控制系统的操作方法，对于机器人自动控制系统新技术以及新知识了解透彻，大部分工作人员没有达到以上
一、机器人的主要技术参数 机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况，是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。 1、自由度 机器人具有的独立坐标轴运动的数目。机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。.机器人的自由度数一般等于关节数目。机器人常用的自由度数一般不超过5～6个。 2、关节（Joint） 即运动副，允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。 3、工作空间
机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。 4、工作速度 机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。 5、工作载荷 指机器人在工作范围内任何位置上所能承受的最大负载，一般用质量、力矩、惯性矩表示。还和运行速度和加速度大小方向有关，一般规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。 6、分辨率 能够实现的最小移动距离或最小转动角度。 7、精度 重复性或重复定位精度：指机器人重复到达某一目标位置的差异程度。或在相同的位置指令下，机器人连续重复若干次其位置的分散情况。它是衡量一列误差值的密集程度，即重复度。 二、机器人的控制系统 1、机器人的控制系统 “控制”的目的是使被控对象产生控制者所期望的行为方式。.“控制”的基本条件是了解被控对象的特性。“实质”是对驱动器输出力矩的控制。
详细解析工业机器人控制系统 什么是机器人控制系统 如果仅仅有感官和肌肉，人的四肢还是不能动作。一方面是因为来自感官的信号没有器官去接收和处理，另一方面也是因为没有器官发出神经信号，驱使肌肉发生收缩或舒张。同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也不能正常工作。原因是传感器输出的信号没有起作用，驱动电动机也得不到驱动电压和电流，所以机器人需要有一个控制器，用硬件坨和软件组成一个的控制系统。 机器人控制系统的功能是接收来自传感器的检测信号，根据操作任务的要求，驱动机械臂中的各台电动机就像我们人的活动需要依赖自身的感官一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要用传感器来检测各种状态。机器人的内部传感器信号被用来反映机械臂关节的实际运动状态，机器人的外部传感器信号被用来检测工作环境的变化。 所以机器人的神经与大脑组合起来才能成一个完整的机器人控制系统。 机器人的运动控制系统包含哪些方面？ 执行机构----伺服电机或步进电机； 驱动机构----伺服或者步进驱动器； 控制机构----运动控制器，做路径和电机联动的算法运算控制； 控制方式----有固定执行动作方式的，那就编好固定参数的程序给运动控制器；如果有加视觉系统或者其他传感器的，根据传感器信号，就编好不固定参数的程序给运动控制器。 机器人控制系统的基本功能 1.控制机械臂末端执行器的运动位置（即控制末端执行器经过的点和移动路径）； 2.控制机械臂的运动姿态（即控制相邻两个活动构件的相对位置）； 3.控制运动速度（即控制末端执行器运动位置随时间变化的规律）； 4.控制运动加速度（即控制末端执行器在运动过程中的速度变化）；
机器人抓取装置位置控 制系统校正装置设计 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
自动控制原理课程设计题目：机器人抓取装置位置控制系统校正装置设计 专业：电气工程及其自动化 姓名： 班级：学号： 指导老师：职称： 郑州航空工业管理学院 机电工程学院 2011年12月
初始条件： 一个机器人抓取装置的位置控制系统为一单位负反馈控制系统，其传递函数为()()() 15.013 0++=s s s s G ，设计一个滞后校正装置，使系统的相角裕 度?=45γ。 设计内容： 1.先手绘系统校正前的bode 图，然后再用MATLAB 做出校正前系统的bode 图，根据MATLAB 做出的bode 图求出系统的相角裕量。 2.求出校正装置的传递函数 3. 用MATLAB 做出校正后的系统的bode 图，并求出系统的相角裕量。 4.在matlab 下，用simulink 进行动态仿真，在计算机上对人工设计系统进行仿真调试，确使满足技术要求。 5.对系统的稳定性及校正后的性能说明 6.心得体会。
1频率法的串联滞后校正特性及方法 特性：当一个系统的动态特性是满足要求的，为改善稳态性能，而又不影响其动态响应时，可采用此方法。具体就是增加一对靠的很近并且靠近坐标原点的零、极点，使系统的开环放大倍数提高β倍，而不影响开环对数频率特性的中、高频段特性。 该方法的步骤主要有： ()1绘制出未校正系统的bode 图，求出相角裕量0γ，幅值裕量g K 。 ()2在bode 图上求出未校正系统的相角裕量εγγ +=期望处的频率2c ω,2 c ω作为校正后系统的剪切频率，ε用来补偿滞后校正网络2c ω处的相角滞后，通常取??=15~5ε。 ()3令未校正系统在2c ω的幅值为βlg 20，由此确定滞后网络的β值。 ()4为保证滞后校正网络对系统在2c ω处的相频特性基本不受影响，可按 10 ~ 2 1 2 2 2c c ωωτ ω= = 求得第二个转折频率。 ()5校正装置的传递函数为()1 1 ++= s s s G C βττ ()6画出校正后系统的bode 图，并校验性能指标 2确定未校正前系统的相角裕度 先绘制系统的bode 图如下：