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四自由度绘图机器人的控制系统设计0引言在丁业生产过程中，为了对加工零件的型号、尺寸等作以标识，需要专用绘图设备对其进行标记。
本文针对这一生产需要，模拟工业现场环境，设计了可完成绘图、划线、切割等功能于一体的机器——简称绘图机器人。
传感器技术、图像采集与识别技术、最优化技术以及路径规划算法等理论的发展，为绘图机器人的实现提供了技术与理论依据。
曾在2006年中国围际工业博览会上，由ABB公司制造的绘图机器人“神笔马良”就吸引了很多人的关注。
1机器人机械结构1．1机器人本体结构本文研究的机器人为实验室自主开发的四自由度机器人，采用PC机+触摸屏+运动控制器构成的开放式控制系统，由一块运动控制器控制四轴的运动，可实现x、y、z方向的直线运动及C方向的回转运动。
其结构图如图l所示，主要由x轴滚轮，l，轴手臂，z轴丝杠，c向同转驱动、电机驱动，导向立柱，同步带及底座组成，其技术参数和运动实现形式见表l、表2。
根据完成功能的不同，选择相应执行装置通过装夹装置固定安装在Y轴手爪处。
本文采用画笔。
1．2机器人传感器模块传感器类似于人的五官，是机器人感知外部环境的直接手段。
本设计采用的传感器包括：(1)接近开关：4个接近开关均选用AOTORO的FRl8-8DN，其有效测量距离为8ram，分别安装在l，轴手爪和Z轴导向立柱处，用于y轴左右、z轴上下限位。
当金属检测体靠近开关的感应区域，开关迅速发出指令反馈给运动控制器，运动控制器接到反馈信号，发出控制信号，控制电机动作同时产生报警信号¨1。
(2)超声波传感器：用于X轴行动过程中的避障，有效测距分为3个量程，分别是9m、3m和lm。
当机器人在行驶中检测到前方有障碍物时，立即停止前进，原地等待并发出报警信号，直至障碍物消失再继续前进。
(3)角度传感器：在绘制某些图形的过程中，需要画板与画笔之间有一角度，该传感器就是用于C向回转中角度的信号检测。
2个角度传感器均采用国产的TDR．BZ。
毕业设计四自由度机器人毕业设计题目：四自由度机器人的设计与控制一、引言四自由度机器人是一种常见的工业机器人，其基础结构包括底座、臂部、腕部和末端执行器。
在工业生产线上，四自由度机器人广泛应用于装配、焊接、喷涂等需要精确操作的工艺环节。
本篇毕业设计论文将对四自由度机器人的设计与控制进行研究和分析。
二、机器人的设计1.结构设计：为了实现机器人的灵活和精确操作，我们将设计一个四自由度机器人。
该机器人的结构由底座、臂部、腕部和末端执行器组成。
底座提供了机器人的稳定性和机动性，臂部负责机器人进行大范围的空间运动，腕部通过关节连接臂部和末端执行器，末端执行器完成具体的操作任务。
2.运动学设计：机器人的运动学设计是机器人设计中的重要一环。
我们将采用世界坐标系和本体坐标系的方法，建立逆运动学模型和正运动学模型，以实现机器人的运动控制。
具体设计中，我们将采用符号法推导机器人的运动学方程，通过求解并进行数值模拟验证，实现机器人的精确运动。
三、机器人的控制1.控制系统设计：机器人的控制系统是实现机器人精确操作的核心。
我们将采用开环控制和闭环控制相结合的方法，设计机器人的控制系统。
开环控制系统通过预设关节角度实现机器人的运动，闭环控制系统通过传感器反馈实时监控机器人的运动，并进行误差修正，实现机器人的精确操作。
2.控制算法设计：我们将采用PID控制算法对机器人进行控制。
PID控制算法具有稳定性好、计算简单等优点，适用于工业机器人的控制。
我们将根据机器人的运动学特性，根据机器人的误差信号设计合适的PID参数，以优化机器人的运动轨迹和操作精度。
3.编程与仿真设计：为了验证机器人的设计和控制系统的有效性，我们将使用MATLAB和Simulink进行编程和仿真设计。
通过编写机器人运动学模型和控制算法的代码，并在Simulink中搭建机器人的控制系统，实现机器人精确操作的仿真。
四、总结本篇毕业设计论文对四自由度机器人的设计与控制进行了研究和分析。
前言可编程控制器是20世纪70年代以来，在集成电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。
由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产自动化的支柱产品。
近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已越来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。
本课题是基于PLC控制四自由度机械手运行。
工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。
有着广阔的发展前途。
本课题通PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。
摘要随着工业机械手的进一步发展，其发展将更趋向于人性化、智能化并将在更加广泛的领域得到应用。
机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。
因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。
通过对机械制造与自动化大学专科三年的所学知识进行整合，对工业机械手各部分机械结构和功能的论述和分析，确定机械手的工作原理和运动机理。
设计了一种四自由度机械手，采用可编程序控制器（PLC）设计其控制系统,以提高其工作的稳定性能。
关键词：机械手梯形图PLC 电磁阀AbstractWith the further development of industrial robots, and its development tends to be more humane, intelligent and in a wider range of applications. Manipulator is a kind of imitation of the upper body movement machine, it can be scheduled according to request type or holds the automation tool operation of technical equipment, industrial automation, promote the production of industrial production of the further development plays an important role .Manipulator noted extensively and welcome by people for it has powerful vitality. Industrial robots can replace the hands of heavy labor, significantly reduce labor intensity, and improve labor productivity and automation level.Mechanical manufacturing and automation through the junior college for three years to integrate the knowledge of industrial manipulator mechanical structure and function of various parts of exposition and analysis to determine the robot motion principle and mechanism. Design a four-DOF manipulator to enhance the stability of their work for using the programmable logic controller to control system.Keywords: Manipulator Ladder diagram PLC Solenoid valve目录前言 (1)摘要 (2)第一章绪论 (5)1.1 本课题设计的背景 (5)1.2本课题设计的内容 (6)1.3 本课题设计的目的和意义 (7)第二章 PLC的概述 (8)2.1 PLC介绍 (8)2.2 PLC的构成 (9)2.3 PLC 的外部设备 (10)2.4 PLC的工作原理 (10)2.5 PLC的优点 (12)第三章基于PLC的机械手控制方案的确定 (13)3.1 机械手的概述 (13)3.2 采用PLC控制机械手的优点 (13)3.3 机械手设计内容 (13)3.4 PLC的选型 (14)3.5 三菱FX系列的结构功能 (16)第4章功能实现与控制方式 (18)4.1 机械手模型的机能和特性 (18)4.2 夹紧机构 (18)4.3 躯干 (19)4.4 旋转编码盘 (19)第5章控制系统设计 (20)5.1 控制系统硬件设计 (20)5.2 PLC梯形图中的编程元件 (20)5.3 PLC的I/O分配 (21)5.4 机械手控制系统的外部接线图 (22)5.5 控制系统软件设计 (22)致谢 (36)参考文献 (37)附录（指令表） (38)第一章绪论1.1 本课题设计的背景1969年美随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。
四自由度码垛机器人控制系统设计一、四自由度码垛机器人简介随着科技工业自动化的发展,很多轻工业都相继通过自动化流水线作业.尤其是食品工厂,后道包装机械作业使用一些成套设备不仅效率提高几十倍,生产成本也降低了。
其中四自由度码垛机器人每天自动对1000箱食品进行托盘处理，这些码垛机器人夜以继日地工作，从不要求增加工资。
码垛机器人的应用越来越广。
码垛机器人配备有特殊定制设计的多功能抓取器，不管包装箱尺寸或重量如何，机器人都可以使用真空吸盘牢固地夹持和传送包装箱。
如图1所示，四自由度码垛机器人本体由腰部、大臂、小臂、腕部组成。
图1 码垛机器人简图腰部大臂小臂腕部如图2所示，码垛机器人具有独特的线性执行机构，使其保证了手部在水平与垂直方向的平行移动。
图2 码垛机器人的线性执行机构运动示意图此四自由度码垛机器人的应用案例如图3所示。
具有示教作业简单,现场操作简便。
图3 码垛机器人的应用案例二、四自由度码垛机器人控制要求及其控制方案1、控制要求如图1所示，四自由度码垛机器人的运动主要由控制腰部、大臂、小臂、腕部的驱动电机实现。
在此均采用松下A5伺服电机；抓取部件等其他辅助运动采用气动，由电磁阀动作来控制抓取部件的动作。
四自由度码垛机器人的运动控制系统主要包括感知部分、硬件部分和软件部分，其运动控制系统的主要任务是要控制此机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹以及作业流程等。
此外，还要求：1）防碰撞检测和在线编程控制,可以进行离线仿真；2）人机界面友善、高度可靠作性和安全性；3）便携式触摸屏示教器、全中文界面；4）利用使能开关双电路设计使在紧急状态下自动切断伺服动作，从而保证安全。
2、控制方案控制方案1：基于PLC的运动控制方案基于PLC的机器人运动控制系统，一般利用触摸屏进行人机交互。
在触摸屏上的人机界面，由组态软件编写人机操作界面实现人机交互；PLC则通过I/O 模块与码垛机器人以及现场设备通信并实现控制，通过接受PLC的控制命令，实现机器人及其周边、物流设备的启停与协调，同时将码垛机器人及其周边、物流设备的运行状态返回给PLC。
四个自由度机器人(4关节机械手)设计任务书成都工业学院毕业设计任务书专业班次学生姓名指导老师设计评分设计（论文）题目四个自由度机器人专题任务开始日期2016 年 4 月22 日任务完成日期2016 年6 月 1 日设计人同组人等人指导老师（签名）教研室主任（签名）系主任（签名）（一）设计（选题）目的（包括原始数据）四个自由度机器人，很类似人的手臂的运动，它包含肩关节、肘关节和腕关节来实现水平和垂直运动，是一种固定式的工业机器人。
它具有四个自由度，其中，三个是旋转自由度，一个是移动自由度。
这类机器人结构轻便、响应快，它能实现球面范围内运动。
参数自由度4个抓重 5 Kg 运动参数大臂长700mm120回转角度）。
小臂长600mm100回转角度）。
手腕回转100回转角度）。
手臂升降100mm（升降距离）。
电机驱动。
（二）推荐主要参考资料【1】殷际英何广平编著关节型机器人北京化学工业出版社2003.07 【2】加藤一郎编著机械手图册上海上海科学技术出版社1979.01 【3】陆祥生杨秀莲编机械手理论及应用北京中国铁道出版社1983.03 【4】龚振邦机器人机械设计手册电子工业出版社1995 【5】伊藤洋三机构设计机械工业出版社1990 【6】周开勤机械零件手册高等教育出版社1993 【7】张建民工业机器人北京北京理工大学出版社1987 【8】张黎骅郑严编新编机械设计手册北京人民邮电出版社2008.01 【9】吴振彪主编机电综合设计指导中国人民大学出版社2000.09 【10】李振清主编机械设计简明手册兵器工业出版社1992.12 【11】王晓莉主编机械制图北京科学出版社2004.10.20 （三）设计工作任务及技术指标1、四个自由度机器人装配图2、机器人大臂装配图3、机器人小臂装配图4、机械手装配图5、零件图毕业设计评语指导教师评语。
论文提要随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。
机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，机械手的应用更加重要。
随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。
本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。
四自由度机械手的设计与规划摘要：随着大工业时代的到来，自动化设备代替人工作业成为现代化工业发展的一大趋势。
机械手作为一种自动化执行设备，解放了人类的双手，大大降低了工人的劳动强度，提高了工作效率。
它能模仿一些人手和手臂的动作，进行抓取、搬运或装配工作，被广泛应用在大型工厂的生产流水线上，尤其是在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，机械手的应用更加重要。
随着现代科技的发展，借助计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统，使机械手得到了更快的发展和应用，过渡到了一个新的工业自动化阶段。
本文主要是对四自由度机械手的结构设计和工作原理进行阐述和说明，并推导出了机械手的运动轨迹方程。
关键词:四自由度机械手自动化一、什么是机械手机械手是一种主要由机械主体、控制器、驱动系统和传感器装置等组成的,能模仿人手和臂的某些动作的运动机构。
机械手的设计是模仿人的动作，所以在设计机械手时，为了使机械手能更像人手那样灵活好用，可以遵循三个设计原则：一是使机械手的覆盖范围尽可能的大；二是使机械手可以根据外界的环境改变自己的运动姿态；三是在使自身重量足够小时，承受的负载足够大。
美国机器人工业协会定义了工业机械手的含义：机械手是一种可以用于移动各种生产材料零部件工具或专用设备的，并通过可编程序动作来执行各种任务的，具有编程能力的多功能自动化设备。
stm32机械臂4自由度程序代码概述在现代工业生产中，机械臂被广泛应用于各种自动化任务中，它能够完成人们难以完成的高精度、高速度的工作。
而stm32是一款性能强大的微控制器，具有广泛的应用领域。
本文将介绍如何使用stm32编写一个具有4自由度的机械臂程序代码。
硬件搭建在开始编写程序代码之前，我们首先需要搭建硬件平台。
以下是搭建4自由度机械臂所需的硬件组件：1.stm32开发板：我们选择一款合适的stm32开发板作为主控制器；2.步进电机：我们选择4个步进电机作为机械臂的关节驱动器；3.驱动模块：我们需要使用4个步进电机驱动模块来控制步进电机；4.电源：我们需要为stm32开发板和驱动模块提供稳定的电源；5.连接线：我们需要使用合适的连接线将硬件组件连接起来。
完成硬件搭建后，我们可以开始编写程序代码。
程序框架下面是一个简单的程序框架，用于控制4自由度机械臂的运动：#include <stm32f4xx.h>// 定义步进电机引脚#define MOTOR1_PIN1 GPIO_Pin_0#define MOTOR1_PIN2 GPIO_Pin_1#define MOTOR2_PIN1 GPIO_Pin_2#define MOTOR2_PIN2 GPIO_Pin_3#define MOTOR3_PIN1 GPIO_Pin_4#define MOTOR3_PIN2 GPIO_Pin_5#define MOTOR4_PIN1 GPIO_Pin_6#define MOTOR4_PIN2 GPIO_Pin_7// 定义步进电机驱动函数void motor1_forward(void);void motor2_forward(void); void motor2_backward(void); void motor3_forward(void); void motor3_backward(void); void motor4_forward(void); void motor4_backward(void);int main(void){// 初始化stm32开发板// 初始化步进电机引脚while (1){// 控制机械臂的运动 }}void motor1_forward(void) {// 控制步进电机1正转}void motor1_backward(void) {// 控制步进电机1反转}void motor2_forward(void) {// 控制步进电机2正转}void motor2_backward(void) {// 控制步进电机2反转}void motor3_forward(void) {// 控制步进电机3正转}{// 控制步进电机3反转}void motor4_forward(void){// 控制步进电机4正转}void motor4_backward(void){// 控制步进电机4反转}程序详解初始化stm32开发板在程序的main函数中，我们需要初始化stm32开发板。
毕业设计任务书学生指导教师杨萍、张淑珍、李翠明班级职称教授、副教授、讲师系主任主管院长一、毕业设计题目五四自由度关节型机器人的设计二、主要设计参数及技术指标1、2、机器人工作要求1）机器人必须小巧、灵活、拆卸方便，2）机器人能够完成抓取物体、搬运物体等功能3）机器人自动化程度高，控制方便灵活。
三、设计任务1）机器人总体设计；2）机器人机械部分设计（其中计算机绘图1×A1，其余手工绘图）；3）设计说明书不少于8千字。
备注：设计图纸量：共3×A0图纸四、毕业设计的基本要求1、学生认真、刻苦钻研，独立完成毕业设计任务。
2、在毕业设计中要遵守毕业设计规定，服从安排和领导；3、毕业设计进度要严格按照进程计划进行，按时、按质、按量完成毕业设计内容；4、设计计算说明书要求字迹工整，条理清晰，设计计算正确；5、凡是未按时完成毕业设计规定内容和工作量的学生不得参加毕业设计答辩。
五、进程安排六、阅读资料及主要参考文献[1] 吴宗泽,罗圣国. 机械设计课程设计手册.北京:高等教育出版社, 1999[2] 殷际英,何广平. 关节型机器人。
北京：化学工业出版社, 2003[3] 吴振彪. 工业机器人. 武昌：华中理工大学出版社， 1997[4] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学. 北京：高等教育出版社，2002[5] 赵妙霞. 机械精度设计与质量控制. 兰州：兰州大学出版社，2004[6] 濮良贵. 纪名刚. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2001[7] 徐灏. 机械设计手册. 北京：机械工业出版社，2001[8] 张福学，机器人技术及其应用[M]，北京：电子工业出版社，2000，1[9] 马香峰，机器人机构学[M]，北京：机械工业出版社，1991，9[10]熊有伦等编，机器人学[M]，北京：机械工业出版社，1993，10。
基于C的工业机器人控制系统研究与开发工业机器人作为现代制造业中不可或缺的重要设备，其控制系统的研究与开发一直是学术界和工业界关注的热点之一。
在工业机器人控制系统中，基于C语言的软件开发具有重要意义，本文将深入探讨基于C的工业机器人控制系统的研究与开发。
工业机器人控制系统概述工业机器人控制系统是指对工业机器人进行精准控制和指挥的系统，其核心是通过软件程序实现对机器人动作、速度、力度等参数的控制。
工业机器人控制系统通常包括硬件系统和软件系统两部分，其中软件系统起着至关重要的作用。
C语言在工业机器人控制系统中的地位C语言作为一种通用性强、灵活性高的编程语言，在工业机器人控制系统中具有重要地位。
基于C语言进行软件开发可以实现对机器人运动学、动力学等复杂算法的高效实现，同时也便于与硬件系统进行接口对接，提高了系统的稳定性和可靠性。
基于C的工业机器人控制系统开发流程需求分析阶段：明确工业机器人控制系统的功能需求和性能指标，为后续开发工作奠定基础。
架构设计阶段：设计软件架构，包括模块划分、接口定义等，确保系统具有良好的可扩展性和维护性。
算法实现阶段：基于C语言实现工业机器人运动学、动力学等算法，保证系统对机器人运动的精准控制。
硬件接口阶段：与硬件团队密切合作，实现软件与硬件之间的数据交互和通信，确保系统能够准确读取传感器数据并控制执行器。
调试测试阶段：对系统进行全面测试和调试，验证其在不同场景下的稳定性和可靠性。
部署运行阶段：将开发完成的工业机器人控制系统部署到实际生产环境中运行，并持续监测和优化系统性能。
基于C的工业机器人控制系统开发技术多线程编程：利用C语言多线程技术实现对多个任务同时进行处理，提高系统响应速度和并发能力。
数据结构与算法：合理选择数据结构和算法，优化程序性能，提高系统运行效率。
网络编程：通过网络编程技术实现远程监控和操作，实现对工业机器人的远程管理。
图形化界面设计：结合图形化界面设计技术，实现用户友好的操作界面，方便操作员进行交互操作。
基于PLC的四自由度电动机械手的控制设计摘要：所介绍的电动机械手由电控机械手、yz轴丝杠组、手转动机构、旋转底盘等机械部分组成，在PLC 控制下，它可在行程范围内将物体从一点搬运至另一任意点，可置放于各种不同生产线或物流流水线中。
关键词：机械手；PLC；步进电机中图分类号：TP241 文献标志码：A文章编号：Design of the Control System of 4-dimension Motor-driven Mechanical Manipulator Basedon PLCAbstract: Motor-driven mechanical manipulator disscussed in this paper consists ofpower-operated mechanical manipulator,y-axis and z-axis screw lever modules ,rotatry mechanism of manipulator,rotated-plate at the bottom etc. On the control of PLC system,it can take bodies from one place to another in the range of its journey. It can be placed on different manufacture assembly lines or goods circulation lines.Key Words:mechanical manipulator; PLC; step motor随着微电子技术、计算机和现代控制理论的不断完善，机械手技术也快速发展。
按实现功能和驱动方式划分，机械手可以分为很多种。
仅就驱动方式，就有气动（或液动）、电动和电气混合等。
为实现不同的功能，有3个自由度的，也有4、5个自由度的，甚至还有6个自由度的。
四⾃由度机械⼿c语⾔编程设计,stm32开发：⼀种四⾃由度机械臂的简单算法最近在做⼀个四⾃由度的机械臂，要实现的功能是，通过输⼊XYZ三轴的坐标值，让机械臂⾃动导航到坐标位置。
原理⼀句话可以概括：输⼊三个坐标值，通过计算得到底部步进电机的旋转⾓度和剩余三个舵机的旋转⾓度。
底座是步进电机，往上依次是三个舵机，⽤的是180度的舵机，因此有⼀些限制，到底有什么限制⾃⼰想象。
每个舵机连接⼀个连杆，从下到上依次称为舵机5 ，4 ，3 ，由它们控制的杆称为L1,L2,L3。
从图⽚可以看出来，三个舵机是完全在⼀个竖直平⾯上的，这个平⾯与底座平⾯垂直，那么就以底座平⾯为基准，建⽴X ,Y轴， Z轴就垂直于底座向上。
现在可以思考⼀下如何导航到空间中的任何⼀个点？空间中任何⼀个点都可以⽤两个⾓度表⽰，⼀个叫**横偏⾓**，另外⼀个叫**俯仰⾓**，任何三维坐标都可以⽤这两个⾓表⽰。
想象⼀下，第⼀步，底座步进电机可以让三舵机机械臂平⾯旋转任意⾓度，这个⾓度就是上⾯说的横偏⾓，第⼆步，三舵机的三杆通过运动可以让机械臂头部到达它们所在平⾯的任何⼀个位置(⼒所能及的位置，不对 ，是臂所能及！)，这个⽬标位置与XOY平⾯的夹⾓就是上⾯说的俯仰⾓，那么就达到了⽬的，现在空间中整个球体的任何位置都可以通过 1 底座步进电机旋转 ⼀个横偏⾓度 2 三杆运动之后⼀个头部与XOY平⾯俯仰⾓。
道理就是这么个道理。
现在，已知条件是：⽬标点的X，Y，Z值，还有机械臂L1， L2， L3，的长度，通过上⾯的分析知道，第⼀步要做的就是让步进电机转过⼀个横偏⾓，计算这个横偏⾓很简单，这个⾓就是：⽬标点在XOY平⾯上的投影点与X轴的夹⾓对吧，现在这个变量名为target_st_AngleStep(我定义了⼀个结构体，⾥⾯包含最终计算出来的三舵机⾓度以及步进电机横偏⾓)那么target_st_AngleStep =atan(Y/X)180/3.141593;X， Y就是你输⼊的⽬标点的XY坐标因为math.h库⾥⾯的三⾓函数输出的是弧度值，所以要180/3.141593转换成⾓度第⼀步，我们已经转到了⽬标点所在的竖直平⾯。
四自由度的工业机器人在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。
工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。
本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。
首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
1.1 机器人概述在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。
化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。
但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。
专用机床是大批量生产自动化的有效办法；程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效地解决多品种小批量生产自动化的重要办法。
但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待于进一步实现机械化。
机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
“工业机器人”（Industrial Robot）：多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机器人或通用机器人）。
机器人是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。
机器人具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。
目前我国常把具有上述特点的机器人称为专用机器人，而把工业机械人称为通用机器人。
基于C的工业机器人控制系统设计与实现工业机器人在现代制造业中扮演着越来越重要的角色，它们可以完成重复性高、精度要求高的任务，提高生产效率，减少人力成本，保证产品质量。
而工业机器人的控制系统设计和实现是确保机器人正常运行的关键。
本文将从基于C语言的角度出发，探讨工业机器人控制系统的设计与实现。
1. 工业机器人控制系统概述工业机器人控制系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件包括传感器、执行器、控制器等组件，而软件则是控制这些硬件进行运动和操作的核心。
在软件部分，C语言作为一种通用的编程语言，被广泛应用于工业机器人控制系统的开发中。
接下来将介绍基于C语言的工业机器人控制系统设计与实现的关键技术。
2. C语言在工业机器人控制系统中的应用C语言作为一种结构化程序设计语言，具有良好的可移植性和高效性，在工业机器人控制系统中有着广泛的应用。
通过C语言编程，可以实现对机器人各个关节的控制、路径规划、碰撞检测等功能。
同时，C语言还可以方便地与各种外部设备进行通信，实现工业机器人与其他设备之间的数据交换和协作。
3. 工业机器人控制系统设计在设计工业机器人控制系统时，首先需要明确机器人的运动学模型和动力学模型，以便进行路径规划和运动控制。
其次需要设计合适的传感器系统，用于获取机器人当前状态信息。
然后根据任务需求和安全考虑，设计相应的控制算法和逻辑。
最后将这些设计转化为C语言代码，并在相应的开发环境中进行调试和优化。
4. 工业机器人控制系统实现在实现工业机器人控制系统时，首先需要选择合适的硬件平台和开发工具。
然后按照设计好的算法和逻辑编写C语言代码，并进行编译、下载到控制器中。
接着进行系统测试，验证控制系统是否符合要求。
最后根据测试结果对系统进行调整和优化，直至达到预期效果。
5. 工业机器人控制系统应用案例以某工厂生产线上的焊接机器人为例，通过基于C语言的控制系统设计与实现，实现了焊接路径规划、焊接速度控制、焊缝跟踪等功能。
四自由度多用途气动机器人（机器手）结构设计及控制实现近几十年，随着全球科学技术的快速发展和信息化水平不断提高，出于解放劳动力、提高生产效率、经济效益和减少生产成本的目的，很多工业领域开始使用工业机器人进行生产运作。
为了加深对机器人从设计到工业应用具体是怎样实现的，文章先对工业机器人的发展背景进行阐述，再对机器人（机械手）的机构设计进行介绍，其中包括手部、手腕、手臂等的设计，最终利用可编程序控制器对机器人（机械手）进行有效控制，使机器人（机械手）能够正常运作，进而出现在在更多生产企业的工作线上。
机器人（Robot）一词最早出现在国外，二十世纪中后期开始才得到人们的广泛关注，并被人们所熟悉，现如今，在国外，甚至国内有些工厂、企业都可以看得机器人的身影。
现代的工业机器人（机器手）主要有可编程、拟人化、通用性、运用广泛这四个特点。
科学技术的提高和不断创新，使得当今的工业机器人逐渐具备行走、感知、交流等多种能力。
目前，美国和日本在机器人的研发方面处于世界领先水平，对全球机器人的发展最具影响。
绝大多数工业机器人都是由主体、驱动系统和控制系统三个部分组成。
其中主机包括臂部、腕部、手部等，大多数机器人有3-6个运动自由度，文章以下以四个自由度为例进行描述。
机器人（机械手）在工业生产过程中能够代替人做些单调、频繁或者重复率强的长时间工作，但是机器人又不是简单意义上的完全复制了人工的劳务，而是在综合了人的工作性能的基础上再结合了机器人其专有的特长。
机械手是模仿人手和手臂的某些功能，在设置的特定程序下抓取、搬运物件或者操作工具的自动操作装置。
机器人的发展历史经历了一系列阶段，其中机械手则是最早出现的工业机器人，机械手在工业生产中的应用能够有效地减省工人、提高生产效率、降低生产成本、提高产品的品质提升工厂形象，尤其是在某些特殊的环境下，如高温高压、有毒有害、易燃易爆、放射性较大等，机器手得到了广泛的运用。
机器人（机器手）结构设计本次设计的机械手是通用气动上下料机械手，其在工业生产有较为广泛的运用。
