機(jī)器人控制原理_百度文庫(kù)

1、第二章 機(jī)器人系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)象操作及移動(dòng)自身功能的載體,可以大體分為操作手(包括臂和手和移動(dòng)機(jī)構(gòu)兩類(lèi)。對(duì)機(jī)器人的操作手而言,它應(yīng)該象 人的手臂那樣,能把(抓持裝工具的手依次伸到預(yù)定的操作位置,并保持相應(yīng) 的姿態(tài),完成給定的操作;或者能夠以一定速度,沿預(yù)定空間曲線移動(dòng)并保持手 的姿態(tài),并在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成預(yù)定的操作。移動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能將機(jī)器人移動(dòng)到任意位 置,并保持預(yù)定方位姿勢(shì)。為此,它應(yīng)能實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、各方向的轉(zhuǎn)彎等基本 移動(dòng)功能。在結(jié)構(gòu)上它可以象人、獸、昆蟲(chóng),具有二足、四足或六足的步行機(jī)構(gòu), 也可以象車(chē)或坦克那樣采用輪或履帶結(jié)構(gòu)機(jī)器人的臂通

2、常采用關(guān)節(jié) 連桿鏈形結(jié)構(gòu),它由連桿和連桿間的關(guān)節(jié)組成。關(guān)節(jié),又稱(chēng)運(yùn)動(dòng)副,是兩個(gè)構(gòu)件組成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接。在關(guān)節(jié)的約束下,兩 連桿間只能有簡(jiǎn)單的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人中常用的關(guān)節(jié)主要有兩類(lèi):(1 滑動(dòng)關(guān)節(jié) (Prismatic joint: 與關(guān)節(jié)相連的兩連桿只能沿滑動(dòng)軸做直線位移運(yùn)動(dòng),移動(dòng)的距離是滑動(dòng)關(guān)節(jié)的主要變量,滑動(dòng)軸一般和桿的軸線重合或 平行。(2轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié) (Revolute joint: 與關(guān)節(jié)相連的兩連桿只能繞關(guān)節(jié)軸做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),其轉(zhuǎn)動(dòng)角度是關(guān)節(jié)的主要變量,轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向通常與軸線重合或垂 直 。桿件和關(guān)節(jié)的構(gòu)成方法大致可分為兩種:(1 桿件和手臂串聯(lián)連接,開(kāi)鏈機(jī)械手 (2 桿件和手臂串聯(lián)連

3、接,閉鏈機(jī)械手。以操作對(duì)象為理想剛體為例,物體的位置和姿態(tài)各需要 3 個(gè)獨(dú)立變量來(lái)描述。我們將確定物體在坐標(biāo)系中位姿的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目稱(chēng)為自由度(DOF (degree of freedom 。而機(jī)器人的自由度是由有關(guān)節(jié)數(shù)和每個(gè)關(guān)節(jié)所具有的自由度數(shù)決 定的(每個(gè)關(guān)節(jié)可以有一個(gè)或多個(gè)自由度,通常為 1 個(gè)。機(jī)器人的自由度是獨(dú) 立的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的數(shù)目,是表示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性的尺度。(由驅(qū)動(dòng)器能產(chǎn)生主動(dòng) 動(dòng)作的自由度稱(chēng)為主動(dòng)自由度,不能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的自由度稱(chēng)為被動(dòng)自由度。通常 開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)僅使用主動(dòng)自由度機(jī)器人自由度的構(gòu)成,取決于它應(yīng)能保證完成與目 標(biāo)作業(yè)相適應(yīng)的動(dòng)作。分析可知,為使機(jī)器人能任意操縱物體的位姿,至

4、少須 6DOF ,通常用三個(gè)自由度確定手的空間位置(手臂,三個(gè)自由度確定手的姿態(tài) (手。比較而言,人的臂有七個(gè)自由度,手有二十個(gè)自由度,其中肩 3DOF ,肘 2 DOF ,碗 2DOF 。這種比 6 還多的自由度稱(chēng)為冗余自由度。人的臂由于有這樣的 冗余性,在固定手的位置和姿態(tài)的情況下,肘的位置不唯一。因此人的手臂能靈 活回避障礙物。對(duì)機(jī)器人而言,冗余自由度的設(shè)置易于增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)的靈活性,但由 于存在多解,需要在約束條件下尋優(yōu),計(jì)算量和控制的難度相對(duì)增大。典型的機(jī)器人臂結(jié)構(gòu)有以下幾種:(1直角坐標(biāo)型 (Cartesian/rectanglar/gantry (3P由三個(gè)線性滑動(dòng)關(guān)節(jié)組成。三個(gè)關(guān)節(jié)的

5、滑動(dòng)方向分別和直角坐標(biāo)軸 x,y,z 平行。工作空間是個(gè)立方體(2圓柱坐標(biāo)型 (cylindrical(R2P由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)組成。兩個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)分別對(duì)應(yīng)于圓柱坐標(biāo)的徑向和垂直方向位置,一個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)于圓柱軸線的轉(zhuǎn)角。工作區(qū)域?yàn)榫匦谓孛娴男D(zhuǎn)體。(3 球坐標(biāo)型 (spherical (2RP兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)分別實(shí)現(xiàn)手的左右,上下及前后運(yùn)動(dòng)。工作區(qū)域是扇形旋轉(zhuǎn)體。(4關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 (articulated/anthropomorphic(3R用三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)手在工作空間的任意定位。工作區(qū)域是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體,其截面由轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)行程角所確定的一些弧線構(gòu)成。(5平面關(guān)節(jié)型 SCA

6、RA (Selective Compliance Assembly Robot Arm由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)組成。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)控制前后,左右運(yùn)動(dòng);滑動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)。工作區(qū)域是截面為矩形的旋轉(zhuǎn)體這里只給出了幾種簡(jiǎn)單的臂結(jié)構(gòu)。各類(lèi)型結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)要分析如下:直角坐標(biāo)型結(jié)構(gòu):三個(gè)關(guān)節(jié)分別沿著直角坐標(biāo)的三坐標(biāo)軸移動(dòng),幾何運(yùn)動(dòng)直 觀,計(jì)算簡(jiǎn)單,便于控制。該結(jié)構(gòu)剛度好,可得到較高精度。但機(jī)器人所占運(yùn)行 空間大,滑動(dòng)關(guān)節(jié)密封性及操作的靈活性差。多轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)型:靈活性最強(qiáng),可以避開(kāi)一些障礙物到達(dá)操作點(diǎn)。運(yùn)行所占空 間及占地面積小,關(guān)節(jié)易于密封。但是關(guān)節(jié)角與空間位置的關(guān)系復(fù)雜且相互關(guān) 聯(lián),因此控制計(jì)算量

7、大,控制相對(duì)復(fù)雜。圓柱坐標(biāo)型和球坐標(biāo)型的優(yōu)缺點(diǎn)介于上述兩類(lèi)結(jié)構(gòu)之間。平面關(guān)節(jié)型:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,特別適合小型零件的插接裝配。注:機(jī)器人的腕和手(操作器的結(jié)構(gòu)略對(duì)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本要求是能承受機(jī)器人自身重力及操作過(guò)程中存在的力和力矩,并保持平衡和具有一定的剛度;具有較高的機(jī)動(dòng)性。目前移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要類(lèi)型有輪式、履帶式、足式及其它(如機(jī)器魚(yú),爬壁機(jī) 器人等,下面對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的幾種典型機(jī)構(gòu)及特點(diǎn)給出簡(jiǎn)要介紹。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu):輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)有移動(dòng)平穩(wěn)、機(jī)動(dòng)性高、便于操縱等特點(diǎn)。但只適合在平坦地 面運(yùn)行,不能上下階梯、越溝。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般具有三輪、四輪式兩種,其中 驅(qū)動(dòng)輪用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng),控制移動(dòng)的速度,有時(shí)

8、也用以控制移動(dòng)方向;轉(zhuǎn)向 輪用以控制機(jī)器人移動(dòng)方向;小腳輪和自由輪:用以支撐機(jī)器人保持平衡, 被動(dòng)地適應(yīng)機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的要求。幾種輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。三輪機(jī)構(gòu),四輪移動(dòng)機(jī)構(gòu),全轉(zhuǎn)向三輪移動(dòng)機(jī)構(gòu),每個(gè)輪 子都同時(shí)用作驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向輪,能隨時(shí)向任意方向做直線運(yùn)動(dòng),這時(shí)三輪的軸線均 與運(yùn)動(dòng)方向垂直。它也能作任意孤線運(yùn)動(dòng),只要三輪軸線均通過(guò)弧線的曲率中心 點(diǎn),就可以作就地轉(zhuǎn)動(dòng),以及完成這些運(yùn)動(dòng)的組合。因此,這類(lèi)機(jī)構(gòu)又稱(chēng)為全方 位移動(dòng)機(jī)構(gòu)。履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)這是類(lèi)似于履帶坦克及拖拉機(jī)的移動(dòng)機(jī)構(gòu),其特點(diǎn)是能在凹凸不平的地面上 行走,穩(wěn)定性好,能跨越障礙物,爬越較大斜坡或階梯。但是履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)方向的操縱,由左右履

9、帶的速度差值所控制。因此,轉(zhuǎn)向時(shí)必出現(xiàn)滑動(dòng),阻力 較大,轉(zhuǎn)向半徑及中心準(zhǔn)確度較差。有關(guān)各種特效的履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu),可參考有關(guān) 文獻(xiàn)。步行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)步行式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是指采用了類(lèi)似人、獸或昆蟲(chóng)用腳邁步移動(dòng)的機(jī)構(gòu),有兩足、四足、六足、八足等移動(dòng)機(jī)構(gòu),它們的特點(diǎn)是只需要離散的著地點(diǎn),能在平地也能在凹凸不平的地面行走;能越過(guò)溝、穴等障礙物;能上、下階梯,具有較高的機(jī)動(dòng)性。然而步行控制復(fù)雜,尤其是對(duì)于雙足機(jī)器人,步行的穩(wěn)定性不易控制。除了模仿人的兩足步行機(jī)構(gòu)外,還有模仿獸類(lèi)的四足步行機(jī)構(gòu),它有四條腿,通常每條腿有三個(gè)自由度。還有模仿昆蟲(chóng)的六足步行機(jī)構(gòu),它有六條腿,每條腿通常有三個(gè) 自由度,共 18 個(gè)自由度。這

10、些機(jī)構(gòu)能靈活地前進(jìn)、后退、向左或向右以不同半 徑轉(zhuǎn)彎以及調(diào)整機(jī)器人離地高度及傾斜角度等。2.2 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、減速及傳遞機(jī)構(gòu)。常用于機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)有液壓、氣壓和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是能產(chǎn)生非常大的力(如在 280105 牛頓/米工作壓力下, 2 厘米直徑液壓缸就能產(chǎn)生 8000 牛頓力。力矩 -重量比值較高,能以體積 小重量輕的驅(qū)動(dòng)器提供較大的驅(qū)動(dòng)力,剛度大。缺點(diǎn)是:需液壓動(dòng)力源設(shè)備,內(nèi) 部漏油及油溫影響驅(qū)動(dòng)特性;管理、維修技術(shù)要求高,一次性投資較高等。目前 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要用于大型機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是:成本低,可靠性高,維修管理容易,無(wú)污染,不會(huì)失

11、火。缺點(diǎn)是:難于準(zhǔn)確控制速度和位置,出力小,有噪聲,易銹蝕等。一般用于 控制要求不高、出力要求不大的場(chǎng)合。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)即指電機(jī),它的優(yōu)點(diǎn)是:便于控制,能實(shí)現(xiàn)快速精確的位置和速度控制,信號(hào)處理方便,配線容易,比較清潔。缺點(diǎn)是:力矩一重量比值較低, 為得到低速大力矩,需使用減速器,并因減速器存在齒隙而引起一些控制問(wèn)題。 常用的電機(jī)主要有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)三種。其中直流伺服 電機(jī)應(yīng)用最廣,這是由于直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性和控制特性好,調(diào)速范圍寬, 起動(dòng)力矩大,效率高等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)出現(xiàn)了采用電子換向技術(shù) 的直流無(wú)刷電機(jī),避免了機(jī)械換向可能帶來(lái)的火花問(wèn)題。交流伺服電機(jī)的電源

12、提 供簡(jiǎn)單,但控制相對(duì)復(fù)雜。步進(jìn)電機(jī)直接用脈沖數(shù)字信號(hào)控制,控制簡(jiǎn)單,位置 控制準(zhǔn)確。但一般效率較低,長(zhǎng)期工作有丟步問(wèn)題。一般用于小型普及型機(jī)器人。 還有一些特殊的驅(qū)動(dòng)方式,如氣囊驅(qū)動(dòng):英國(guó)的 “Shadow” 計(jì)劃研制的雙足步行機(jī)器人的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)就是采用的氣囊肌肉的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。它具有重量輕,輸 出力大,柔順性好等優(yōu)點(diǎn);記憶合金驅(qū)動(dòng)器(SMA :功率重量比大,驅(qū)動(dòng)電壓低, 無(wú)噪音,無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn);壓電驅(qū)動(dòng)器:體積小、精度高、響應(yīng)快、輸出力大,可 用于微動(dòng)機(jī)器人。關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有直接驅(qū)動(dòng)方式和間接驅(qū)動(dòng)方式兩種。直接驅(qū)動(dòng)方式是驅(qū)動(dòng)器的輸出軸和機(jī)器人手臂的關(guān)節(jié)軸直接相連;這種方式的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)器和關(guān)節(jié)之

13、間的機(jī)械系統(tǒng)較少,因而能夠減少摩擦、間隙等非線性 因素的影響,可以做到控制性能比較好。然而,在另一方面,為了直接驅(qū)動(dòng)手臂 的關(guān)節(jié),驅(qū)動(dòng)器的輸出力矩必須很大,此外,必須考慮手臂的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。間接驅(qū)動(dòng)方式是把驅(qū)動(dòng)器的力通過(guò)減速器等傳遞給關(guān)節(jié)。大部分機(jī)器人的關(guān)節(jié)是間接驅(qū)動(dòng)。這種間接驅(qū)動(dòng),通常其驅(qū)動(dòng)器的輸出力矩大大小于驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)所需 要的力矩,所以必須使用減速器。減速機(jī)構(gòu)的目的是把電動(dòng)機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速小力矩的運(yùn)動(dòng)變換成低轉(zhuǎn)速大力矩的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),或變換成低速驅(qū)動(dòng)力大的關(guān)節(jié)直線運(yùn)動(dòng)。描述減速機(jī)構(gòu)的基 本參數(shù)是傳動(dòng)比,又稱(chēng)減速比。傳動(dòng)比與傳動(dòng)效率定義 2.1 傳動(dòng)比 i :輸入轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)速之比定義 2.2

14、傳動(dòng)效率 :輸出功率與輸入功率之比在忽略傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功耗的情況下,輸出轉(zhuǎn)速是輸入轉(zhuǎn)速的 1/ i ,輸出力矩是輸入力矩的 i 倍。常用的減速機(jī)構(gòu)有兩類(lèi) :旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu)和平移減速機(jī)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)減速機(jī)構(gòu):一般輸入軸由電機(jī)帶動(dòng)作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),輸出軸作低轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。主要有齒輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪-蝸桿減速機(jī)構(gòu)、行星齒輪減速機(jī)構(gòu)和諧波減速機(jī)構(gòu)等。齒輪減速機(jī)構(gòu)輸入軸與輸出軸可以平行(見(jiàn)圖 2.5(a也可以垂直相交(見(jiàn)圖 2.5(b,轉(zhuǎn)速比即為輸出齒輪的齒數(shù)與輸入齒輪的齒數(shù)之比。一級(jí)齒輪減速比較小,且有齒隙。為獲得大減速比,通常需多級(jí)。蝸輪-蝸桿減速機(jī)構(gòu)用于交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)與力,軸交角通常為 90 度。它有較大的轉(zhuǎn)速比。有

15、自鎖功能(即在外力作用下能自行保持關(guān)節(jié)位置。但其機(jī)械效率低 (60%,且有齒隙。行星減速機(jī)構(gòu)由太陽(yáng)輪 S 、行星齒輪 P 、行星輪支架(即轉(zhuǎn)臂 C 和內(nèi)齒輪 A 組成。太陽(yáng)輪位于行星減速機(jī)構(gòu) “ 太陽(yáng)系 ” 中心,是有外齒的中心輪。中心輪是指與行星齒輪相嚙合,且軸線固定的齒輪。行星齒輪在轉(zhuǎn)臂的帶動(dòng)下圍繞太陽(yáng)輪做行星運(yùn)動(dòng),行星齒輪既有公轉(zhuǎn),又有自轉(zhuǎn)。內(nèi)齒輪位于行星減速機(jī)構(gòu)的最外側(cè),是具有內(nèi)齒的中心輪。用 Z 表示齒數(shù), 表示轉(zhuǎn)速,即 ZS 表示太陽(yáng)輪齒數(shù), ZA 表示內(nèi)齒輪齒數(shù)。為表示各組件間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,將傳動(dòng)比表示為 aibc ,其中上標(biāo)a 表示固定件,下標(biāo) b 表示主動(dòng)件 c 表示從動(dòng)件太炎

16、;傳動(dòng)比為正,表示主動(dòng)件與從動(dòng)件轉(zhuǎn)向相同,傳動(dòng)比為負(fù),表示主動(dòng)件與從動(dòng)件轉(zhuǎn)向相反。(1轉(zhuǎn)臂固定,太陽(yáng)輪與輸入軸相連,內(nèi)齒輪與輸出軸相連時(shí)太陽(yáng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)一周,帶動(dòng)行星輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò) ZS 個(gè)齒,從而帶動(dòng)內(nèi)齒輪也轉(zhuǎn)過(guò) ZS 個(gè)齒,即 ZS / ZA 周 . 當(dāng)轉(zhuǎn)臂不是固定件時(shí), 可采用轉(zhuǎn)臂固定法來(lái)計(jì)算傳動(dòng)比。轉(zhuǎn)臂固定法的基本思想是:根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理,如果給整個(gè)行星機(jī)構(gòu)加上一個(gè)與轉(zhuǎn)臂 C 的角速度 C 大小相等、方向相反的公共角速度 C ,則行星機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系仍然保持不變。(2內(nèi)齒輪固定,太陽(yáng)輪與輸入軸相連,轉(zhuǎn)臂與輸出軸相連時(shí) .行星減速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是機(jī)械效率高,具有中等程度的減速比,

17、但有齒隙。諧波減速機(jī)構(gòu)諧波減速機(jī)構(gòu)一般由波形發(fā)生器H 、柔輪 A 和剛輪 B 三個(gè)基本構(gòu)件組成。波形發(fā)生器 (Wave Generator 是橢圓形凸輪。通常將波形發(fā)生器裝在電機(jī)軸上。柔輪 (又稱(chēng) Flex Spline 是由彈性金屬制成具有外齒 ;剛輪 (又稱(chēng) Circular Spline是有內(nèi)齒的圓形剛體構(gòu)件,內(nèi)齒的大小與柔輪外齒的大小相同,但齒數(shù)多于柔輪外齒。諧波齒輪傳動(dòng)是在諧波發(fā)生器 H 的作用下迫使柔輪 A 產(chǎn)生彈性變形,并與剛輪 B 相互嚙合而實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力的目的。它的主要特征是:在 H 的作用下,柔輪 A 的各點(diǎn)依次與剛輪嚙合時(shí),柔輪 A 各點(diǎn)的徑向位移隨轉(zhuǎn)角的變化為一基本

18、對(duì)稱(chēng)的簡(jiǎn)諧波,這也是該機(jī)構(gòu)被稱(chēng)為諧波減速機(jī)構(gòu)的原因。傳動(dòng)比可如下 計(jì)算:(1剛輪 B 固定,波形發(fā)生器 H 與輸入軸相連,柔輪 A 與輸出軸相連時(shí)。凸輪轉(zhuǎn)一周時(shí),柔輪沿相反方向轉(zhuǎn)過(guò) ZB-ZA 個(gè)齒,相當(dāng)于 (ZB-ZA/ZA 轉(zhuǎn)。 (2柔輪固定,凸輪與輸入軸相連,剛輪與輸出軸相連時(shí)當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)一周時(shí),剛輪沿相同方向轉(zhuǎn)過(guò) ZB-ZA 個(gè)齒諧波減速機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn):(1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,重量輕體積小,構(gòu)造簡(jiǎn)單,減速比大。 (2傳動(dòng)比大,且傳動(dòng)比范圍寬。 (3傳動(dòng)精度高。 (4齒面磨損 小,且均勻。 (5 傳動(dòng)效率高。 (6間隙(空回量小,甚至可實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng)。 (7運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),無(wú)沖擊。 (8同軸性好

19、。也有一些局限性:(1 傳動(dòng)比下限值較高。 (2柔輪和波發(fā)生器的制造較復(fù)雜,制造成本較高。 (3一般不能做成相交軸和交 錯(cuò)軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。平移減速機(jī)構(gòu):將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為平移運(yùn)動(dòng),輸入與高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)軸相連, 輸出與滑動(dòng)關(guān)節(jié)相連。常用的有齒輪齒條機(jī)構(gòu)和滾珠絲杠等。此外,為了減輕各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載,解決安裝空間的限制和實(shí)現(xiàn)機(jī)器人臂 的重力平衡,機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常常不能直接安裝在關(guān)節(jié)上帶動(dòng)臂運(yùn)動(dòng),而是安 裝在適當(dāng)?shù)奈恢?如基座通過(guò)轉(zhuǎn)遞機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力或力矩的傳輸,如可采用鏈條等 間接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。2.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)分析機(jī)器人在各類(lèi)作業(yè)中的運(yùn)動(dòng),可以看到兩種基本運(yùn)動(dòng)形式:點(diǎn)-點(diǎn)PTP(Point to Poi

20、nt 運(yùn)動(dòng)和連續(xù) CP(Continual Path 運(yùn)動(dòng)點(diǎn)-點(diǎn)的運(yùn)動(dòng):機(jī)器人只在某些指定點(diǎn)上進(jìn)行操作。因此只要求在這些點(diǎn)上, 操作器應(yīng)有準(zhǔn)確的位置和姿態(tài),以保證操作質(zhì)量。對(duì)于操作器在各相鄰點(diǎn)間的運(yùn) 動(dòng)(包括路徑和姿態(tài)不做任何規(guī)定。如進(jìn)行點(diǎn)焊。上料、下料、搬運(yùn)等作業(yè)。 連續(xù)的運(yùn)動(dòng):指機(jī)器人沿指定軌跡運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行連續(xù)操作的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。因 此,要求機(jī)械手末端的操作器嚴(yán)格按預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng),才有可能完成作業(yè)要求。如 用于噴漆、弧焊等作業(yè)。顯然,連續(xù)運(yùn)動(dòng)可以看作是密集的 PTP 運(yùn)動(dòng)的總和, 點(diǎn)和點(diǎn)之間的軌跡可用折線近似。只要預(yù)定點(diǎn)足夠密,就可以用點(diǎn)-點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制 的方法實(shí)現(xiàn)所需精度的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)的結(jié)

21、構(gòu)和工作原理與機(jī)器人的功能和精度要求有密切的關(guān)系。機(jī)器人控制系統(tǒng)從基本原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可分為兩類(lèi):非伺服型系統(tǒng)和伺服型系 統(tǒng)。非伺服型系統(tǒng)包括不采用反饋信號(hào)的開(kāi)環(huán)非伺服型系統(tǒng)和僅采用開(kāi)關(guān)反饋的非伺服型系統(tǒng),一些采用步進(jìn)電機(jī)控制的機(jī)器人均屬于這種類(lèi)型。非伺服型控 制系統(tǒng)適用于作業(yè)相對(duì)固定,操作程序簡(jiǎn)單,運(yùn)動(dòng)要求不很高的作業(yè)。采用這類(lèi) 控制系統(tǒng)的機(jī)器人,具有價(jià)格低廉,操作、安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單,可靠性較好等特點(diǎn)。 伺服型控制系統(tǒng):主要特點(diǎn)是系統(tǒng)中采用傳感器測(cè)量關(guān)節(jié)參數(shù),如關(guān)節(jié)位置、 速度,并反饋到驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成閉環(huán)伺服系統(tǒng)。在伺服系統(tǒng)控制下,能保證機(jī)器人各 關(guān)節(jié)準(zhǔn)確跟蹤給定位置、速度,能根據(jù)要求完成復(fù)雜、靈

22、巧的操作。幾乎所有的 多功能、高性能的機(jī)器人,均采用伺服型控制系統(tǒng)近年來(lái)出現(xiàn)的各種智能型機(jī)器人控制系統(tǒng):在伺服型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加了 環(huán)境檢測(cè),構(gòu)成機(jī)器人總體的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),增加了決策功能,并使系統(tǒng)具 有自主性。本節(jié)以工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)為例來(lái)介紹機(jī)器人的控制系統(tǒng)。機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是分層結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。一般的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由伺服控制和協(xié)調(diào)控制層組成。協(xié)調(diào)層由協(xié)調(diào)控制計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備組 成,用以接受作業(yè)指令,完成個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)計(jì)算等功能。伺服控制層由一組 伺服系統(tǒng)組成,用以控制機(jī)械系統(tǒng)各關(guān)節(jié)跟隨指定軌跡運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下:操縱者利用控制計(jì)算機(jī)的鍵盤(pán)或者示教盒輸入作業(yè)

23、要求,如要求機(jī)械手末端由 A 點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)到 B 點(diǎn)。協(xié)調(diào)層計(jì)算機(jī)接到指令后 完成以下工作:(1分析解釋指令,確定運(yùn)動(dòng)參數(shù) ;(2進(jìn)行插值計(jì)算 ;(3進(jìn)行坐 標(biāo)變換,得到相應(yīng)的各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)參數(shù) ;(4將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸出到伺服控制 級(jí),作為各伺服系統(tǒng)的給定信號(hào)。伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的跟蹤運(yùn)動(dòng),從而控制機(jī) 械系統(tǒng)完成運(yùn)動(dòng)。協(xié)調(diào)控制計(jì)算機(jī)完成從任務(wù)、運(yùn)動(dòng)指令到關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間的全部運(yùn)算,這些任務(wù)需要特定的協(xié)調(diào)控制軟件來(lái)完成,協(xié)調(diào)控制軟件的功能主要包括:指令的分析解釋;運(yùn)動(dòng)規(guī) 劃;根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡關(guān)鍵點(diǎn)規(guī)劃出沿軌跡的運(yùn)動(dòng)參數(shù),并通過(guò)插值計(jì)算,得 到適當(dāng)密度的中間點(diǎn);完成坐標(biāo)變換(作業(yè)空間坐標(biāo)與關(guān)節(jié)空間坐

24、標(biāo)等,得到 關(guān)節(jié)的指令參數(shù)。有關(guān)坐標(biāo)變化、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等內(nèi)容將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)討論。 伺服控制系統(tǒng)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)分別由一個(gè)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)的輸入來(lái)自協(xié)調(diào)控制級(jí)輸出的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。系統(tǒng)控制各關(guān)節(jié)機(jī)械運(yùn)動(dòng)跟蹤輸入值。電伺服控制系統(tǒng)通常由控制器、驅(qū)動(dòng)器(功放等、電機(jī)、位置傳感器,速 度傳感器及制動(dòng)器組成。電機(jī)輸出軸通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人的關(guān)節(jié)相聯(lián)。制動(dòng)器 在失電時(shí)使關(guān)節(jié)能自行制動(dòng),保持靜止?fàn)顟B(tài)。驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)(略位置速度傳感器位置、速度傳感器用以測(cè)量關(guān)節(jié)位置和速度,并用作反饋信號(hào),構(gòu)成具有預(yù) 期靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性的位置(或速度伺服系統(tǒng)。用于機(jī)器人的位置傳感器有電位 計(jì)、差動(dòng)變壓器、光碼盤(pán)和旋轉(zhuǎn)變壓器等。其中

25、光碼盤(pán)的可靠性、準(zhǔn)確性較高, 應(yīng)用最廣?，F(xiàn)將其基本工作原理簡(jiǎn)述如下:光碼盤(pán)由光源、光敏元件、編碼盤(pán)和信號(hào)處理電路組成,它的工作原理如圖 2.9所示。光碼盤(pán)有兩類(lèi):絕對(duì)式光碼盤(pán)和增量式光碼盤(pán)(又稱(chēng)相對(duì)碼盤(pán)。其主要差別是所用碼盤(pán)編碼格式不同 。圖 2.10(a是四位絕對(duì)式光碼盤(pán),含四道碼環(huán)。其中黑色為不透光部分,白色為透光部分。一個(gè) N位絕對(duì)碼盤(pán)有:N 道碼環(huán), N 個(gè)沿半徑方向、對(duì)準(zhǔn)各碼環(huán)分布的光源和光敏器件對(duì).工作時(shí)光線透過(guò)碼盤(pán),經(jīng)光敏器件接收,信號(hào)處理電路放大整形后輸出與碼盤(pán)位置對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位置信號(hào)。當(dāng)然,碼 盤(pán)也可以按照其它方式編碼,如格雷碼等。圖 2.10(b是增量式光碼盤(pán),它含三 道碼

26、環(huán),其中 A 、 B 道的編碼圖形完全相同,但布置上相差半個(gè)窄縫。主要用以 測(cè)量位置的變化及方向。 C 道只有一個(gè)窄縫,用以校準(zhǔn)初始位。有三個(gè)沿半徑對(duì) 準(zhǔn)各碼環(huán)分布的光源、光敏器件對(duì)。當(dāng)位置變化時(shí),光線透過(guò)碼盤(pán)的情況也改變, 經(jīng)接收放大后輸出測(cè)量信號(hào)。在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)碼道 A 、 B 的測(cè)量信號(hào)是等寬脈沖信號(hào),脈沖的頻率反映 位移的速率,脈沖數(shù)反映位置變化的增量值,而波形相位的領(lǐng)先或落后反映位移 方向是正向或反向。以長(zhǎng)春第一光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的增量碼盤(pán)產(chǎn)品 LBJ-007-500 為,每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為 500,經(jīng)過(guò)四細(xì)分電路,可得 2000 脈沖 /轉(zhuǎn),角度分辨率可達(dá):0.18deg ;輸出方 式為長(zhǎng)

27、線驅(qū)動(dòng),電源電壓:50.25V 。尺寸:38*40mm,重量:100g 。制動(dòng)器:一般由電磁鐵、摩擦盤(pán)等組成,工作時(shí)電磁鐵線圈通電,街鐵吸合,并與固定在電機(jī)軸上的摩擦盤(pán)脫開(kāi),這時(shí)軸可自由轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)失電時(shí),銜鐵在彈簧作用 下打開(kāi),并緊壓在摩擦盤(pán)上,產(chǎn)生足夠大的摩擦力制動(dòng)。制動(dòng)器結(jié)構(gòu)多種多樣的, 目前一些電機(jī)產(chǎn)品本身即帶有制動(dòng)器。控制器控制器的基本部件是比較器、誤差放大器和補(bǔ)償器。輸入信號(hào)除參考輸入外, 還有各種反饋信號(hào)及前饋信號(hào),構(gòu)成具有位置、速度反饋和前饋補(bǔ)償?shù)乃欧到y(tǒng) 控制器可以采用模擬器件,也可以采用數(shù)字器件(如微處理器。目前大多采用 微處理器與必要的模擬器件的組合構(gòu)成伺服控制器,控制參數(shù)由

28、軟件設(shè)定,便于 實(shí)現(xiàn)各種控制算法,獲得高的性能指標(biāo)。伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求伺服系統(tǒng)是把指令變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵設(shè)備。它的品質(zhì)直接影響機(jī)器人的性能。作為機(jī)器人用伺服系統(tǒng)的要求,可表示為靜態(tài)特性,動(dòng)態(tài)特性及抗擾性等 三個(gè)方面。靜態(tài)性能:要求系統(tǒng)靜態(tài)位置誤差小,以保證機(jī)器人的重復(fù)定位精度。要求調(diào)速范圍大,速度誤差小,以保證機(jī)器人各種運(yùn)動(dòng)速度對(duì)精度的要求。動(dòng)態(tài)性能:要求系統(tǒng)快速、平穩(wěn)、無(wú)超調(diào),以保證機(jī)器人動(dòng)態(tài)跟蹤精度,防止碰撞?？箶_性能:要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗于擾能力及魯棒性能。由于機(jī)器人作業(yè)內(nèi)容的多樣性和復(fù)雜性,以及機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn),使伺服系統(tǒng)的參數(shù)和負(fù)載力 矩在作業(yè)過(guò)程中有快速、大幅度的變化,并且

29、各伺服系統(tǒng)間有相互影響,要求系 統(tǒng)在此情況下保持穩(wěn)定。1.PUMA 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)PUMA 機(jī)器人的控制系統(tǒng)可分為協(xié)調(diào)控制級(jí)和伺服控制級(jí)。協(xié)調(diào)控制級(jí)包括由 LSI-11 處理器為 CPU 的控制計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備組成。控制機(jī)采用 VAL 機(jī)器人語(yǔ)言完成編程工作,并進(jìn)行協(xié)調(diào)控制計(jì)算(包括運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃、插值和 坐標(biāo)變換等。最后每 28ms 輸出六個(gè)伺服系統(tǒng)的給定位置信號(hào)。伺服控制級(jí)包括六套伺服系統(tǒng),各系統(tǒng)的輸入是協(xié)調(diào)層輸出的給定關(guān)節(jié)位置信號(hào) qd ,輸出為關(guān)節(jié)實(shí)際位置。系統(tǒng)選用直流伺服電機(jī)、增量式光碼盤(pán)分別作為系統(tǒng)的驅(qū) 動(dòng)和測(cè)量元件,由速度放大器、晶體管脈沖調(diào)寬功率放。大器和脈沖頻率、電壓 變

30、換器構(gòu)成速度反饋回路。由微處理器 6503p 構(gòu)成位置反饋環(huán),其功能是每 28ms 接收伺服控制計(jì)算機(jī)給定的位置信號(hào),并完成間隔為 0.875ms 的插值計(jì)算。 伺服控制回路的控制周期為 0.875ms, 即每 0.875ms 讀入關(guān)節(jié)實(shí)際位置,與所得 插值比較,將誤差信號(hào)放大經(jīng) DAC 輸出并傳遞到驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的模擬伺服板。2. 仿人機(jī)器人 P2/P3/Asimo 的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分布控制器 : a control computer with 4 microprocessors(micro SPARC 操作系統(tǒng):VxWorks對(duì)于仿人機(jī)器人的控制系統(tǒng)而言,伺服控制級(jí)和協(xié)調(diào)控制級(jí)構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)控制

31、子系統(tǒng),為使系統(tǒng)具有靈活的移動(dòng)能力,不僅需要各關(guān)節(jié)狀態(tài)的局部反饋,還需 要又反映整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的身體姿態(tài)、腳底受到的力、力矩等傳感信息,并在此基 礎(chǔ)上增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的感知能力(如視覺(jué)等,以這些信息為基礎(chǔ),進(jìn)行決策。2.4 RM-501 機(jī)器人控制系統(tǒng)RM-501 機(jī)器人是日本三菱電氣株式會(huì)社生產(chǎn)的輕型關(guān)節(jié)式 5 自由度機(jī)器人,由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖 2.13 仿人機(jī)器人 P2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(P3/ASIMO 的控制系結(jié)構(gòu)與之類(lèi)似 圖 2.14 RM-501 機(jī)械結(jié)構(gòu)(1主要技術(shù)指標(biāo)運(yùn)動(dòng)范圍 : 腰旋轉(zhuǎn) 300肩部旋轉(zhuǎn) 130肘部旋轉(zhuǎn) 90腕部俯仰 90腕部旋轉(zhuǎn) 180 允許抓重 : 1.2kg (包括手

32、重 (腕端面速度為 100mm/s 時(shí)最大合成速度:400mm/s(指腕端面位置重復(fù)精度:0.5mm (小于絕對(duì)誤差驅(qū)動(dòng)裝置:直流伺服電機(jī)主體重:27kg圖 2.15 RM-501 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)范圍(2控制系統(tǒng)組成及性能速度設(shè)定:09 級(jí)位置設(shè)定點(diǎn)數(shù) 629存儲(chǔ)器 : ROM: 32k 系統(tǒng) ,8k 用戶(hù) ;RAM:32k外部 I/O: 8in/8out驅(qū)動(dòng)單元是單 CPU 結(jié)構(gòu),包括:電源板、 CPU 板、伺服控制板、輸入 /輸出 接口板。電源板將交流 220V 電壓轉(zhuǎn)換稱(chēng) 24v 、 5V 、 12V 等直流電壓,供控制電路及伺服電機(jī)使用; CPU 板用 Z80CPU, 主頻 4MHz ,用

33、 EPROM 存儲(chǔ)系統(tǒng)程序, 并有 RAM 。此板是整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的核心。伺服控制板控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);輸入輸出 接口板可使驅(qū)動(dòng)單元與示教盒、上位機(jī)及其它外圍信號(hào)相連。這里僅對(duì)伺服控制 和輸入輸出接口加以說(shuō)明。(1伺服控制驅(qū)動(dòng)單元對(duì)伺服電機(jī)控制的基本原理 (見(jiàn)圖 2.17 。 CPU 發(fā)出的是脈沖序列, 每一個(gè)脈沖使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一個(gè)相應(yīng)的角度(稱(chēng)脈沖當(dāng)量角。 CPU 在發(fā)表示轉(zhuǎn)角 增量的脈沖序列的同時(shí),給出增量的方向。控制邏輯根據(jù)轉(zhuǎn)向要求,將脈沖送到 計(jì)數(shù)器的加端(或減端。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)由增量式光碼盤(pán)檢測(cè),轉(zhuǎn)換邏輯將碼 盤(pán)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成表示轉(zhuǎn)過(guò)角度的脈沖信號(hào)和轉(zhuǎn)向信號(hào),控制邏輯根據(jù)并按轉(zhuǎn)向, 將轉(zhuǎn)角反饋脈

34、沖送到計(jì)數(shù)器的減端(或加端。這樣, 12bit 加 /減計(jì)數(shù)器的值就相 當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)給定值與反饋值之差。計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)變補(bǔ)器和 D/A 變換等環(huán)節(jié) (高位放大器相當(dāng)于非線性的 D/A 變換,在 D 端產(chǎn)生電壓,驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),直 到計(jì)數(shù)器的值小到不能使電機(jī)再轉(zhuǎn)為止。由于計(jì)數(shù)器的輸出為補(bǔ)碼,而下面的 D/A 和高位放大器接受的只能是原碼, 因此計(jì)數(shù)器的輸出需要變補(bǔ)。計(jì)數(shù)器中值的正負(fù)通過(guò) Q11 反映出來(lái)的,用它來(lái)產(chǎn)生電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)PR 和 NR 。 PR 和 NR 用于控制施加到電機(jī)電樞上的電壓極性:誤差為正時(shí):PR=1,NR=0;誤差為負(fù)時(shí):PR=0,NR=1;越限時(shí):PR=0, NR=0。

35、伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)三極管切換電機(jī)兩端的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的:當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為正時(shí) : PR=1, NR=0。此時(shí) T1 截止, T2 飽和, T3 截止, T4 飽和。 m1 點(diǎn)電位隨控制電路輸出端 D 的電位變化, m2 接近地電位,電機(jī) 正轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的值為負(fù)時(shí) : PR=0, NR=1。T1 飽和, T2 截止, T3 飽和, T4 截止。 m2 點(diǎn)電位隨 D 的電位變化, m1 接近地電位,電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器的絕對(duì)值過(guò)大時(shí) : PR=0, NR=0(可能是 CPU 發(fā)的脈沖頻率過(guò)高,要求電機(jī)轉(zhuǎn)的速度過(guò)快,或是關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)部分有故障,造成給定與反饋誤差過(guò)大 , T1 和 T2 都截止,電

36、機(jī)兩端電位差接近零,電機(jī)停轉(zhuǎn)。末端夾持器的控制力的大小可控 : 控制口 87H 的 D0D2手爪狀態(tài)可控 : 控制口 85H 的 D0 、 D1。D1D0=00 打開(kāi); D1D0=10 夾; D1D0=1 松弛(2輸入 /輸出板RM-501 驅(qū)動(dòng)單元與計(jì)算機(jī)的接口(aCentronics 標(biāo)準(zhǔn)并行口加上并行接口電路后,可用標(biāo)準(zhǔn)電纜將其與主計(jì)算機(jī)的打印口相連。主計(jì)算機(jī)可使用高級(jí)語(yǔ)言的打印語(yǔ)句,將命令或數(shù)據(jù)傳給驅(qū)動(dòng)單元。(bRS-232 標(biāo)準(zhǔn)串行口I/O 口 8255 并行接口芯片 +光隔EPROM 寫(xiě)入器接口示教再現(xiàn)是工業(yè)機(jī)器人的基本功能之一,示教再現(xiàn)即先用示教盒控制機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),并記錄機(jī)器

37、人在完成一個(gè)作業(yè)的動(dòng)作序列(點(diǎn),需要時(shí)讓機(jī)器人將這一動(dòng)作序列復(fù)現(xiàn)出來(lái)。除了用示教盒控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)外, RM-501 機(jī)器人有四種控制模式:試驗(yàn)?zāi)Ｊ健?PC 模式、編輯模式和 ROM 模式 ,其中最常用的是 PC 模式,這種模式 用上級(jí)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控機(jī),向驅(qū)動(dòng)單元發(fā)送操作命令,發(fā)送一條,執(zhí)行一條,此 時(shí),示教盒上的切換開(kāi)關(guān)應(yīng)置于 ”off” 狀態(tài)。RM-501 機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)單元提供了 38 條智能操作命令,其中動(dòng)作命令 16 條, I/O 命令 6 條,程序控制命令 16 條。其中最常用的有 :NT 機(jī)械復(fù)位RS 當(dāng)命令傳送或執(zhí)行有錯(cuò)時(shí),錯(cuò)誤指示燈亮,不能繼續(xù)工序,執(zhí)行 RS 命 令后可以消除

38、錯(cuò)誤狀態(tài)NW 清除驅(qū)動(dòng)單元 RAM 中的所有數(shù)據(jù)PS a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6 位置設(shè)定命令,其中 a0 是設(shè)定的位置編 號(hào), a1, a2, a3, a4, a5 分別是五個(gè)關(guān)節(jié)從運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)到所設(shè)定的位置需走過(guò)的 步數(shù), a6 始終為零。前面已經(jīng)指出,發(fā)給伺服電機(jī)的是脈沖序列,每發(fā)一個(gè)脈 沖轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖當(dāng)量角, a1, a2, a3, a4, a5 即為個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角相對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)。值 得注意的是,手腕運(yùn)動(dòng)與 a4+a5 及 a4-a5 有關(guān), a4+a5 對(duì)應(yīng)腕俯仰, a4-a5 對(duì) 應(yīng)腕旋轉(zhuǎn)。初始位置在機(jī)械原點(diǎn),或是執(zhí)行了 NT 命令后, a1a5 的參數(shù)范圍如表 2

39、.3 所示。SP a 設(shè)定運(yùn)動(dòng)速度等級(jí), 0 a 9, a=0 時(shí)速度最低, a=9 時(shí)速度最高。 MI a1, a2, a3, a4, a5, a6 相對(duì)運(yùn)動(dòng)命令,各關(guān)節(jié)分別運(yùn)動(dòng)由 a1a5 確 定的步數(shù), a1a6 的意義與 PS 命令相同。MO a 使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到 a 號(hào)位置。表 2.3 參數(shù)范圍關(guān)節(jié) 參數(shù)范圍 角度當(dāng)量腰 -12000a1 0 0.025/每步肩 -5200 a2 0 0.025/每步肘 0 a3 3600 0.025/每步腕 (俯仰 0 a4-a5 4800 0.075/每步腕 (旋轉(zhuǎn) -9600 a4+a5 9600 0.075/每步(1RM-501 軟件結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單元的監(jiān)控程序固化在 EPROM(2732*3中,占用 12k 字節(jié)的存儲(chǔ)區(qū), 地址為 0000H 2FFFH ,前 8k 中存