五軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

五軸工業(yè)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要五軸工業(yè)機(jī)器人是一種工業(yè)上的關(guān)節(jié)機(jī)器人，其廣泛應(yīng)用于世界的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，在世界上，我國(guó)的五軸工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家無論是從時(shí)間還是技術(shù)方面都比較落后，并且很多零部件以及芯片都離不開外貨進(jìn)口。五軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是五軸工業(yè)機(jī)器人智能化和人工化的核心系統(tǒng)之一，因此控制系統(tǒng)的功能強(qiáng)度，性能的好壞直接影響著五軸工業(yè)機(jī)器的整體控制性能以及工作狀態(tài)。本文將對(duì)五軸工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、軟件的選擇以及程序的編寫，并對(duì)它運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃，對(duì)伺服控制系統(tǒng)的電機(jī)進(jìn)行選擇、對(duì)運(yùn)作位置進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：五軸工業(yè)機(jī)器人；軟硬件控制；電機(jī)的選擇；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Designoffive-axisIndustrialRobotControlSystemAbstractFive-axisindustrialrobotisanindustrialjointrobotwidely.Itisusedintheworld'sindustrialautomationfield.Comparedwithdevelopedcountries,Chinesefive-axisindustrialrobottechnologyisrelativelybackwardintermsoftimeandtechnology,andmanypartsandchipscannotbeseparatedfromforeignimports.Five-axisindustrialrobotcontrolsystemisoneoftheintelligentandartificialcoresystemsoffive-axisindustrialrobot.Thefunctionofthecontrolsystem,whosestrengthandperformanceisgoodorbaddirectlyaffecttheoverallcontrolperformanceoffive-axisindustrialrobotandthestabilityoftheworkingstate.Thisdesignwillcarryouthardwaresystemdesign,softwareselectionandprogrampreparationforthecontrolsystemofthefive-axisindustrialrobot,andplaningit’smotiontrajectory,selecttingthemotoroftheservocontrolsystem,anddesigningtheoperationposition.Keywords:Five-axisindustrialrobot，hardwareandsoftwarecontrolling，Motorselection，controlsystemdesigning.目錄1 前言 前言五軸工業(yè)機(jī)器人是由五個(gè)自由度組成的人形工業(yè)機(jī)器人，對(duì)當(dāng)代工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的作用。1.1本設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容及意義研究目標(biāo):通過了解控制系統(tǒng)在五軸工業(yè)機(jī)器人的重要性中進(jìn)行對(duì)其的設(shè)計(jì)，其中包括五軸工業(yè)機(jī)器人的軟件的選擇以及程序的編寫與運(yùn)行；五軸工業(yè)機(jī)器人控制柜中的硬件芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。從而達(dá)到控制器指導(dǎo)五軸工業(yè)機(jī)器人的機(jī)體工作。并且實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的伺服控制和制動(dòng)問題、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況。研究?jī)?nèi)容：本設(shè)計(jì)將對(duì)一臺(tái)五自由度的搬運(yùn)機(jī)器人內(nèi)部控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其將會(huì)被用作搬運(yùn)裝置。因此整體的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。首先，將根據(jù)五軸機(jī)器人的底座、大臂、小臂的結(jié)構(gòu)和模型進(jìn)行分析，其次是對(duì)其驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)方式，和構(gòu)成其的結(jié)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行了解。通過對(duì)這些的了解與分析設(shè)計(jì)出五軸工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。將其設(shè)計(jì)出來。圖1-1五軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖圖1-2五軸工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖表1-1五軸工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目主要參數(shù)項(xiàng)目主要參數(shù)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)5自由度關(guān)節(jié)型額定負(fù)載8kg本體重量重復(fù)定位精度工作半徑1300mm末端執(zhí)行器重量工作范圍關(guān)節(jié)1（底座）額定轉(zhuǎn)速關(guān)節(jié)1（底座）關(guān)節(jié)2（大臂）關(guān)節(jié)2（大臂）關(guān)節(jié)3（小臂）關(guān)節(jié)3（小臂）關(guān)節(jié)4（手腕）關(guān)節(jié)4（手腕）關(guān)節(jié)5（手腕）關(guān)節(jié)5（手腕）研究意義：五軸工業(yè)機(jī)器人是世界上工業(yè)化發(fā)展的必要關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人，其在工業(yè)鄰域有著不可替代的作用。五軸工業(yè)機(jī)器人是一種通過程序以及芯片控制的自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器手，并且還是能夠透過自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)運(yùn)作功能的智能機(jī)器。人門既可以指揮操作它們運(yùn)作，也可以通過軟件編寫的程序在一個(gè)空間內(nèi)進(jìn)行工作。五軸工業(yè)機(jī)器人控制設(shè)計(jì)這門技術(shù)是這些年來在新技術(shù)發(fā)展中起很大作用。它是多種技術(shù)融合的高新技術(shù)。在很多領(lǐng)域方面，其中包括農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、國(guó)防科技領(lǐng)域。乃至醫(yī)療器械方面都起著不可替代的作用。通過研究其控制系統(tǒng)，并從中進(jìn)行設(shè)計(jì)不僅是對(duì)其創(chuàng)新，而且還能夠豐富自己的淺薄知識(shí)，積累經(jīng)驗(yàn)，了解更多控制方面。1.2本設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)，工業(yè)機(jī)器人誕生于工業(yè)強(qiáng)國(guó)——美國(guó)，然而由于當(dāng)時(shí)美國(guó)處于注重基礎(chǔ)建設(shè)階段，導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人已知沒被重視。直到過了半個(gè)世紀(jì)，機(jī)器人才開始因?yàn)槠湓诠I(yè)方面價(jià)值的提升被美國(guó)則很難功夫重視，并且美國(guó)政府制定了一系列計(jì)劃和加強(qiáng)投資的優(yōu)惠政策來鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和工業(yè)方面應(yīng)用。隨著機(jī)器人技術(shù)被不斷的創(chuàng)新，美國(guó)也成為了世界上機(jī)器人生產(chǎn)以及機(jī)器人性能方面優(yōu)秀的機(jī)器人生產(chǎn)大國(guó)，在世界鄰域站首指地位。而在亞洲，日本的工業(yè)機(jī)器人的貢獻(xiàn)也是不可忽視的。日本在工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中的機(jī)器人處于世界領(lǐng)先地位，并保持了世界上工業(yè)生產(chǎn)、安裝機(jī)器人的數(shù)量。另外，日本是工業(yè)機(jī)器人主要零部件和技術(shù)動(dòng)力生產(chǎn)、研究等的主要國(guó)家之一。而在歐洲同樣有著工業(yè)強(qiáng)國(guó)之稱的德國(guó)，其工業(yè)機(jī)器人也屬于世界上最先進(jìn)工業(yè)機(jī)器人，并且德國(guó)已經(jīng)是工業(yè)化為主的的國(guó)家。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步研發(fā)在20世紀(jì)七十年代，起初發(fā)展緩慢，直到1995年科教興國(guó)人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的提出，國(guó)家開始對(duì)人才培育的重視，也開始了對(duì)工業(yè)機(jī)器人鄰域的發(fā)展。其次，隨著這些優(yōu)秀政策的推行，每年的國(guó)家創(chuàng)新大賽上，琳瑯滿目的工業(yè)機(jī)器人，以及微型機(jī)器人被創(chuàng)造出來，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展也發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)機(jī)。工業(yè)4.0的提出，中國(guó)制造2025的簽批，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)開始對(duì)工業(yè)智能化，無人化的轉(zhuǎn)向，也明示了工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的好時(shí)機(jī)。然而，我國(guó)減速器的在國(guó)際鄰域中發(fā)展較落后。目前主要的減速器的類型方面，國(guó)內(nèi)相比國(guó)外國(guó)家還是相對(duì)有著明顯的差距。要想在這個(gè)鄰域分到一份羹減速器創(chuàng)新必不可少。其次伺服系統(tǒng)在國(guó)際市場(chǎng)上我國(guó)國(guó)外進(jìn)口率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于出口率。尤其對(duì)國(guó)外芯片的依賴，但隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)的高速發(fā)展，伺服電機(jī)這些伺服系統(tǒng)中的重要部件在國(guó)內(nèi)也被大量生產(chǎn)，生產(chǎn)的成本也降低了不少?？刂破魇俏遢S工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中必不可少的核心。隨著工業(yè)化，智能化的發(fā)展，控制器也必定會(huì)迅速發(fā)展。五軸工業(yè)機(jī)器人也將被不斷創(chuàng)新。然而面臨的問題有越來越多，尤其是對(duì)于五軸工業(yè)機(jī)器人這種關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其對(duì)控制器的性能的要求也將越來越高。因此控制器的競(jìng)爭(zhēng)也將在全世界越開越激烈。1.3本設(shè)計(jì)應(yīng)解決的主要問題五軸工業(yè)機(jī)器人工作原理分析；五軸工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及運(yùn)動(dòng)分析；控制器的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)軟件選擇，程序的編寫于運(yùn)行，五軸工業(yè)機(jī)器人伺服控制電機(jī)的選擇以及電機(jī)電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的思路和方法、方案及可行性等方面的提出1.4研究的基本思路和方法參考文獻(xiàn)、實(shí)體的研究、可行性分析、工業(yè)領(lǐng)域的類型（垂直型或關(guān)節(jié)型）、細(xì)分每一個(gè)關(guān)節(jié)的控制。技術(shù)路線：控制系統(tǒng)是一種可以指導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的智能系統(tǒng)。目前五軸工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般由單片機(jī)應(yīng)用程序控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成。五軸工業(yè)機(jī)器人采用的是單片機(jī)程序以及PLC控制的控制系統(tǒng)，通過程序?qū)ξ遢S機(jī)器人進(jìn)行控制，并通過內(nèi)存功能儲(chǔ)存五軸工業(yè)機(jī)器人的指令信息，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信。位置檢測(cè)的感應(yīng)器：通過控制五軸工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端的位置，經(jīng)過反饋裝置反饋給控制系統(tǒng)中的控制器，通過軟件進(jìn)行理論位置與實(shí)際位置的對(duì)比，最后控制系統(tǒng)發(fā)出讓五軸工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行調(diào)整的指令，使其完成運(yùn)作。提出的設(shè)計(jì)方案：方案一：本次設(shè)計(jì)是通過五軸工業(yè)機(jī)器人的硬件系統(tǒng)中分析其組成成分，其次是了解控制系統(tǒng)的原理圖進(jìn)行分析，最后經(jīng)過硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，位置控制以及軟件控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。方案二：通過對(duì)五軸工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行研究，最后設(shè)計(jì)出空間控制系統(tǒng)。并用軟件進(jìn)行整體的編程。圖1-3控制系統(tǒng)原理圖可行性分析：綜上方案一是比較完善且對(duì)整個(gè)五軸工業(yè)機(jī)器人的控制設(shè)計(jì)較全面也能更好達(dá)到效果。且對(duì)于五軸機(jī)器人本身來說，硬件的性能決定了其工作效率。并且方案一的控制逐級(jí)控制也更符合五軸工業(yè)機(jī)器人是關(guān)節(jié)型的原理。2對(duì)于五軸工業(yè)機(jī)器人工作的原理分析五軸工業(yè)機(jī)器人是一種由五個(gè)關(guān)節(jié)組成的機(jī)器手，也是現(xiàn)在工業(yè)方面最常見的機(jī)器手之一。被廣泛應(yīng)用于機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)。如：搬運(yùn)、焊接、噴涂等。2.1五軸工業(yè)機(jī)器人運(yùn)作原理五軸工業(yè)機(jī)器人通過諧波減速齒輪，由定時(shí)皮帶輪和其他五個(gè)伺服馬達(dá)直接5個(gè)旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)軸，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)接頭為第四中空結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，和空心軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相比較小關(guān)節(jié)五則是直接接觸并制作和完成運(yùn)作的末端關(guān)節(jié)。2.2五軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的綜合評(píng)述2.2.1五軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）與運(yùn)動(dòng)學(xué)和參考各種坐標(biāo)密切相關(guān)，并且可以描述機(jī)器人手，腳的狀態(tài)，并根據(jù)特定的需求來參考幀的選擇，做出相應(yīng)的坐標(biāo)，這些需要正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解決方案，此外還需要考慮慣性力，外力（包括重力）和向心力的影響。（2）五軸工業(yè)機(jī)器人是更復(fù)雜的機(jī)器人，其中的每一個(gè)通常包含一定程度的伺服機(jī)構(gòu)的自由度，并且它們必須協(xié)調(diào)在一起以形成精確度高的控制系統(tǒng)。(3)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。（4）必須采用速度和加速度系統(tǒng)通常在重力補(bǔ)償，前饋退耦或自適應(yīng)控制方法中使用。（5）計(jì)算機(jī)被用于建立一個(gè)龐大信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)控制，決策，管理和運(yùn)作。由于傳感器和圖形識(shí)別目標(biāo)是通過該方法和環(huán)境條件獲得的，根據(jù)給定的目標(biāo)，自動(dòng)選擇最佳控制法。綜上所述，控制系統(tǒng)是一個(gè)五軸工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)的原則，有耦合，非線性多變量控制系統(tǒng)2.2.2五軸工業(yè)機(jī)器人的貼標(biāo)工藝傳送線上的伺服電機(jī)進(jìn)行控制信息傳送線的速度發(fā)展以及中途的啟動(dòng)與停止，在傳送線作用下，指向被傳送到貼標(biāo)的重要位置；在定位氣缸的運(yùn)動(dòng)下，紙箱被精確定位；測(cè)量物體的傳感器檢測(cè)出待貼紙箱到位時(shí)，反饋信號(hào)給PLC控制模塊，PLC控制模塊發(fā)出控制信號(hào)，控制五軸工業(yè)機(jī)器人吸取標(biāo)貼；按照程序運(yùn)動(dòng)到貼標(biāo)位置進(jìn)行標(biāo)簽粘貼，經(jīng)過撫平壓緊，使其表情牢固貼在紙箱上；測(cè)標(biāo)傳感器檢測(cè)到標(biāo)貼已被粘貼，PLC將信號(hào)發(fā)送到伺服電機(jī)，以控制傳輸線，完成的紙板箱標(biāo)簽的輸出，標(biāo)記過程結(jié)束。繼續(xù)下一個(gè)紙箱被輸送至標(biāo)記的位置，重復(fù)上述操作。

3五軸工業(yè)機(jī)器人硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1控制原理的分析控制原理：操作者通過示教盒編寫指令發(fā)出給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，然后感應(yīng)器發(fā)出信號(hào)給末端操作器和控制器硬件，重復(fù)操作，并通過指令記錄五軸工業(yè)機(jī)器人的位姿、運(yùn)動(dòng)的參數(shù)以及輸入的工藝參數(shù)，并通過記憶功能記憶輸入的控制程序形成一個(gè)連續(xù)性的操作程序文件，方便操作者不必要的重復(fù)編寫程序。圖3-1控制原理圖3.2硬件控制系統(tǒng)組成與內(nèi)部選擇3.2.1硬件控制系統(tǒng)的組成部分控制系統(tǒng)組成成分如圖3-2所示，其中中央處理器（CPU）為主控單元控制著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。圖3-2硬件控制系統(tǒng)組成部分3.2.2硬件控制系統(tǒng)的內(nèi)部選擇由于硬件控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)算能力要求很高且如采用單個(gè)CPU的機(jī)構(gòu)無法滿足對(duì)硬件接口的要求，故選用DSP處理器作為控制器核心芯片來完成實(shí)時(shí)性控制，F(xiàn)PGA雙CPU構(gòu)架作為伺服核心處理器。從而構(gòu)成PC機(jī)加專用運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)。并且硬件系統(tǒng)要求控制系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)控制芯片具有很高的運(yùn)算能力，通訊方式的實(shí)時(shí)性高且可以互換龐大的數(shù)據(jù)。CPU則需要具備多任務(wù)處理的能力。1）硬件接口資源的選擇：PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)（5路），正交反饋信號(hào)接口（5路），（5個(gè)）限位和編碼器零點(diǎn)信號(hào)捕獲接口（5個(gè)）以及若干抱閘信號(hào)，并根據(jù)要求增加傳感器和輸入輸出接口。2）DSP控制芯片類型的選擇：要考慮的因素有:

處理芯片的速度、其功率的小號(hào)耗、程序存儲(chǔ)器的性能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量、芯片內(nèi)部的資源、精度、尋址空間、成本、實(shí)現(xiàn)方便性以及內(nèi)部部件。由于考慮到以上因素固選用TI公司的浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812作為總控制芯片。相比于AT89這類型片，TMS320F2812作為總控制芯片不僅自帶了強(qiáng)大的功能，而且運(yùn)行速度快速，也是專門對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的專用的控制芯片。圖3-3TMS320F2812功能框圖3.3CPU硬件控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.3.1CPU硬件控制系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用DSP加FPGA的構(gòu)架組成伺服系統(tǒng)主控制器。實(shí)時(shí)任務(wù)的處理是主控制器的主要任務(wù)；作為輔助部分的模擬量卡則用來輔助主控制器對(duì)編碼完成采集的和對(duì)PWM完成輸出的功能。除此之外，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)在DSP中的FPGA的最小系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)并畫出控制電路圖體積電源模塊控制電路圖的設(shè)計(jì)等。圖3-4控制功能的硬件框圖3.3.2CPU的控制器的外部電路的設(shè)計(jì)外部電路主要選用DSP芯片中的767系列內(nèi)部的D301芯片，由于DSP767D301芯片是嵌入芯片，就有快速高效的特點(diǎn)。其內(nèi)部可以大量的數(shù)據(jù)計(jì)算與轉(zhuǎn)換而且還可以降低CPU的功能的損耗故設(shè)計(jì)圖如下。圖3-5TSP767D301電源電路該芯片主要的特點(diǎn)：具有專門的用來設(shè)計(jì)電的順序管腳，其次還可以產(chǎn)生固定的1.8V/3.3V的電壓，含有多種FPGA和120毫秒的延遲輸出和不延遲輸出。圖3-6TPS767D301引腳圖其引腳功能見表3-1表3-1引腳功能表引腳I/O功能描述名稱編號(hào)1GND3調(diào)整器＃１14I調(diào)整器＃１使能端210I調(diào)整器#2使能端1IN5,6I調(diào)整器#1輸入電壓2GNFD9調(diào)整器#2地TPS767D301內(nèi)部結(jié)構(gòu)：內(nèi)部構(gòu)成：輸出輸入口、電阻、二極管、變壓的電壓器、延遲時(shí)間控制器等主要部件構(gòu)成。圖3-7TSP767D301內(nèi)部原理圖（a）圖3-8TSP767D301內(nèi)部原理圖（b）圖3-9調(diào)整器工作時(shí)間序圖極限參數(shù)見下表：表3-2TPS767D301極限參數(shù)特性項(xiàng)極限參數(shù)1IN，2IN，IN-0.3-13.5V1OUT，2OUT-0.3-13.5VRESET16.5V峰值電流輸出期間內(nèi)部限制工作溫度范圍-40℃-125℃存儲(chǔ)溫度范圍-65℃-150℃3.3.3JTAG接口線路的設(shè)計(jì)針對(duì)TMS320F2812芯片具有高效的嵌入性能，故對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行JTAG接口的設(shè)計(jì)，并且通過JTAG讀取CPU的集成調(diào)試程序傳輸?shù)娇偪刂啤Ａ硗饪紤]JTAG下載口的干擾性，故采用上拉設(shè)計(jì)。圖3-10JTAG接口線路3.3.4總控制芯片最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)總控制芯片主要是設(shè)計(jì)TMS320F2812，其頻率為30MHz,下圖是由TMS320F2812作為主控制系統(tǒng)，考慮到電源電路和電阻散熱問題，所以DSP767D301作為外部電源電路，由帶有3.3V的Flash電壓和1.8V的內(nèi)核電壓組成工作電壓。而DSP767D301輸入的電壓為5V,當(dāng)電源電路工作時(shí)產(chǎn)生3.3V和1.8V供TMS使用。圖3-11總控制電路圖特點(diǎn)：TMS320F2812是一種32位的微型控制單元，其具有176個(gè)管腳，一個(gè)JTAG仿真燒錄接口。適用于精度較高的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。表3-3硬件參數(shù)硬件參數(shù)：電源接口：1x5V2A直流輸入，DC-005電源接口。CPU：TITMS320F2812浮點(diǎn)DSP，主頻150MHz；拓展接口J15：XINTF、UART、I2C、GPIO等信號(hào)，2.54mm，2x25pin簡(jiǎn)易牛角座。OM：片內(nèi)256Kx16bit，外擴(kuò)512Kx16bitNORFLASH。拓展接口J13：ePWM、GPIO等信號(hào)，2x10pin。RRAM：片內(nèi)34Kx16bit，外擴(kuò)256Kx16bitSRAM。LCD：1x1602液晶屏接口，16pin排母，間距2.54mm；1x4.3寸TFT觸摸屏接口，2x17pin排針，間距2.54mm；1x12864液晶屏接口，20pin排母，間距2.54mm。ADC：1x16ChannelADC，0-3V，10pin接線端子，間距2.54mm。拓展接口J14：eQEP、SPI、I2C、GPIO等信號(hào)，2x10pin排針，間距2.54mm。核心板連接器：2x80pin排針，共160pin，間距1.27mm。網(wǎng)口：1x10M/100M以太網(wǎng)，RJ45連接器；排針，間距2.54mm。紅外收發(fā)器：1xHX1838；啟動(dòng)方式：1x4bit啟動(dòng)撥碼開關(guān)。步進(jìn)電機(jī)接口：1x五線四相步進(jìn)電機(jī)，5pin接線端子，間距2.54mm。直流電機(jī)接口：1x5V直流電機(jī)，2pin接線端子，間距2.54mm。EEPROM：2Kbit，AT24C02C。音頻：1xLINEIN，3.5mm音頻座；1xLINEOUT，3.5mm音頻座；1xMICIN，3.5mm音頻座。LED：2x電源LED（底板1個(gè)，核心板1個(gè)），6x用戶LED（底板4個(gè)，核心板2個(gè)）。蜂鳴器：1x無源蜂鳴器；繼電器：1x5V繼電器。按鍵：3x用戶可編程按鈕，1x系統(tǒng)復(fù)位按鈕。SD卡：1xMicroSD卡座。JTAG：Debug，14pinTIRevBJTAG座，間距2.54mm。RTC：1xRTC，CR1220紐扣電池座。eCAN：2xeCAN，3pin接線端子，間距3.81mm。DAC：1xDAC，0-5V，2pin接線端子，間距2.54mm。3.3.5FPGA邏輯處理單元設(shè)計(jì)FPGA選型為EP2C5T144C8N芯片，該芯片是一種AI芯片，本設(shè)計(jì)選用該芯片不僅可以對(duì)TSM320F2812這種芯片進(jìn)行優(yōu)化。其次該芯片自帶數(shù)字管理模塊以及內(nèi)嵌入式單元，高效的提高了控制系統(tǒng)的精確度。FPGA為通用IO接口與DSP、外圍調(diào)理電路相連。除了這些之外，時(shí)鐘電路這些也應(yīng)該注意。一、系統(tǒng)時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)。如圖3-12示時(shí)鐘電路選用50MHz的有源振晶為時(shí)鐘電路，該電路高效的解決了數(shù)據(jù)傳輸不一致的情況。圖3-12時(shí)鐘電路二、FPGA電壓供電（內(nèi)部鎖相環(huán)）電路的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)根據(jù)EP2C5T144C8N芯片手冊(cè)，電壓供電如圖3-3-10。圖3-13PFGA電壓供電電路三、FPGA配置電路設(shè)計(jì)。FPGA配置方式主要有AS、PS、JTAG三種配置其區(qū)別見表5表3-4FPGA配置分類AS模式:主動(dòng)串行配置模式。適用于不需要經(jīng)常升級(jí)的場(chǎng)合，一次性讀取程序文件。PS模式：被動(dòng)串行配置模式。EPCS（flash）作為主控制器，把數(shù)據(jù)寫人到FPGA內(nèi)部的配置存儲(chǔ)器（configureRAM）中，實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA的編程?？梢圆捎梦⒖刂破鳎▎纹瑱C(jī)、ARM等）或者CPLD，該模式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FPGA在線可編程，升級(jí)方便。JTAG模式：直接燒到FPGA里面的，由于是SRAM，斷電后要重?zé)齭of文件，適用于調(diào)試；而JTAG可以在線調(diào)試，也可以將sof轉(zhuǎn)換為jic后通過JTAG燒錄到EPCS中。根據(jù)三種模式的對(duì)比，本問最終采用JTAP模式，其可以完成程序的在線編寫與在線調(diào)試，也可以在芯片中完成程序的固化，由于燒錄需要有專門的EEPROM故選用EPCS4S18芯片作為專用EEPROM程序芯片。見圖16。圖3-14FPGA配置電路四、FPGA電源電路的設(shè)計(jì)。FPGA電路中的I/O輸出電壓為3.3V，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)電壓為1.2V，運(yùn)動(dòng)控制器為5V，考慮到這些因素，因此采用PCI總線提供5V電源。見圖17。圖3-15FPGA電源電路的設(shè)計(jì)3.4伺服電機(jī)及伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇伺服電機(jī)的選擇：根據(jù)五軸工業(yè)機(jī)器人的參考參數(shù)最終得出來各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩分別是2.8903Nm、3.2Nm、2.06Nm、8.5Nm以及20Nm。根據(jù)圖3-4-1的對(duì)比及參照選擇的伺服電機(jī)型號(hào)分別為：SM80-024-30LFB、SM80-033-30-LFB（2臺(tái)）、SM130-100-25LFB、SM150-230-20LFB。表3-5伺服電機(jī)參數(shù)型號(hào)SM80-024-30LFB型號(hào)80-033-30-LFB額定轉(zhuǎn)矩（Nm）3.3額定轉(zhuǎn)矩（Nm）3.3功率（KW）0.75功率（KW）10額定電流（A）4.2額定電流（A）4.2額定轉(zhuǎn)速（Rpm）3000額定轉(zhuǎn)速（Rpm）3000機(jī)械時(shí)間常數(shù)（Ms）0.95機(jī)械時(shí)間常數(shù)（Ms）0.85轉(zhuǎn)子慣量1.06*10-4轉(zhuǎn)子慣量1.37*10-4型號(hào)SM130-100-25LFB型號(hào)SM150-230-20LFB額定轉(zhuǎn)矩（Nm）10額定轉(zhuǎn)矩（Nm）27功率（KW）2.6功率（KW）5.5額定電流（A）10額定電流（A）20.5額定轉(zhuǎn)速（Rpm）2500額定轉(zhuǎn)速（Rpm）2000機(jī)械時(shí)間常數(shù)（Ms）2.11機(jī)械時(shí)間常數(shù)（Ms）2.04轉(zhuǎn)子慣量2.14*10-3轉(zhuǎn)子慣量8.0*10-3伺服驅(qū)動(dòng)器選擇：由于電動(dòng)機(jī)的選型的確定，故選用驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)分別為：SAL04C（SA3L06B）、SA3L0B（SA3L15C）、SA3L15C（SAL25C）。表3-6電機(jī)參數(shù)表型號(hào)電壓（V）頻率（HZ）SAL04C（SA3L06B）22050/60SA3L0B（SA3L15C）22050/60SA3L15C（SAL25C）22050/60伺服控制器的設(shè)計(jì)如圖3-16、3-17、3-18所示：圖3-16SAL04C（SA3L06B）伺服控制器圖3-17SA3L0B（SA3L15C）伺服控制器圖3-18SA3L15C（SAL25C）伺服控制器3.5控制柜的設(shè)計(jì)3.5.1控制柜內(nèi)部電源設(shè)計(jì)（1）開關(guān)電源的選型本文根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況以及機(jī)器人的參數(shù)最終選擇220V-24V的YDSP-A-72W-24V的開關(guān)電源，該開關(guān)電源為板式開關(guān)電源。其原理圖與實(shí)物圖如圖3-5-1、3-5-2所示：圖3-19開關(guān)電源原理圖圖3-20開關(guān)電源實(shí)物圖（2）導(dǎo)軌電源的選擇本控制柜導(dǎo)軌電源主要選擇RAM1050-24S型號(hào)，其具有絕緣密閉塑膠外殼以及超高效率、超小尺寸并且無需外接濾波器等優(yōu)點(diǎn)。圖3-21導(dǎo)軌電源及導(dǎo)軌實(shí)物圖圖3-22導(dǎo)軌電源規(guī)格3.5.2變壓器的設(shè)計(jì)在生活中變壓器給我們帶來了用電的快捷路徑，其作用主要是電壓的變換、電流的變換、阻抗變換、隔離和穩(wěn)定電壓等。其類型也有很多種，本文設(shè)計(jì)的是儀用變壓器，用于保護(hù)繼電電路，作保護(hù)裝置的作用如圖3-23。圖3-23變壓器3.5.3中間繼電器的選擇本設(shè)計(jì)采用RXZE2S114M的分離式繼電器。其采用RXZE2S114M插座如圖3-24所示。圖3-24RXZE2S114M插座圖3-25RXZE2S114M繼電器表3-7繼電器參數(shù)表型號(hào)頻率電流電壓RXZE2S114M60HZ20A3503.5.4急停按鈕與指示燈的選擇（1）急停按鈕的選擇本設(shè)計(jì)急停按鈕的選擇為L(zhǎng)A42JB-11/R拍拉式急停按鈕圖3-26急停按鈕表3-8急停按鈕參數(shù)表使用類別額定絕緣電壓UiV額定工作電壓UeV額定工作電流IeA約定發(fā)熱電流IthALA42JB-11/R600220610380410（2）指示燈的選擇指示燈的顏色主要有：紅、黃、藍(lán)、綠、白等幾種顏色。其中紅色代表緊急情況，黃色代表異常情況，綠色代表正常情況，而藍(lán)色則是強(qiáng)制性情況，白色則是不確定性情況。本文主要LA42SGFA紅色塑料指示燈和LA42DFA綠色塑料指示燈。圖3-27紅色指示燈圖3-28綠色指示燈表3-9急停按鈕參數(shù)表型號(hào)DCACLA42SGFA24220LA42DFA242203.5.5PLC的選擇本設(shè)計(jì)PLC的型號(hào)主要選擇信捷RC2PLC。該P(yáng)LC包含了各種功能，其中包括C語(yǔ)言以及自帶的藍(lán)牙功能等。圖3-29PLC實(shí)體圖圖3-30PLC連接板3.5.6I/O板的設(shè)計(jì)（1）內(nèi)部芯片的選擇內(nèi)部芯片是I/O板的主要芯片，本次選用的芯片是8255AI/O芯片，其是一種可編程芯片，能夠與PLC進(jìn)行信號(hào)的傳遞。并且還可以與外界設(shè)備直接相連。圖3-318255A引腳圖（2）I/O板的實(shí)物設(shè)計(jì)I/O板只要作為輸出與輸入模塊，實(shí)現(xiàn)主控單元和外部的聯(lián)系。I/O板如圖所示。圖3-32I/O板3.5.7工控機(jī)的選擇工控機(jī)全稱工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它是專業(yè)為工業(yè)領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)，在整個(gè)控制柜中起著指揮的作用。工控機(jī)在整個(gè)控制系統(tǒng)中起著PC機(jī)的作用，通過其傳遞運(yùn)作信號(hào)給下機(jī)位的五軸工業(yè)機(jī)器人，并指導(dǎo)它完成整個(gè)運(yùn)作過程。本文選用的工控機(jī)為西門子的SIMATICIPC3000型號(hào)的工控機(jī)。如圖3-33所示。圖3-33工控機(jī)圖3-34工控機(jī)產(chǎn)品規(guī)格圖3.5.7導(dǎo)線的選擇1、三相電源的導(dǎo)線顏色為：A相為紅色、B相為綠色、C相為藍(lán)色、安全接地線為綠底黃紋。2、指示燈為青色。3、主控電源開關(guān)為紅色、濾波器N極為黃藍(lán)色、L極為紅色、E極為綠底黃紋。4、接線端子1-10為單色無花紋（10是黑色）11-99基色有花紋。5、220VPLC輸入線為黑色，輸出線為藍(lán)色。6、其余不確定線均為白色。3.5.8控制柜的設(shè)計(jì)（1）柜體的設(shè)計(jì)控制柜的尺寸為744x702x877其柜體實(shí)體如圖所示圖3-35柜體（2）控制柜的設(shè)計(jì)控制柜的總設(shè)計(jì)如圖所示：圖3-36控制柜裝配圖圖3-36控制柜明細(xì)表

4.五軸工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃4.1軌跡規(guī)劃應(yīng)考慮的問題由于本設(shè)計(jì)的五軸工業(yè)機(jī)器人是搬運(yùn)型的關(guān)節(jié)機(jī)器人，所以需要描述它的起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，既它的起始值和目標(biāo)值。其次還需考慮其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下是否有障礙以及路徑的約束，若有則采用離線無碰撞路徑規(guī)劃及在線路徑跟蹤。若沒有則只需位置控制。當(dāng)運(yùn)作中給出了路徑的時(shí)候，則需要通過運(yùn)動(dòng)學(xué)的正反解解出其關(guān)節(jié)位移。4.2五軸工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃為滿足機(jī)器人的末端從初始位置是穩(wěn)定的，以達(dá)到預(yù)期的位置，則需要給定坐標(biāo)，以及機(jī)器人末端在這些位置應(yīng)該具備的位姿。本次軌跡規(guī)劃采用笛卡爾路徑軌跡規(guī)劃，其中包括直線與圓弧的軌跡規(guī)劃。4.2.1直線軌跡規(guī)劃圖4-1笛卡爾坐標(biāo)系直線的笛卡爾空間規(guī)劃的算法是找到直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置和位置，并找到路徑插值的每個(gè)點(diǎn)的位置，在大多數(shù)情況下，機(jī)器人在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)位置不變，因此沒有位置插值位置變化，需要位置插補(bǔ)。如圖4-1所示，已知直線的兩個(gè)點(diǎn)M，N相對(duì)于基本坐標(biāo)系的坐標(biāo)，當(dāng)然，這些已知的位置和位置通?？梢酝ㄟ^訓(xùn)練直接獲得。假設(shè)v是沿直線的所需速度，并且t是插值時(shí)間間隔，我們可以找到直線的長(zhǎng)度L，間隔t中的距離d和插值次數(shù)N，如下所示：L=xf-d=VTN=Ld+根據(jù)相鄰插補(bǔ)點(diǎn)各軸的增與各軸插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)值如下：相鄰插補(bǔ)點(diǎn)增加量：??y=?z=插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo)：Xi+1=Xi+i?Yi+1=Yi+i?yZi+1=Zi+i?z其中：i=0，1，2……N;4.2.2圓弧軌跡規(guī)劃三維空間中任意不共線的三點(diǎn)可以確定一個(gè)空間圓，空間圓和直線一樣，都是機(jī)器人空間作業(yè)軌跡的重要元素之一，在規(guī)劃其他較為復(fù)雜的軌跡時(shí)，都扮演著非?；A(chǔ)卻很重要的角色。在笛卡爾空間圓弧的軌跡規(guī)劃中，為了計(jì)算方便，必須運(yùn)用到坐標(biāo)系變換，也就是說要先在圓弧所在圓弧所在平面建立一個(gè)新的直角坐標(biāo)系，在這新的直角坐標(biāo)系中計(jì)算出圓弧的各插補(bǔ)點(diǎn)在新坐標(biāo)中的值，最后將所得的中間插補(bǔ)點(diǎn)再經(jīng)過變換矩陣來轉(zhuǎn)變至用笛卡爾空間來描述。三點(diǎn)確定一段圓弧，設(shè)機(jī)器人末端執(zhí)行器從起始位置P1(x1,y1,z1)經(jīng)過中間點(diǎn)P2(x2,y2,z2)最后到達(dá)終點(diǎn)P3(x3,y3,z3)，如果這三點(diǎn)不共線，就一定存在從起始點(diǎn)P1經(jīng)中間點(diǎn)P2到終點(diǎn)P3的圓弧。根據(jù)圓弧軌跡規(guī)劃的算法步驟：1、先求出圓心P0(X0,Y0,Z0)及其半徑R。2、以圓弧所在平面建立O1-UVW坐標(biāo)系，并求出該坐標(biāo)與基座標(biāo)系的映射關(guān)系。3、判斷圓弧軌跡，求出圓弧的總角度。4、利用三角函數(shù)的關(guān)系，求出每個(gè)插補(bǔ)點(diǎn)的坐標(biāo)，并把它映射到基座標(biāo)系。根據(jù)四個(gè)步驟最終規(guī)劃處圓弧軌跡。圖4-2UVW坐標(biāo)系

5軟件的選擇與電機(jī)的仿真5.1軟件的選擇本設(shè)計(jì)采用DEVC++軟件作為PC機(jī)的程序編輯軟件，通過編輯程序控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，從而控制物體的位置。5.1.1DEVC++軟件界面的介紹雙擊DEVC++安裝目錄下文件啟動(dòng)DEVC++。通過“File”“New”“SourceFile”新建一個(gè)項(xiàng)目，建好后如圖5-1。圖5-1DEVC++主頁(yè)面接著就可以編輯程序并進(jìn)行程序的運(yùn)行，步驟為“編寫程序”“debug”“compilm”見圖5-2。圖5-2程序編譯圖圖5-2為五軸工業(yè)機(jī)器人運(yùn)作程序，其原程序如下：#include<stdio.h>Intmain(){CONSTrobtargetpPick:=[[394.997607159,132.703199388,12.734872184],[0.005862588,-0.00300065,0.999966662,0.004827206],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];CONSTrobtargetpHome:=[[-548.424175962,-238.61219249,801.420966892],[-0.000000012,-0.707106781,0.707106781,-0.000000012],[0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];}{CONSTrobtargetpPlaceBase:=[[100.088594059,77.835146221,158.046135973],[0.00000004,-0.000623424,0.999999806,-0.000000001],[-1,0,-1,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];//需要示教的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，抓取點(diǎn)pPick，HOME點(diǎn)pHome、放置基準(zhǔn)點(diǎn)pPlaceBasePERSrobtargetpPlace;//實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位放置CONSTjointtargetjposHome:=[[0,0,0,0,0,0],[9E9,9E9,9E9,9E9,9E9]];//各關(guān)節(jié)軸機(jī)械刻度零位CONSTspeeddatavLoadMax:=[3000,300,5000,1000];CONSTspeeddatavLoadMin:=[500,200,5000,1000];CONSTspeeddatavEmptyMax:=[5000,500,5000,1000];CONSTspeeddatavEmptyMin:=[1000,200,5000,1000];//速度數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際需求定義多種速度數(shù)據(jù)，以便于控制機(jī)器人各動(dòng)作的速度PERSnumnCount:=1;//PERSnumnXoffset:=146;PERSnumnYoffset:=149;//XY軸間距離VARboolbPickOK:=False;//邏輯性控制TASKPERStooldatatGripper:=[TRUE,[[0,0,115],[1,0,0,0]],[1,[0,0,100],[0,1,0,0],0,0,0]];//定義工具坐標(biāo)系數(shù)據(jù)tGripperTASKPERSwobjdataWobjBuffer:=[FALSE,TRUE,"",[[-350.365,-355.079,418.761],[0.707547,0,0,0.706666]],[[0,0,0],[1,0,0,0]]];//定義暫存盒工件坐標(biāo)系WobjBufferTASKPERSwobjdataWobjCNV:=[FALSE,TRUE,"",[[-726.207,-645.04,600.015],[0.709205,-0.0075588,0.000732113,0.704961]],[[0,0,0],[1,0,0,0]]];//定義輸送帶工件坐標(biāo)系WobjCNVTASKPERSloaddataLoadFull:=[0.5,[0,0,3],[1,0,0,0]；}//定義有效載荷數(shù)據(jù)LoadFull{PROCMain()//主程序rInitialize;//檢測(cè)機(jī)器人位置WHILETRUEDO//利用WHILE循環(huán)將初始化程序隔開rPickPanel;//拾取程序的調(diào)用rPlaceInBuffer;//放置程序的調(diào)用Waittime0.4;//等待時(shí)間ENDWHILE；ENDPROC；}{PROCrInitialize()//初始化程序rCheckHomePos;//初始化程序的調(diào)用nCount:=1;//計(jì)數(shù)初始化resetdo30_VacuumOpen;//使用復(fù)位信號(hào)bPickOK:=False;//ENDPROC；}{PROCrPickPanel()//拾取貨物IFbPickOK=FalseTHEN；MoveJoffs(pPick,0,0,100),vEmptyMax,z20,tGripper\WObj:=WobjCNV;//利用MoveJ指令移至拾取位置pPick點(diǎn)正上方Z軸正方向100mm處WaitDIdi01_PanelInPickPos,1;//等待產(chǎn)品到位信號(hào)di01_PanelInPickPos變?yōu)?，即貨物已到位MoveLpPick,vEmptyMin,fine,tGripper\WObj:=WobjCNV;//產(chǎn)品到位后，利用MoveL移至拾取位置pPick點(diǎn)Setdo32_VacuumOpen;//產(chǎn)品的拾取WaitDIdi02_VacuumOK,1;//bPickOK:=TRUE;//GripLoadLoadFull;//加載載荷數(shù)據(jù)LoadFullMoveLoffs(pPick,0,0,100),vLoadMin,z10,tGripper\WObj:=WobjCNV;//ELSETPERASE;TPWRITE"CycleRestartError";TPWRITE"Cyclecan'tstartwithSolarPanelonGripper";TPWRITE"PleasechecktheGripperandthenpressthestartbutton";stop;ENDIF；ENDPROC；}{PROCrCalculatePos()值TESTnCountCASE1:pPlace:=offs(pPlaceBase,0,0,0);CASE2:pPlace:=offs(pPlaceBase,nXoffset,0,0);CASE3:pPlace:=offs(pPlaceBase,0,nYoffset,0);CASE4:pPlace:=offs(pPlaceBase,nXoffset,nXoffset,0);DEFAULT;TPERASE;TPWRITE"TheCountNumberiserror,pleasecheckit!";STOP;//序號(hào)錯(cuò)誤，停止程序ENDTEST;ENDPROC;}}致謝大學(xué)四年，時(shí)光匆匆，從剛上大學(xué)時(shí)對(duì)大學(xué)生活的期待與興奮到現(xiàn)在對(duì)母校的依依不舍。畢設(shè)是我們大學(xué)時(shí)期的最后一個(gè)考試，是我們邁進(jìn)社會(huì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這里，我要感謝我的指導(dǎo)老師李兵老師，在畢設(shè)大半年的時(shí)間為我答題解惑，在我第一次寫設(shè)計(jì)方案的時(shí)候給了我很多的建議，在我寫開題報(bào)告的時(shí)候指出了我存在的問題，并很耐心的指導(dǎo)我取改進(jìn)。在我還對(duì)著控制系統(tǒng)很迷茫的時(shí)候，他帶我在精工樓走了一圈觀看了各種工業(yè)機(jī)器人，并慢慢的引導(dǎo)我設(shè)計(jì)出了這個(gè)方案。其次，我要感謝我的班導(dǎo)師，輔導(dǎo)員還有我的同學(xué)。感謝我的班導(dǎo)師齊新霞老師，無時(shí)無刻關(guān)心我的就業(yè)以及學(xué)習(xí)上的問題。感謝我們的輔導(dǎo)員黃翠老師，在我們學(xué)業(yè)上以及工作上給了我很多的幫助以及鼓勵(lì)。感謝我的同學(xué)，大學(xué)四年因?yàn)槟銈兊拇嬖谑刮以趯W(xué)習(xí)上更加上進(jìn)，在班級(jí)上更加活躍，在遇到困惑時(shí)總有你們的開導(dǎo)，使我在大學(xué)的生活與學(xué)習(xí)上不會(huì)那么迷惘。最后，感謝我的母校，為我提供了一個(gè)學(xué)習(xí)的平臺(tái)，為我提供了一個(gè)社交的平臺(tái)，為我提供了一個(gè)創(chuàng)新的平臺(tái)，讓我在大學(xué)期間學(xué)到了很多的知識(shí)以及社會(huì)的實(shí)踐以及學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)作品、去構(gòu)思一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)劃。最后衷心的感謝學(xué)校給予我的一切，讓我受益匪淺。

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oaplotter.intimeandequipmentinordertobeusedeffectively.Additionally,noneoftheprojectsmentionedabovehavebeendesignedspecificallyforusewithmulti-functionalrobots.Makinganinexpensiveandintuitivegesturalinterfaceforroboticcontrolbecametheprimarydriverformanyofthedesigndecisionsmadeduringthedevelopmentofthisproject.Thereareliterallythousandsofdifferentapplicationscurrentlyperformedbyindustrialrobots.Withmorethanonemillionmultifunctionalrobotsinuseworldwide,theyhavebecomeastandardinautomation(Gramazio2008).Thereasonfortheirwidespreaduseliesintheirversatility;theyhavenotbeenoptimizedforonesingletask,butcanperformamultiplicityoffunctions.Unlikeothercomputernumericallycontrolled(CNC)machines-whicharetask-specific-robotscanexecutebothsubtractiveandadditiveroutines.Amongotheroperations,theycanload,unload,place,cut,bend,stack,spray,weld,andmill.However,industrialrobotswerenotdesignedtobe‘userfriendly’–theirsize,supportinfrastructure,andprogrammingdemandsmakethemill-suitedforuntrainedoperators.Theycanalsobedangerous.Industrialrobotsareoftenkeptinisolatedareasinordertoprotecthumanworkers.Infact,manyrobotsarepainted‘securityorange’(RALcolorreference2003)to“remindusthatthiscomplexpieceofheavymachineryisnotparticularlyobservantofmisplacedhandsorfeetandrequirescautionwhenoperating.”(Edgar2008).Lastly,thedesign-to-fabricationworkflowforindustrialrobotshastraditionallybeenaslowandcumbersomeprocess(seeSection3).Machinetooling,kinematicsimulations,androboticmovementprogrammingoftenrequireintimateknowledgeofscriptingandmanufacturingprocesses,allofwhichlimittheutilizationofsuchtoolsbythearchitect/designer.DespitesignificantprogressmadeinCAMsoftwareoverthelastdecade,theexistingdesign-to-fabricationworkflowcanbedifficulttotraverseforarchitectsanddesigners.Inthetraditionalsense,designconceptiontypicallyoccursasa2Dsketchwhichisthenconvertedintoa3DCADmodelfollowingoneoftwotrajectories.Thearchitectordesignercanbuilda3DCADmodeldirectlyfromthesketches;refiningcertaindesignparametersastheideabecomesmorefullydeveloped.Or,analternativeistocreateaphysicalmodelfromwhicha3Dmodelcanbecapturedthroughsomeformof3Dscanningequipmentsuchasadigitizingarm.Adigitizingarmisadevicewhichhasseveraldegreesoffreedomandusessensorstomeasuretheangleofeachjoint.Fromthisdata,thelocation(orcoordinate)ofthetooltipcanbecalculated.Adesignercantracephysicalobjectsbymovingthetooltipalongthesurfaceofanobjecttoreturnastringofpointcoordinateswhichcanbeprocessedbyacomputer.Oncethedigitalmodelhasbeenmade,thearchitectorindustrialdesignermustchooseafabricationmethodologyfromwhichtheywillexecutetheirdesign(Figure1).ForworkingwithABBrobots,thismeansexportingtheCADmodelintoaformat(.iges,.stl,.3ds)thatcanbeunderstoodbythevariousABBsupportedsoftwareapplicationssuchasMasterCAMwiththeRobotMasterplug-inorthestandaloneprogramRobotStudio.Whiletheseapplicationsoffersophisticatedalgorithmsfortoolpathcreation,collisiondetection,andsingularityanalysis;theyareoftenonlyemployedbytrainedoperatorsastheyrequirealevelofmanufacturingeducationandscriptingknowledgethatarchitectsanddesignerstypicallydonothave.Thistypeofworkflowintroducesalevelofdetachmentinthedesignprocess.TheCAMoperator,anintermediarybetweenthedesignedinputandfinalphysicaloutput,mustmakedecisionsbasedonpriorexperienceinordertomakethedesignareality.However,iferrorsarefoundinthefabricationmethodology–eitherfrominaccuraciesdiscoveredintheCADmodelorfromsimulationfeedback–thedesignmustbemodifiedandtheentireprocessbegunanew.Thiscansignificantlyincreaseproductiontimesandconsequentlytheoverallcostsoftheproject.Thispaperpresentsaprototypeforatangiblecontrollerandanewparametricinterfacespecificallydesignedtostreamlinetheroboticfabricationprocessforarchitectsanddesigners.Thelow-costcustom-madedigitizingarmwasconstructedusingthesamejointandaxisconfigurationastheABB-IRB140industrialrobot;enablingdirectconversionofthedigitizedinformationintoroboticmovements(Figure2).Adegreeoffreedom(DOF)isageometric