機器人控制系統(tǒng)設(shè)計(畢業(yè)設(shè)計)文獻綜述

1、一、前言前言1.1.課題研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢課題研究的意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.1課題研究的意義隨著機器人在工業(yè)裝配線的應(yīng)用越來越廣泛，工業(yè)環(huán)境對其控制系統(tǒng)的要求也越來越高，所以開放式機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計具有工程實際意義。課題以一四自由度關(guān)節(jié)型機器人研制為背景，設(shè)計機器人運動控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)，對機器人的運動控制電路進行設(shè)計，實現(xiàn)機器人按照預(yù)定軌跡或自主運動控制功能。在機械工業(yè)中，應(yīng)用機械手的意義可以概

2、括如下：①以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度應(yīng)用機械手有利于實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度，從而可以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。②以改善勞動條件，避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應(yīng)用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。③可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)應(yīng)用機械手代

3、替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應(yīng)用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，以減少人力和更準確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進行工作生產(chǎn)隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴大，對機器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地將其他領(lǐng)域（如圖像處理、聲音識別、最優(yōu)控制、人工智能等）的研究成果應(yīng)用到機器人控制系統(tǒng)的實時操作中，是一項富有挑戰(zhàn)性的研究

4、工作。而具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標準化機器人，其控制系統(tǒng)的研究無疑對提高機器人性能和自主能力，推動機器人技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著機器人控制技術(shù)的發(fā)展，針對結(jié)構(gòu)封閉的機器人控制器的缺陷，開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標準化機器人控制器”是當前機器人控制器的一個發(fā)展方向。近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的機器人控制器，如日本安川公司基于PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能的機器人控制器。

5、我國863計劃智能機器人主題也已對這方面的研究立項。由于適用于機器人控制的軟、硬件種類繁多和現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)一個結(jié)構(gòu)完全開放的標準化機器人控制器存在一定困難，但應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，如工業(yè)從前面提到的兩類機器人控制器來看，串行處理結(jié)構(gòu)控制器的結(jié)構(gòu)封閉，功能單一，且計算能力差，難以保證實時控制要求，所以目前絕大多數(shù)商用機器人都是采用單軸PID控制，難以滿足機器人控制的高速、高精度的要求。雖然分布式結(jié)構(gòu)在一定層次上是開放的，可以根據(jù)需要增加

6、更多的處理器，以滿足傳感器處理和通訊的需要，但它只是在有限范圍內(nèi)開放。并行處理結(jié)構(gòu)控制器雖然能從計算速度上有了很大突破，能保證實時控制的需要，但我們必須看到還存在許多問題。目前的并行處理控制器研究一般集中于機器人運動學、動力學模型的并行處理方面，基于并行算法和多處理器結(jié)構(gòu)的映射特征來設(shè)計，即通過分解給定任務(wù)，得到若干子任務(wù)，列山數(shù)據(jù)相關(guān)流圖，實現(xiàn)各子任務(wù)在對應(yīng)處理器上的并行處理。由于并行算法中通訊、同步等內(nèi)在特點，如程序設(shè)計不當則易出現(xiàn)

7、鎖死與通訊堵塞等現(xiàn)象。綜合起來，現(xiàn)有機器人控制器存在很多問題，如：（1）開放性差（2）軟件獨立性差（3）容錯性差（4）擴展性差（5）缺少網(wǎng)絡(luò)功能2.課題的研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題課題的研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題2.1課題研究的目標、內(nèi)容本設(shè)計通過對機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學本科四年的所學知識進行整合，完成一個特定功能、特殊要求的數(shù)控機床上下料機械手的設(shè)計，能夠比較好地體現(xiàn)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，

8、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實踐的有機結(jié)合。本課題以一四自由度關(guān)節(jié)型機器人研制為背景，設(shè)計機器人運動控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)，對機器人的運動控制電路進行設(shè)計，實現(xiàn)機器人按照預(yù)定軌跡或自主運動控制功能。主要的研究內(nèi)容是對SCARA機器人控制系統(tǒng)的軟硬件選型和實現(xiàn)不同位置間運動，包括上下料的控制程序的研究。2.2擬解決的關(guān)鍵問題1、確定本課題研究的機器人控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；2、對應(yīng)確定