機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))文獻(xiàn)綜述

1、一、前言前言1.1.課題研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)課題研究的意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1課題研究的意義隨著機(jī)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(duì)其控制系統(tǒng)的要求也越來越高，所以開放式機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有工程實(shí)際意義。課題以一四自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人研制為背景，設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按照預(yù)定軌跡或自主運(yùn)動(dòng)控制功能。在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)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(dòng)化程度應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。②以改善勞動(dòng)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(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)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(jī)械手代

3、替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)機(jī)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(shí)別、最優(yōu)控制、人工智能等）的研究成果應(yīng)用到機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作中，是一項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人，其控制系統(tǒng)的研究無疑對(duì)提高機(jī)器人性能和自主能力，推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)結(jié)構(gòu)封閉的機(jī)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(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器”是當(dāng)前機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。近幾年，日本、美國(guó)和歐洲一些國(guó)家都在開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)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(jī)器人控制器。

5、我國(guó)863計(jì)劃智能機(jī)器人主題也已對(duì)這方面的研究立項(xiàng)。由于適用于機(jī)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(gè)結(jié)構(gòu)完全開放的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)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(jī)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(jì)算能力差，難以保證實(shí)時(shí)控制要求，所以目前絕大多數(shù)商用機(jī)器人都是采用單軸PID控制，難以滿足機(jī)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(jì)算速度上有了很大突破，能保證實(shí)時(shí)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)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(jì)，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(shí)現(xiàn)各子任務(wù)在對(duì)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(diǎn)，如程序設(shè)計(jì)不當(dāng)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(jī)器人控制器存在很多問題，如：（1）開放性差（2）軟件獨(dú)立性差（3）容錯(cuò)性差（4）擴(kuò)展性差（5）缺少網(wǎng)絡(luò)功能2.課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題課題的研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題2.1課題研究的目標(biāo)、內(nèi)容本設(shè)計(jì)通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)大學(xué)本科四年的所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合，完成一個(gè)特定功能、特殊要求的數(shù)控機(jī)床上下料機(jī)械手的設(shè)計(jì)，能夠比較好地體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平，

8、實(shí)踐動(dòng)手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和明確的實(shí)施目標(biāo)，能夠?qū)崿F(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。本課題以一四自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人研制為背景，設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按照預(yù)定軌跡或自主運(yùn)動(dòng)控制功能。主要的研究?jī)?nèi)容是對(duì)SCARA機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟硬件選型和實(shí)現(xiàn)不同位置間運(yùn)動(dòng)，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(jī)器人控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)；2、對(duì)應(yīng)確定