工业机器人 完整版.docx

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工业机器人完整版

论文摘要

本文介绍了一种自行研制的基于运动控制卡的实用于实验室及一般机械化的场所的工业机器人控制系统。

机器人具有三个自由度（即：

RRP-------大臂回旋、仰角、小臂伸缩三个运动）和一个手爪开合动作，采用全电动驱动方式控制。

该控制系统以PCI---208系列TYIO运动控制卡为主要硬件设备，其它外围设备包括直流电机调速器、行程开关、光电编码器、中间继电器和与之配套的接口电路。

整个系统通过PCI—208运动控制卡实现对机器人各个关节的位置伺服控制和多个关节的协调控制，并与光电轴角编码器相组合构成一个全闭环系统，达到对机器人各个部位的转速和角位移量进行精确控制，实现其精准定位。

实践证明基于TRIO运动控制卡的工业机器人控制系统可以有效地提高整个机器人系统的性能及开发效率。

关键词：

工业机器人；伺服电机；TRIO

运动控制卡；PCI—208；

Abstract

ThisthesisintroducesarobotcontrolsystembasedontheTRIOsportcontrolcard.Therobothasthreefreedomsdegree（namely:

RRP—Thebigarmreturn,angleofelevating,smallarmflexiblethreesport）opentomatchtheactionwithahandclaw,adoptwholedynamoelectricdrivethewaycontrol.ThemainhardwareofthesystemistheseriesPCI—208TRIOsportcontrolthecard,otherperipheralsincludethedirect-currentelectricalengineeringtoadjustsoonmachine,routeoftravelswitch,lightelectricitystalkCapecoder,middlerelayanditsinterfacecircuit.

ThewholesystemiscontrolledbythesportPCI-208controlcard.Itcancontrolthepositionofalljointandmakethemworkcoordination.Thesystemisasemi-closeloopcontrolwithlightelectricitystalkCapecoders.Soitcancontroltherobot’smotionwithhighprecision.ItispracticedthattheAGVrobotbasedontheTRIOsportcontrolcardcanworkwithhighefficiency.

Keyword:

Industryrobot;Servomotor;Sportcontrolcard;PCI-208;TRIOControlcard

前言

机器人学是进40年来才发展起来的一门交叉学科，它涉及到机械工程、电子学、控制理论、传感器技术、计算机科学、仿真学、人工智能等学科领域。

工业机器人本身是一种典型的机电一体化系统。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件、运动学、和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：

可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。

以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。

因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。

机器人控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统。

传统的机器人运动控制系统采用的是专用计算机加多单片机-多回路的封闭式体系结构。

这种结构的控制器在高速、高精度和多轴同步运动控制等方面存在技术瓶劲。

此外存在制造和使用成本高，开发周期长，升级换代困难，无法添加系统的新功能等一系列缺点。

因此，最终本系统选择了一种能将运动控制和逻辑算法有机结合，轻松实现多种运动形式的运动控制器-----英国TRIO（TrioMotionTechnologyLtd）公司针对运动控制领域开发的基于微机处理技术的高性能数字运动控制器。

这种机器人控制系统的重要特点在于它采用通过个人计算机加DSP—多控制回路的开放式体系结构以及它的网络控制特性。

PCI—208是Triomotion公司的一款基于PC机的PCI总线控制是数字运动控制卡，该控制卡采用了和计算的处理速度。

该控制卡可以控制2—8个轴的伺服电机或步进电机或二者的任意结合；32-bit的33MHZ，2.2版本的PCI总线。

采用100-pin的高精度屏蔽电缆与外部转接板模块连接，提高了设备的抗干扰信号的能力。

提供ActiveX可以用VB、VC、C/C++等高级语言根据设备的需要进行二次开发，还有CAN总线口，可以根据设备的需要对I/O和摸拟输入口进行扩展。

本次设计的目的是通过PCI-208运动控制卡实现对工业机器人各个关节的位置伺服控制和多关节的协调控制，并于光轴角电编码器相结合构成一个全闭环系统，达到对机器人各部位的转速和教位移量进行精确控制，实现其精确定位。

实践证明基于TRIO运动控制卡的工业机器人控制系统可以有效地提高整个机器人系统的性能及开发效率。

目录

论文摘要1

Abstract2

前言3

第一章绪论7

§1-1工业机器人的发展及分类7

1.1.1工业机器人的发展7

1.1.2工业机器人的分类8

§1-2工业机器人的应用9

1.2.1工业机器人的应用领域9

1.2.2工业机器人的优点10

§1-3工业机器人控制的特点及其分类10

1.3.1工业机器人控制的特点11

1.3.2工业机器人的控制系统发基本要求11

1.3.3工业机器人控制的分类12

第二章基于运动卡的控制系统的建立14

§2-1总体系统的构建14

2.1.1总体方案的确定14

2.1.2可行性论证14

2.1.3系统的构成15

2.1.4机器人控制工作原理15

§2-2TRIO运动控制器介绍17

2.2.1Trio运动控制器主要特点17

2.2.2典型系统配置20

2.2.3产品系列20

§2-3TRIO运动控制器的型号选择21

2.3.1PCI-208运动控制卡的特点21

2.3.2PCI-208运动控制卡硬件概述24

第三章电气元件的选用33

§3-1直流伺服电动机的选用33

3.1.1直流伺服电动机的分类33

3.1.2直流伺服电动机的基本结构及工作原理33

3.1.3直流伺服电动机的特性分析34

3.1.4影响直流伺服电动机特性的因素37

3.1.5直流伺服系统38

§3-2单相交流异步电动机40

3.2.1单相交流异步电动机转动原理40

3.2.2电容分相式异步电动机44

3.2.3罩极式单相异步电动机46

§3-3直流电机调速器的选用47

3.3.1产品特点47

3.3.2技术性能47

3.3.3工作原理48

3.3.4使用方法48

3.3.5电机运转、停止控制方法49

3.3.6注意事项49

§3-4光电编码器的选用50

3.4.1光电编码器的分类50

3.4.2编码器的连接51

§3-5中间继电器的选用52

§3-6行程开关的选用53

结论54

感谢信56

参考文献57

第一章绪论

§1-1工业机器人的发展及分类

1.1.1工业机器人的发展

工业机器人的发展通常可规划分为三代：

第一代工业机器人：

通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的工业机器人”，又称“示教再现工业机器人”，即为了让工业机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等），通过直接或间接手段，对工业机器人进行“示教”，工业机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。

1962年美国万能自动化公司的第一台Unimate工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代工业机器人的诞生。

第二代工业机器人：

通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）功能的“智能机器人”。

即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。

1982年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。

第三代工业机器人：

即所谓的“只治式工业机器人”。

它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。

第一代工业机器人目前仍处在实验室研究阶段。

工业机器人经历了诞生---成长---成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。

我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人的操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术、生产了部分机器人的关键元器件，开发出喷漆、焊弧、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台配套喷漆机器人在二十与家企业的近30条自动喷漆生产线上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。

但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：

可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。

以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。

因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。