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運(yùn)動(dòng)控制范文第1篇

    關(guān)鍵詞:伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù),直線電機(jī),可編程計(jì)算機(jī)控制器,運(yùn)動(dòng)控制

    1 引言

    信息時(shí)代的高新技術(shù)流向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),引起后者的深刻變革。作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之一的機(jī)械工業(yè),在這場(chǎng)新技術(shù)革命沖擊下,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了質(zhì)的躍變,微電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展使信息、智能與機(jī)械裝置和動(dòng)力設(shè)備相結(jié)合,促使機(jī)械工業(yè)開(kāi)始了一場(chǎng)大規(guī)模的機(jī)電一體化技術(shù)革命。

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子電力技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展,各先進(jìn)國(guó)家的機(jī)電一體化產(chǎn)品層出不窮。機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門(mén)類產(chǎn)品每年都有新的進(jìn)展。機(jī)電一體化技術(shù)已越來(lái)越受到各方面的關(guān)注,它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用。

    在機(jī)電一體化技術(shù)迅速發(fā)展的同時(shí),運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為其關(guān)鍵組成部分,也得到前所未有的大發(fā)展,國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家相繼推出運(yùn)動(dòng)控制的新技術(shù)、新產(chǎn)品。本文主要介紹了全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Full Closed AC Servo)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(Linear Motor Driving)、可編程序計(jì)算機(jī)控制器(Programmable Computer Controller,PCC)和運(yùn)動(dòng)控制卡(Motion Controlling Board)等幾項(xiàng)具有代表性的新技術(shù)。

    2 全閉環(huán)交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)

    在一些定位精度或動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求比較高的機(jī)電一體化產(chǎn)品中,交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其中數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)更符合數(shù)字化控制模式的潮流,而且調(diào)試、使用十分簡(jiǎn)單,因而被受青睞。這種伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor, DSP),可以對(duì)電機(jī)軸后端部的光電編碼器進(jìn)行位置采樣,在驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間構(gòu)成位置和速度的閉環(huán)控制系統(tǒng),并充分發(fā)揮DSP的高速運(yùn)算能力,自動(dòng)完成整個(gè)伺服系統(tǒng)的增益調(diào)節(jié),甚至可以跟蹤負(fù)載變化,實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)增益;有的驅(qū)動(dòng)器還具有快速傅立葉變換(FFT)的功能,測(cè)算出設(shè)備的機(jī)械共振點(diǎn),并通過(guò)陷波濾波方式消除機(jī)械共振。

    一般情況下,這種數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)大多工作在半閉環(huán)的控制方式,即伺服電機(jī)上的編碼器反饋既作速度環(huán),也作位置環(huán)。這種控制方式對(duì)于傳動(dòng)鏈上的間隙及誤差不能克服或補(bǔ)償。為了獲得更高的控制精度,應(yīng)在最終的運(yùn)動(dòng)部分安裝高精度的檢測(cè)元件(如:光柵尺、光電編碼器等),即實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。比較傳統(tǒng)的全閉環(huán)控制方法是:伺服系統(tǒng)只接受速度指令,完成速度環(huán)的控制,位置環(huán)的控制由上位控制器來(lái)完成(大多數(shù)全閉環(huán)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就是這樣)。這樣大大增加了上位控制器的難度,也限制了伺服系統(tǒng)的推廣。目前,國(guó)外已出現(xiàn)了一種更完善、可以實(shí)現(xiàn)更高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng) , 使得高精度自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)更為容易。其控制原理如圖1所示。

    該系統(tǒng)克服了上述半閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺陷,伺服驅(qū)動(dòng)器可以直接采樣裝在最后一級(jí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的位置反饋元件(如光柵尺、磁柵尺、旋轉(zhuǎn)編碼器等),作為位置環(huán),而電機(jī)上的編碼器反饋此時(shí)僅作為速度環(huán)。這樣伺服系統(tǒng)就可以消除機(jī)械傳動(dòng)上存在的間隙(如齒輪間隙、絲杠間隙等),補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)件的制造誤差(如絲杠螺距誤差等),實(shí)現(xiàn)真正的全閉環(huán)位置控制功能,獲得較高的定位精度。而且這種全閉環(huán)控制均由伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成,無(wú)需增加上位控制器的負(fù)擔(dān),因而越來(lái)越多的行業(yè)在其自動(dòng)化設(shè)備的改造和研制中,開(kāi)始采用這種伺服系統(tǒng)。

    3 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)

    直線電機(jī)在機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用,近幾年來(lái)已在世界機(jī)床行業(yè)得到重視,并在西歐工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)掀起"直線電機(jī)熱"。

    在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中,采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)(拖板)之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié),把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零,因而這種傳動(dòng)方式又被稱為"零傳動(dòng)"。正是由于這種"零傳動(dòng)"方式,帶來(lái)了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無(wú)法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。

    1. 高速響應(yīng) 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件(如絲杠等),使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高,反應(yīng)異常靈敏快捷。

    2. 精度 直線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差,減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來(lái)的跟蹤誤差。通過(guò)直線位置檢測(cè)反饋控制,即可大大提高機(jī)床的定位精度。

    3. 動(dòng)剛度高 由于"直接驅(qū)動(dòng)",避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象,同時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。

    4. 速度快、加減速過(guò)程短 由于直線電動(dòng)機(jī)最早主要用于磁懸浮列車(時(shí)速可達(dá)500Km/h),所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中,要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度(要求達(dá)60~100M/min或更高)當(dāng)然是沒(méi)有問(wèn)題的。也由于上述"零傳動(dòng)"的高速響應(yīng)性,使其加減速過(guò)程大大縮短。以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速,高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停。可獲得較高的加速度,一般可達(dá)2~10g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度一般只有0.1~0.5g。5. 行程長(zhǎng)度不受限制 在導(dǎo)軌上通過(guò)串聯(lián)直線電機(jī),就可以無(wú)限延長(zhǎng)其行程長(zhǎng)度。

    6. 運(yùn)動(dòng)動(dòng)安靜、噪音低 由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦,且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無(wú)機(jī)械接觸),其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。

    7. 效率高 由于無(wú)中間傳動(dòng)環(huán)節(jié),消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗,傳動(dòng)效率大大提高。

    直線傳動(dòng)電機(jī)的發(fā)展也越來(lái)越快,在運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)中倍受重視。在國(guó)外工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家已開(kāi)始推廣使用相應(yīng)的產(chǎn)品,其中美國(guó)科爾摩根公司(Kollmorgen)的 PLATINNM DDL系列直線電機(jī)和SERVOSTAR CD系列數(shù)字伺服放大器構(gòu)成一種典型的直線永磁伺服系統(tǒng),它能提供很高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和加速度、極高的剛度、較高的定位精度和平滑的無(wú)差運(yùn)動(dòng);德國(guó)西門(mén)子公司、日本三井精機(jī)公司、臺(tái)灣上銀科技公司等也開(kāi)始在其產(chǎn)品中應(yīng)用直線電機(jī)。

    4 可編程計(jì)算機(jī)控制器技術(shù)

    自20世紀(jì)60年代末美國(guó)第一臺(tái)可編程序控制器(Programming Logical Controller,PLC)問(wèn)世以來(lái),PLC控制技術(shù)已走過(guò)了30年的發(fā)展歷程,尤其是隨著近代計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,它已在軟硬件技術(shù)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)走出了當(dāng)初的"順序控制"的雛形階段?？删幊逃?jì)算機(jī)控制器(PCC)就是代表這一發(fā)展趨勢(shì)的新一代可編程控制器。

    與傳統(tǒng)的PLC相比較,PCC最大的特點(diǎn)在于它類似于大型計(jì)算機(jī)的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和多樣化的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的PLC大多采用單任務(wù)的時(shí)鐘掃描或監(jiān)控程序來(lái)處理程序本身的邏輯運(yùn)算指令和外部的I/O通道的狀態(tài)采集與刷新。這樣處理方式直接導(dǎo)致了PLC的"控制速度"依賴于應(yīng)用程序的大小,這一結(jié)果無(wú)疑是同I/O通道中高實(shí)時(shí)性的控制要求相違背的。PCC的系統(tǒng)軟件完美地解決了這一問(wèn)題,它采用分時(shí)多任務(wù)機(jī)制構(gòu)筑其應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái),這樣應(yīng)用程序的運(yùn)行周期則與程序長(zhǎng)短無(wú)關(guān),而是由操作系統(tǒng)的循環(huán)周期決定。由此,它將應(yīng)用程序的掃描周期同外部的控制周期區(qū)別開(kāi)來(lái),滿足了實(shí)時(shí)控制的要求。當(dāng)然,這種控制周期可以在CPU運(yùn)算能力允許的前提下,按照用戶的實(shí)際要求,任意修改。

    基于這樣的操作系統(tǒng),PCC的應(yīng)用程序由多任務(wù)模塊構(gòu)成,給工程項(xiàng)目應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)帶來(lái)很大的便利。因?yàn)檫@樣可以方便地按照控制項(xiàng)目中各部分不同的功能要求,如運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、PID調(diào)節(jié)運(yùn)算、通信控制等,分別編制出控制程序模塊(任務(wù)),這些模塊既獨(dú)立運(yùn)行,數(shù)據(jù)間又保持一定的相互關(guān)聯(lián),這些模塊經(jīng)過(guò)分步驟的獨(dú)立編制和調(diào)試之后,可一同下載至PCC的CPU中,在多任務(wù)操作系統(tǒng)的調(diào)度管理下并行運(yùn)行,共同實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的控制要求。

    PCC在工業(yè)控制中強(qiáng)大的功能優(yōu)勢(shì),體現(xiàn)了可編程控制器與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及DCS(分布式工業(yè)控制系統(tǒng))技術(shù)互相融合的發(fā)展潮流,雖然這還是一項(xiàng)較為年輕的技術(shù),但在其越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域中,它正日益顯示出不可低估的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

    5 運(yùn)動(dòng)控制卡

    運(yùn)動(dòng)控制卡是一種基于工業(yè)PC機(jī) 、 用于各種運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合(包括位移、速度、加速度等)的上位控制單元。它的出現(xiàn)主要是因?yàn)?(1)為了滿足新型數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、柔性、開(kāi)放性等要求;(2)在各種工業(yè)設(shè)備(如包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等)、國(guó)防裝備(如跟蹤定位系統(tǒng)等)、智能醫(yī)療裝置等設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)研制和改造中,急需一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制模塊的硬件平臺(tái);(3)PC機(jī)在各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛應(yīng)用,也促使配備相應(yīng)的控制卡以充分發(fā)揮PC機(jī)的強(qiáng)大功能。

    運(yùn)動(dòng)控制卡通常采用專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制芯片或高速DSP作為運(yùn)動(dòng)控制核心,大多用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。一般地 , 運(yùn)動(dòng)控制卡與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作 ( 例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等);控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)(包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等)。運(yùn)動(dòng)控制卡都配有開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在DOS或Windows系統(tǒng)平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)、構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種結(jié)構(gòu)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)控制卡能夠廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)中設(shè)備自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。

    這種運(yùn)動(dòng)控制模式在國(guó)外自動(dòng)化設(shè)備的控制系統(tǒng)中比較流行,運(yùn)動(dòng)控制卡也形成了一個(gè)獨(dú)立的專門(mén)行業(yè),具有代表性的產(chǎn)品有美國(guó)的PMAC、PARKER等運(yùn)動(dòng)控制卡。在國(guó)內(nèi)相應(yīng)的產(chǎn)品也已出現(xiàn),如成都步進(jìn)機(jī)電有限公司的DMC300系列卡已成功地應(yīng)用于數(shù)控打孔機(jī)、汽車部件性能試驗(yàn)臺(tái)等多種自動(dòng)化設(shè)備上。

運(yùn)動(dòng)控制范文第2篇

【關(guān)鍵詞】模糊控制；運(yùn)動(dòng)控制；避障傳感器

0 引言

模糊邏輯控制（Fuzzy Logic Control）簡(jiǎn)稱模糊控制（Fuzzy Control），是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制實(shí)質(zhì)上是一種非線性控制，從屬于智能控制的范疇。近20多年來(lái)，模糊控制不論從理論上還是技術(shù)上都有了進(jìn)步，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域中一個(gè)非?；钴S而又碩果累累的分支。根據(jù)模糊控制原理，設(shè)計(jì)模糊控制器以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在溫室中的運(yùn)動(dòng)控制[1]。模糊控制器主要有模糊化、知識(shí)庫(kù)、模糊推理和去模糊化四部分[2]組成。

1 溫室機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究

對(duì)溫室機(jī)器人來(lái)說(shuō)，農(nóng)作物植株是機(jī)器人行走的障礙物，所以機(jī)器人在大棚農(nóng)田的運(yùn)動(dòng)過(guò)程就是控制機(jī)器人避開(kāi)農(nóng)作物植株的過(guò)程。溫室機(jī)器人行進(jìn)中的控制技術(shù)直接影響了溫室機(jī)器人的作業(yè)效果，也是開(kāi)發(fā)實(shí)用設(shè)備的關(guān)鍵[3]。

1.1 用模糊控制來(lái)實(shí)現(xiàn)溫室機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制

建立適合溫室機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的模糊邏輯控制規(guī)則，根據(jù)這些規(guī)則設(shè)計(jì)模糊控制器[4]。模糊控制器以紅外傳感器收集到的信息為依據(jù)，把最終目標(biāo)點(diǎn)分解成一個(gè)個(gè)的當(dāng)前目標(biāo)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)溫室機(jī)器人在未知環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)控制，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)仿真。

1.2 溫室機(jī)器人模糊控制器設(shè)計(jì)

1.2.1 模糊化

模糊化就是將被控對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)的精確值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即把其變化范圍映射到相應(yīng)得內(nèi)部論域中，然后將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模糊語(yǔ)言變量的概念，構(gòu)成模糊集合，這樣就將輸入的精確量轉(zhuǎn)換為用模糊集合表示的某一模糊變量的值[5]。

1.2.2 知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)兩部分[6]。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)

定義模糊輸入變量dl和dr的模糊語(yǔ)言分為{S，M，B }={“小”，“中”，“大”}；

模糊輸入變量sα的模糊語(yǔ)言分為{LB，LS，Z，RS，RB}={“左大”， “左小”， “零”， “右小”， “右大”}；

模糊輸出變量的模糊語(yǔ)言分為{TLB，TLS，TZ， TRS，TRB}={“左大”， “左中”， “左小”， “零”， “右小”， “右中”， “右大”}。

（2）規(guī)則庫(kù)

模糊控制規(guī)則是模糊控制器的核心，是將操作者的操作經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)進(jìn)行總結(jié)而得來(lái)的。模糊控制規(guī)則可用多條模糊條件語(yǔ)句來(lái)表示。最常用的關(guān)聯(lián)詞有if-then、or、and等。如ri：（i=1，2，3，…）表示第i條控制規(guī)則。

它是模糊控制器的核心，是專家的知識(shí)或現(xiàn)場(chǎng)操作人員的經(jīng)驗(yàn)的一種體現(xiàn)，即控制中所需要的策略?？刂埔?guī)則的條數(shù)可能有很多條，那么需要求出總的控制規(guī)則R，作為模糊推理的依據(jù)。

2 溫室機(jī)器人實(shí)驗(yàn)仿真

用MATLAB仿真，其仿真結(jié)果中的障礙物代表農(nóng)作物植株，小黑圈代表機(jī)器人的位置。機(jī)器人由“起點(diǎn)”出發(fā)，穿過(guò)兩行農(nóng)作物，到達(dá)終點(diǎn)。MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)表明，該控制器能有效控制機(jī)器人在避開(kāi)農(nóng)作物植株。

2.1 溫室機(jī)器人避障行為的設(shè)計(jì)

溫室機(jī)器人躲避障礙行為的功能是根據(jù)它當(dāng)前探測(cè)到目前的環(huán)境信息，才決定機(jī)器人如何運(yùn)動(dòng)、能避開(kāi)環(huán)境中的障礙物。當(dāng)該行為與奔向目標(biāo)行為相結(jié)合時(shí)，能使機(jī)器人繞開(kāi)環(huán)境中的障礙到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。如前所述，溫室機(jī)器人的傳感器是一個(gè)組合，該組合由3個(gè)傳感器組成。

2.2 溫室機(jī)器人循跡

這里的循跡是指樣車在溫室大棚循白線行走，通常采取的方法是紅外探測(cè)法。紅外探測(cè)法，即利用紅外線在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，在樣車行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當(dāng)紅外光遇到地面時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在小車上的接收管接收；如果遇到黑線則紅外光被吸收，樣車上的接收管接收不到紅外光。單片機(jī)就是否收到反射回來(lái)的紅外光為依據(jù)來(lái)確定白線的位置和樣車的行走路線。紅外探測(cè)器探測(cè)距離有限，一般最大不應(yīng)超過(guò)3cm。

用一個(gè)字節(jié)來(lái)代表車底的6個(gè)光電傳感器。用每一個(gè)位來(lái)代表當(dāng)前傳感器的檢測(cè)狀態(tài)。

把樣車直線行進(jìn)時(shí)分成三種狀態(tài)，當(dāng)中間四個(gè)傳感器都檢測(cè)到白線時(shí)，樣車在跑道的正上方，這時(shí)控制兩電機(jī)同速度全速運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到有一個(gè)傳感器或者同側(cè)的兩個(gè)傳感器偏出白線時(shí)，樣車處于微偏狀態(tài)，這時(shí)將一個(gè)電機(jī)速度調(diào)慢，另一電機(jī)速度調(diào)快，完成調(diào)整。當(dāng)檢測(cè)到有三個(gè)傳感器偏出時(shí)，樣車處于較大的偏離狀態(tài)，這時(shí)把一個(gè)電機(jī)的速度調(diào)至極低，另一電機(jī)全速運(yùn)行，從而在較短時(shí)間內(nèi)完成路線的調(diào)整。

用這種三級(jí)調(diào)速的循跡算法同單純的判斷檢測(cè)到對(duì)管的位置并作出判斷的方法相比，程序思路清晰，程序執(zhí)行結(jié)果較好。

3 結(jié)論

在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中， 該機(jī)器人能夠快速準(zhǔn)確地按照預(yù)定路線到達(dá)指定位置完成規(guī)定動(dòng)作， 并能很好地實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)避障”這一特殊功能，具有更高的適應(yīng)性及靈活性， 具有系統(tǒng)模型簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方法容易的特點(diǎn)， 使得這種控制方法能夠方便地推廣、應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]方華，劉旭，黃玲，胡波.農(nóng)業(yè)機(jī)器人行進(jìn)中控制技術(shù)的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（32）：14348-14349.

[2]韓峻峰，李玉惠.模糊控制技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2003，5：49-65.

運(yùn)動(dòng)控制范文第3篇

【關(guān)鍵詞】PLC 真空聯(lián)鎖保護(hù) 運(yùn)動(dòng)控制

光束線站一旦發(fā)生真空事故，就會(huì)導(dǎo)致束流丟失和儀器損壞。完成可靠的真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，則可以確保光束線站的正常運(yùn)行。而PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以在真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用。因此，有必要對(duì)基于PLC的真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)展開(kāi)研究，繼而為線站實(shí)驗(yàn)的安全進(jìn)行提供保障。

一、基于PLC的真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

就目前來(lái)看，PLC已經(jīng)成為了應(yīng)用最廣泛的可編程控制器件。利用PLC，可通過(guò)編程完成對(duì)硬件功能的修改，繼而使電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性得到提高。而真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)不僅需要為儲(chǔ)存環(huán)的正常運(yùn)行提供保證，還要通過(guò)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵位置的調(diào)整。所以，需要應(yīng)用PLC技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)，以便滿足實(shí)驗(yàn)室對(duì)光束線站的控制要求。通過(guò)考慮線站的可靠性、靈活性和抗干擾能力要求，可以使用S7-300PLC這種可編程控制器進(jìn)行真空連鎖保護(hù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。從系統(tǒng)的硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，該類型PLC系統(tǒng)可以滿足中等控制系統(tǒng)的控制需求，系統(tǒng)各模塊可以組合構(gòu)成不同的系統(tǒng)。在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)界面服務(wù)得到了集成，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的通信功能。通過(guò)使用用戶界面的通信組態(tài)功能，就可以完成硬件組態(tài)。此外，該系統(tǒng)中有多種通信接口，可以用來(lái)連接總線接口。

二、系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)真空聯(lián)鎖保護(hù)控制的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)真空聯(lián)鎖保護(hù)控制的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)兩個(gè)環(huán)節(jié)，即真快保護(hù)控制邏輯設(shè)計(jì)和軟件編程。在邏輯設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)由兩級(jí)構(gòu)成。首先，系統(tǒng)的快速真空保護(hù)控制需要由真空傳感器控制。在真空傳感器探測(cè)到的真空度與設(shè)定的閾值不同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉快閥，并且對(duì)沖向儲(chǔ)存環(huán)的大氣沖擊波進(jìn)行攔截。而由于系統(tǒng)破膜的的壓力波傳播速率和光束線長(zhǎng)均可獲知，所以可以完成對(duì)壓力波傳播時(shí)間的計(jì)算。其次，系統(tǒng)的慢速真空保護(hù)控制需要由另一個(gè)真空傳感器控制。在傳感器探測(cè)到慢漏氣引發(fā)的真空事故時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉前端氣動(dòng)門(mén)閥和水冷光屏。通過(guò)讀取線站快閥的位置信號(hào)，系統(tǒng)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)環(huán)的慢控保護(hù)。從控制要點(diǎn)上來(lái)看，真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要需要完成對(duì)氣動(dòng)門(mén)閥和水冷光屏的控制。在真空度較低的情況下，系統(tǒng)要使門(mén)閥自動(dòng)關(guān)閉，并且完成對(duì)水冷光屏的聯(lián)鎖關(guān)閉。而快閥因真空事故遭到關(guān)閉時(shí)，將會(huì)使啟動(dòng)門(mén)閥和水冷光屏聯(lián)鎖關(guān)閉。在真空度符合要求時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟啟動(dòng)門(mén)閥，并順次完成光閘和水冷光屏的開(kāi)啟。此外，在進(jìn)行真空聯(lián)鎖保護(hù)控制的軟件編程時(shí)，可以采用STEP7 V5.4軟件平臺(tái)。該平臺(tái)不僅可以為系統(tǒng)編程提供梯形圖、語(yǔ)句表和功能塊圖這三種編程語(yǔ)言，并且還包含豐富的指令。在編程的過(guò)程中，可以采用文本編程方式，以便使系統(tǒng)的編程量得到簡(jiǎn)化。同時(shí)，采用這種編程方式還可以完成對(duì)錯(cuò)誤的及時(shí)修改，繼而可以滿足高級(jí)編程語(yǔ)言的使用需求。

（二）系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

想要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制，就需要先完成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制模塊的設(shè)計(jì)?？紤]到線站電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題，可以選用定位模塊FM353完成模塊的設(shè)計(jì)。從原理上來(lái)看，通過(guò)將脈沖信號(hào)和方向信號(hào)發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)控制器，F(xiàn)M353就能完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。而用戶在進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，則需要將電機(jī)速度、操作模式等控制數(shù)據(jù)傳送至用戶數(shù)據(jù)塊DB中，并從中讀取反饋數(shù)據(jù)。具體來(lái)講，就是系統(tǒng)CPU則可以完成功能函數(shù)的調(diào)用，并實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)塊與FM353模塊的數(shù)據(jù)交換。所以，F(xiàn)M353的編程實(shí)際就是對(duì)交換數(shù)據(jù)的程序進(jìn)行編寫(xiě)，以便通過(guò)DB完成對(duì)FM模塊的控制。從用戶角度來(lái)看，則只需要完成操作模式的選擇就可以進(jìn)行系統(tǒng)的控制。在模式上，運(yùn)動(dòng)控制模塊可以利用增量模式完成對(duì)系統(tǒng)增量的控制，并利用電動(dòng)模式完成對(duì)定位軸方向和速度的檢測(cè)。

（三）人機(jī)交互的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作人員與設(shè)備之間的雙向溝通，還需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。就目前來(lái)看，很多設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)操作都是利用人際界面，可以幫助操作人員快速的掌握設(shè)備的使用方法?？紤]到安全性、性價(jià)比和可靠性等問(wèn)題，真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)需要使用專門(mén)面向PLC應(yīng)用的觸摸屏。通過(guò)與系統(tǒng)的MPI接口直接連接，觸摸屏上將直接顯示出控制閥門(mén)的操作和位置。同時(shí)，人機(jī)交互界面還將顯示系統(tǒng)外接傳感器的狀態(tài)，以便完成對(duì)水壓、氣壓和溫度等內(nèi)容的監(jiān)控。此外，通過(guò)設(shè)置用戶權(quán)限，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)閥門(mén)的保護(hù)，繼而避免人員的錯(cuò)誤操作。

三、結(jié)論

總而言之，基于PLC的真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，并且系統(tǒng)的運(yùn)行也較為穩(wěn)定和可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光束線站的聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)控制的一體化。同時(shí)，由于PLC具有模塊化的特點(diǎn)，所以可以為系統(tǒng)的擴(kuò)展提供便利。而通過(guò)改變軟件編程就可以實(shí)現(xiàn)更多的系統(tǒng)功能，則使系統(tǒng)的改進(jìn)更加容易。因此，隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，基于PLC的真空聯(lián)鎖保護(hù)與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)必將獲得更好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡嘯，熊永前，李冬等.基于PLC的緊湊型回旋加速器聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng)，2010.

運(yùn)動(dòng)控制范文第4篇

【關(guān)鍵詞】運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)；PLC 能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

1.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的兩個(gè)參數(shù)為位置和速度，步進(jìn)電機(jī)由于控制精度高，可直接用數(shù)字信號(hào)控制，無(wú)累積定位誤差而被廣泛用于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)最重要的三個(gè)參數(shù)為脈沖個(gè)數(shù)、脈沖頻率和脈沖方向，其中脈沖個(gè)數(shù)、脈沖方向?qū)?yīng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的參數(shù)―位置，而脈沖頻率對(duì)應(yīng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的參數(shù)―速度。通過(guò)脈沖個(gè)數(shù)和脈沖方向控制步進(jìn)電機(jī)的角位移或線位移從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)準(zhǔn)確定位目的，通過(guò)脈沖頻率控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度從而達(dá)到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確目的；因此運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)脈沖個(gè)數(shù)、脈沖頻率和脈沖方向設(shè)置問(wèn)題。

2.應(yīng)用案例

目前運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)控制一般采用PLC直接控制或1PG模塊直接控制，例如在工作臺(tái)移動(dòng)裝置如圖1，按下啟動(dòng)按鈕，工作臺(tái)先執(zhí)行回原點(diǎn)操作，接著右移50mm處停止，接著返回原點(diǎn)停止。對(duì)于上述設(shè)計(jì)可采用兩種方案設(shè)計(jì)。方案1―直接用PLC控制步進(jìn)電機(jī)，方案2―采用1PG模塊控制步進(jìn)電機(jī)。本文重點(diǎn)講述方案1。

分析：定位距離為50mm，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)為10000個(gè)，脈沖方向?yàn)檎}沖頻率由于沒(méi)有時(shí)間設(shè)置可隨機(jī)設(shè)置如6000。脈沖數(shù)計(jì)算依據(jù)如下絲桿螺距為10mm，即步機(jī)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，工作臺(tái)移動(dòng)10mm。假設(shè)：將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為10細(xì)分，步距角為0.18°：

電機(jī)轉(zhuǎn)一周所需脈沖數(shù)=360°/0.18°=2000個(gè)

每個(gè)脈沖行走的距離=10mm/2000=0.005mm

工作臺(tái)行走50mm所需脈沖數(shù)=50mm/0.005mm=10000個(gè)

（1）根據(jù)題目要求畫(huà)出I/O對(duì)照表。

（2）畫(huà)出系統(tǒng)連接圖。

工作臺(tái)移動(dòng)裝置系統(tǒng)連接如下圖2所示。

（3）PLC控制程序。

3.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，利用PLC控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位操作簡(jiǎn)單，可靠性高

【參考文獻(xiàn)】

運(yùn)動(dòng)控制范文第5篇

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；NURBS插補(bǔ)算法；實(shí)現(xiàn)路徑

隨著信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在控制質(zhì)量、工作效率、成本等方面表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、速度可調(diào)節(jié)、抗疲 勞的工業(yè)機(jī)器人能夠替代人工完成相應(yīng)的操作（包括完成一些具備高危險(xiǎn)系數(shù)的工作），將機(jī)器人應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中能夠在使生產(chǎn)效率、 產(chǎn)品質(zhì)量得以有效提高的同時(shí)顯著降低人工工作量及生產(chǎn)成本，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的重要支撐工具，在各行業(yè)中得以廣 泛使用，作為一項(xiàng)重要的機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制已成為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人功能的基礎(chǔ)和重點(diǎn) ，對(duì)機(jī)器人的性能起到直接決定作用，工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中易被多種因素干擾（如電、磁等），對(duì)工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案尤 其是各項(xiàng)產(chǎn)品參數(shù)提出了更高的要求，需確保運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具備高效運(yùn)動(dòng)控制功能及穩(wěn)定的性能，因此本研究主要對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 需求分析

隨著工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人的控制及操作要求不斷提升，工業(yè)機(jī)器人主要由本體、驅(qū)動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)構(gòu)成， 在軌跡空間中工業(yè)機(jī)器人需完成除基本運(yùn)動(dòng)（包括直線、圓弧等）外較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，具備擬人功能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（一種機(jī)械電子裝置 ）作為工業(yè)機(jī)器人的核心構(gòu)成部分集合了多種現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)、人工智能、電子機(jī)械、傳感器等），通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)機(jī)器人復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何造型上NURBS方法因具備較大的優(yōu)勢(shì)而得以在CAD中廣泛應(yīng)用，因此充分運(yùn)用NURB S插補(bǔ)算法實(shí)時(shí)可靠的優(yōu)勢(shì)，在研究了NURBS軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前國(guó)內(nèi) 已有工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)大多存在擴(kuò)展性和通用性方面的不足，導(dǎo)致使用方面的局限性，大多只適用于特定的機(jī)器人［1］。本研究 針對(duì)UPR100本體工業(yè)機(jī)器人（6自由度）在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上完成了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，采用模塊化的設(shè)計(jì)原則，通 過(guò)使用DMC運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)主要控制功能，結(jié)合運(yùn)用了抗干擾能力強(qiáng)（防潮、防塵、防振）、穩(wěn)定可擴(kuò)展的工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

2 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，基于人工智能裝置的完整機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置（由驅(qū)動(dòng)器、減速器、檢測(cè)元件構(gòu)成）、 控制系統(tǒng)（主要由傳感器和電子計(jì)算機(jī)構(gòu)成，）等構(gòu)成，模仿人類手臂動(dòng)作的操作機(jī)主要負(fù)責(zé)完成各類實(shí)操作業(yè)（主要由機(jī)座、末端執(zhí)行 器、機(jī)械臂構(gòu)成），驅(qū)動(dòng)裝置負(fù)責(zé)完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換從而將動(dòng)力提供給操作機(jī)（可采取電力、液壓、氣壓幾種驅(qū)動(dòng)方式）；控制系 統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對(duì)機(jī)器人的檢測(cè)和操作控制過(guò)程以完成規(guī)定的動(dòng)作，包括對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)控制及反饋控制；人工智能系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)完 成邏輯判斷、模式識(shí)別及操作等功能（主要由實(shí)現(xiàn)感知功能的傳感系統(tǒng)以及決策、規(guī)劃、專家系統(tǒng)構(gòu)成）。本研究構(gòu)建的移動(dòng)控制系統(tǒng)基 于現(xiàn)有6自由度工業(yè)機(jī)器人完成，硬件部分負(fù)責(zé)執(zhí)行軟件部分規(guī)劃的操作，軟件部分主要功能在于完成機(jī)器人程序的解譯、插補(bǔ)運(yùn)算、軌 跡規(guī)劃（包括運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解），驅(qū)動(dòng)機(jī)器人不同關(guān)節(jié)及末端裝置的運(yùn)動(dòng)。2．1設(shè)計(jì)思路機(jī)器人操作的順利完成離不開(kāi)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn) 動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷主要包括集中控制（所有控制功能均通過(guò)一個(gè)CPU實(shí)現(xiàn)）、主從控制（由主、從CPU構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)變換坐標(biāo) 并生成軌跡、控制機(jī)械手動(dòng)作）、分級(jí)控制（由上級(jí)主控計(jì)算機(jī)和下級(jí)多個(gè)微處理器構(gòu)成，分別負(fù)責(zé)完成包括坐標(biāo)變換、生成軌跡在內(nèi)的 系統(tǒng)管理以及對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)坐標(biāo)及伺服控制的分管與處理）。應(yīng)用廣泛的機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)過(guò)程提出更高的要求，為適 用不同種類機(jī)器人需采用開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)方式（即將系統(tǒng)劃分成實(shí)現(xiàn)不同子任務(wù)的多個(gè)功能模塊）提高系統(tǒng)的實(shí)用 性和可靠性，多個(gè)機(jī)器人的協(xié)同控制需通過(guò)具備網(wǎng)絡(luò)通訊功能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（包括資源共享）；通過(guò)直觀形象的人機(jī)接口及操作界 面提升系統(tǒng)的人機(jī)交互性［2］。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、執(zhí)行控制器構(gòu)成，由上位機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人管理和實(shí)時(shí) 監(jiān)控，將位姿指令傳遞至區(qū)域控制器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)計(jì)算，由區(qū)域控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人各關(guān)節(jié)坐標(biāo)及軌跡的變換和生成，再由執(zhí)行控制器在 完成機(jī)器人位姿及工作狀態(tài)的檢測(cè)和實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各關(guān)節(jié)伺服運(yùn)動(dòng)的有效控制過(guò)程。2．2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本研究所設(shè)計(jì)的 運(yùn)動(dòng)控制方案分別采用嵌入式ARM工控機(jī)（FreescaleIMX6）和DMC控制卡（Galil公司）作為系統(tǒng)的上位機(jī)和下 位機(jī)，控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)，如圖1所示。圖1系統(tǒng)硬件架構(gòu)示意圖針對(duì)6自由度工業(yè)機(jī)器人通過(guò)由DMC運(yùn)動(dòng)控制器提供的API實(shí)現(xiàn)了 在工控機(jī)上根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的功能。ARM工控機(jī)以Cortex核心處理器作為CPU，具備豐富的硬件資源，有效的滿足 了控制系統(tǒng)的需求，工控機(jī)同DMC間采用以太網(wǎng)完成控制命令的接收與發(fā)送，DMC接收到程序命令后會(huì)據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的電機(jī)控制指令 信號(hào)，在經(jīng)伺服放大器放大后完成對(duì)機(jī)器人各電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)的按要求運(yùn)動(dòng)；工控機(jī)同樣通過(guò)以太網(wǎng)收到各關(guān)節(jié)經(jīng)D MC反饋的位置信號(hào)（通過(guò)相應(yīng)的電機(jī)編碼器），從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示與監(jiān)控管理，并且使數(shù)控設(shè)備有效滿足精度與性能的要 求［3］。

3 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3．1 NURBS插補(bǔ)功能的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)NURBS曲線軌跡，假設(shè)，控制頂點(diǎn)由Pi表示其中i∈［0，n］，同控制頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)因子由wi表示，t表示參數(shù)，k 次B樣條基函數(shù)由Bi，k（t）表示，取n＋k＋1個(gè)節(jié)點(diǎn)值（分別由u0，u1，…，un＋k表示）組成節(jié)點(diǎn)向量通常u0、u1 ，…，uk的取值為0，un、un＋1，…，un＋k的取值為1，定義其在空間中的有理分式如式（1）［3］。（1）NURBS 插補(bǔ)算法通過(guò)插補(bǔ)前的預(yù)處理操作（即確定NURBS的軌跡表達(dá)式）可使插補(bǔ)計(jì)算量顯著降低，進(jìn)而確保了曲線的插補(bǔ)速度及實(shí)時(shí)性， 以給定的Pi、wi及節(jié)點(diǎn)矢量為依據(jù)即可實(shí)現(xiàn)NURBS曲線的唯一確定，NURBS曲線插補(bǔ)的實(shí)質(zhì)為將到NURBS曲線本身的近 似逼近過(guò)程通過(guò)步長(zhǎng)折線段（屬于一個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)）的使用完成，實(shí)現(xiàn)NURBS插補(bǔ)功能需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題為：密化參數(shù)，ΔL和Δ u分別表示進(jìn)給步長(zhǎng)和相應(yīng)的參數(shù)增量，即在完成ΔL由軌跡空間到參數(shù)空間映射的基礎(chǔ)上，完成Δu及新點(diǎn)的參數(shù)坐標(biāo)（表示為ui＋ 1＝ui＋Δu）的求解［4］。計(jì)算軌跡，完成計(jì)算所獲取的坐標(biāo)值到軌跡空間的反向映射及插補(bǔ)軌跡的新坐標(biāo)點(diǎn)（表示為pi＋1＝ p（ui＋1））的獲取。在實(shí)際應(yīng)用中通常采用3次由分段參數(shù)構(gòu)成的NURBS曲線，各段曲線的分子／母的系數(shù)會(huì)參數(shù)u的變化而 改變，對(duì)應(yīng)各段如式（3）［5］。使用Matlab平臺(tái)對(duì)本研究設(shè)計(jì)的插補(bǔ)算法進(jìn)行仿真，控制節(jié)點(diǎn)在（0，1）間，控制頂點(diǎn)共有 50個(gè)，權(quán)值取1，據(jù)此完成3階NURBS曲線的確定，插補(bǔ)參數(shù)設(shè)置為：插補(bǔ)周期為1ms，最大進(jìn)給速度及初始進(jìn)給速度（由fm ax、fs表示）分別為18mm／min和0，加速度上限為2500mm／s2，弓高誤差上限及步長(zhǎng)誤差上限分別為1μm和0． 001，最大法向進(jìn)給加速度及最大加速度分別為0．8g和50000mm／s3，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示，生成的插補(bǔ)點(diǎn)同 規(guī)劃軌跡相吻合［6］。

3．2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在ARM工控機(jī)上實(shí)現(xiàn)軟件部分，控制軟件系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，如圖4所示。將Linux系統(tǒng)安裝于FreescaleIMX6上（ 版本為ubun－tu）后完成嵌入式Qt的移植，并在ubuntu中移植DMC控制卡的對(duì)應(yīng)庫(kù)，軟件圖形用戶界面的主框架通過(guò)Q MainWin－dow類的使用完成構(gòu)建，各模塊功能則通過(guò)QWidget／Dialog類的使用實(shí)現(xiàn)，通過(guò)Qt實(shí)現(xiàn)各模塊間的 信交流。將各編碼器的值通過(guò)ComandOM（）函數(shù)進(jìn)行讀取后實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的獲取，以供運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和軌跡規(guī)劃；運(yùn)動(dòng)控 制指令通過(guò)DownloadFile（）函數(shù)完成到DMC的下載。文檔中的二字符指令集用于代碼級(jí)別的測(cè)試與簡(jiǎn)單控制。運(yùn)動(dòng)學(xué)分 析模塊通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解實(shí)現(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度同空間中位置和姿態(tài)的相互對(duì)應(yīng)，據(jù)此實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的正確運(yùn)行及其目標(biāo) 點(diǎn)情況的檢測(cè)［7］。機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)通過(guò)軌跡規(guī)劃模塊確定所需使用的基本運(yùn)動(dòng)形式（包括直線、圓弧運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)及NURBS軌跡插 補(bǔ)），進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自由曲線運(yùn)動(dòng)過(guò)程。（1）機(jī)器人參數(shù)設(shè)置，據(jù)此完成對(duì)決定工業(yè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)D－H參數(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)相關(guān)的 決定對(duì)應(yīng)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的分頻比／倍頻比的設(shè)置。（2）機(jī)器人軌跡規(guī)劃，DMC運(yùn)動(dòng)控制器可有效解決復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，其所包 含的輪廓模式提供位置－時(shí)間曲線（在1～6軸內(nèi)）的自定義功能，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對(duì)通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生軌跡的有效追蹤。在控制系統(tǒng)中，通過(guò) 工控機(jī)提供的算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解和空間運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃，并通過(guò)DMC協(xié)調(diào)控制各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況，具體流程為：先建立空間軌跡參 數(shù)方程，運(yùn)動(dòng)軌跡空間坐標(biāo)向量（x，y，z）每32ms（運(yùn)動(dòng)軌跡的插補(bǔ)周期）計(jì)算獲取，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解末端空間坐標(biāo)即可獲取對(duì) 應(yīng)關(guān)節(jié)變量，據(jù)此計(jì)算得到電機(jī)軸的脈沖量（即各軸的脈沖增量），并記錄到相應(yīng)的軌跡規(guī)劃文本中，軌跡規(guī)劃流程，如圖5所示。接下 來(lái)通過(guò)DMC中的DownloadFile（）函數(shù)的調(diào)用完成軌跡規(guī)劃文本到DMC的下載，在此基礎(chǔ)上調(diào)用Command（）執(zhí) 行命令完成自定義軌跡動(dòng)作。（3）機(jī)器人示教作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了包括MOVJ、NURBS、延時(shí)、數(shù)字運(yùn)算等在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)指令集，將機(jī)器 人末端通過(guò)軸控制按鈕根據(jù)所選擇的合適坐標(biāo)系（以運(yùn)動(dòng)指令及指令參數(shù)為依據(jù)）完成到目標(biāo)位置點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的控制［8］。