scara機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)

1、<p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　摘</b></p><p><b>　　要</b></p><p>　　機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用</p><p><b>　　目前</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人控制系

2、統(tǒng)大多采用封閉</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)的專用控制器</b></p><p><b>　　其通用性差</b></p><p><b>　　生產(chǎn)成本高</b></p><p><b>　　不易擴(kuò)展和維護(hù)</b></p><p>

3、;<b>　　已越來(lái)越不能適</b></p><p><b>　　應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)柔性化</b></p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的需求</b></p><p>　　開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)有資源的開(kāi)放式機(jī)器人控制</p><p><b>　　器</b></p&

4、gt;<p><b>　　以降低機(jī)器人成本</b></p><p>　　使機(jī)器人像個(gè)人計(jì)算機(jī)一樣普及將成為機(jī)器人的一個(gè)重要</p><p>　　方向 本文基于工控機(jī) 單片機(jī)和 Ｗｉｎｄｏｗｓ　２０００ 操作系統(tǒng)</p><p>　　以 ＳＣＡＲＡ 平面關(guān)節(jié)型</p><p><b>　　機(jī)器人為研

5、究對(duì)象</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)研制了高性能</b></p><p><b>　　低成本</b></p><p><b>　　開(kāi)放式的控制器</b></p><p><b>　　并設(shè)計(jì)制作了</b></p><

6、;p>　　ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人樣機(jī)</p><p>　　采用二級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　設(shè)計(jì)了 ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人控制器</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　以工控機(jī)作為</b></p><p><b>　　上位機(jī)&

7、lt;/b></p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面</b></p><p><b>　　軌跡規(guī)劃</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制和狀態(tài)監(jiān)控等功能</p><p><b>　　下位機(jī)采用</b></p><p>　?。樱裕茫福梗茫担?單片機(jī)

8、控制系統(tǒng)</p><p>　　通過(guò) ＰＣＬ－７３１ 數(shù)字 Ｉ／Ｏ 卡與上位機(jī)通訊</p><p><b>　　實(shí)現(xiàn)接收上位</b></p><p><b>　　機(jī)指令</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)等功能</p><p>　　建立了 ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)

9、構(gòu)模型</p><p>　?。樱茫粒遥?機(jī)器人由六部分組成</p><p><b>　　包括一個(gè)</b></p><p>　　移動(dòng)關(guān)節(jié)和三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)</p><p>　　各關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　基于模塊化設(shè)計(jì)思想</b></p>&l

10、t;p><b>　　采用</b></p><p>　?。校颍铮牛危牵桑危牛牛?和 ＡｕｔｏＣＡＤ 完成了機(jī)器人本體的三維模型設(shè)計(jì)和二維圖設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)</p><p><b>　　計(jì)圖加工</b></p><p><b>　　制作了主要機(jī)械部件</b></p><p>　

11、　完成了機(jī)器人本體的裝配和調(diào)試</p><p>　　設(shè)計(jì)制作了 ＳＴＣ８９Ｃ５１ 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件電路 完成了伺服驅(qū)動(dòng)器的主電路配</p><p>　　線和機(jī)器人控制器的硬件電路配線</p><p>　　采用 Ｃ＋＋　Ｂｕｉｌｄｅｒ 和匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了控制器的</p><p>　　上位機(jī)控制系統(tǒng)和下位機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)了上位機(jī)與下位機(jī)的通訊協(xié)議

12、和通訊模塊</p><p>　　并對(duì)控制器的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了綜合調(diào)試</p><p>　　完成了 ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人的工作穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)</p><p>　　點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)和連續(xù)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　結(jié)果表明 基于工控機(jī)和 Ｗｉｎｄｏｗｓ　２００

13、０ 操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開(kāi)放式 ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人控制器</p><p><b>　　具有通用性強(qiáng)</b></p><p><b>　　開(kāi)放性好</b></p><p><b>　　操作簡(jiǎn)單</b></p><p><b>　　易于擴(kuò)展</b></p>

14、;<p><b>　　維護(hù)方便等特點(diǎn)</b></p><p><b>　　基于該控制器</b></p><p>　　利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)的 ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人生產(chǎn)成本低</p><p><b>　　值和廣闊的市場(chǎng)前景</b></p><p><b>　　功能

15、擴(kuò)展性強(qiáng)</b></p><p><b>　　具有良好的實(shí)用價(jià)</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p><b>　　ＳＣＡＲＡ 機(jī)器人</b></p><p><b>　　開(kāi)放式</b></p><

16、;p><b>　　控制器</b></p><p><b>　　工控機(jī)</b></p><p><b>　　單片機(jī)</b></p><p><b>　?。桑?卡</b></p><p><b>　　伺服電機(jī)　</b></p

17、><p><b>　　I</b></p><p>　　SCARA 機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Robot has been widely used in industry production. At present, most of t

18、he industry</p><p>　　robot control systems use close and special controllers, which are low universal, high</p><p>　　cost, not easy to be extended and maintained, and can’t adapt to the requirem

19、ent of</p><p>　　flexible and network production of modern manufacturing. It will be an important way of</p><p>　　robot to develop open architecture robot controller by using existing resource to

20、 reduce</p><p>　　the cost of robot and make robot popularize just like computer. The paper studies</p><p>　　SCARA robot, designs and produces a kind of SCARA robot controller that is of high<

21、/p><p>　　performance, low cost and open-architecture based on industry PC, single chip and</p><p>　　Windows 2000. A SCARA robot prototype machine is designed and produced.</p><p>　　The

22、 robot controller is designed with the structure of two levels computer system.</p><p>　　On the one hand, Industry PC is used as master to offer human-computer interface, mark</p><p>　　out the t

23、rack, control the movement, inspect and control the status. On the other hand,</p><p>　　STC89C51 single chip control system is used as slave to communicate with the master by</p><p>　　PCL-731 di

24、gital I/O card, receive the instructions from master computer and drive the</p><p>　　robot joint moving.</p><p>　　The model of mechanical structure of SCARA robot is built. SCARA robot is</p&

25、gt;<p>　　consisted of six parts, includes a moving joint and three rotary joints. All the joints are</p><p>　　drove by servo motors. The author designed 3-dimension models and 2-dimension draws</p&

26、gt;<p>　　of SCARA robot’s manipulator by Pro/ENGINEER and AutoCAD based on model</p><p>　　designing thinking. The main mechanical parts of robot arms are machined and processed</p><p>　　a

27、ccording to the draws, and the assembling and debugging of SCARA robot’s</p><p>　　manipulator has been finished.</p><p>　　The author designed and produced hardware circuit of STC89C51 single chi

28、p</p><p>　　control system. The wiring of servo motor drivers’ main circuit and hardware circuit of</p><p>　　the robot controller is finished. The author developed main computer control system an

29、d</p><p>　　slave computer control system of SCARA robot controller by C++ Builder and compiling</p><p>　　language. The communication protocol and models between main and slave computer are</p

30、><p>　　also designed. Meanwhile, hardware system and software system of the controller are</p><p><b>　　II</b></p><p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　synthetically debugg

31、ed.</p><p>　　The experiment of SCARA robots’ working stability, moving from point to point</p><p>　　and moving continuous is finished. The results of the experiment indicate that the robot</p

32、><p>　　controller with open architecture based on industry PC and Windows 2000 poses the</p><p>　　advantages of good versatility, good openness, operating simply, expanding easily and</p>&l

33、t;p>　　maintaining expediently. The SCARA robot designed based on this controller by existing</p><p>　　resource has low cost, powerful expansibility of function, good utility value and wide</p><

34、p>　　market prospect.</p><p>　　Key Words: SCARA Robot, Open Architecture, Controller, Industry Computer,</p><p>　　Single Chip, I/O Card, Servo motor</p><p><b>　　III</b>

35、;</p><p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第一章 　緒 論</b></p><p><b>　　1.1</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展及研究現(xiàn)狀</p><p>　　機(jī)器人自誕生之日起 便顯示出其強(qiáng)大的生命力 機(jī)器人首先在工業(yè)生產(chǎn)

36、中得到了</p><p>　　廣泛應(yīng)用 并給傳統(tǒng)工業(yè)帶來(lái)了質(zhì)的飛躍 它不僅提高了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化程度 提高</p><p>　　了勞動(dòng)生產(chǎn)率 而且還推動(dòng)了以資源消耗低 環(huán)境污染少為特征的新型工業(yè)的誕生 隨</p><p>　　著人類(lèi)在機(jī)械工程 電氣工程 微電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 控制論 傳感技術(shù) 信息學(xué)</p><p>　　聲學(xué) 仿生學(xué)及人工智

37、能等學(xué)科領(lǐng)域的飛速發(fā)展 機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用也正在向農(nóng)業(yè) 林</p><p>　　業(yè) 畜牧養(yǎng)殖 海洋開(kāi)發(fā) 宇宙探索 國(guó)防建設(shè) 安全救濟(jì) 生物醫(yī)學(xué) 服務(wù)娛樂(lè)等新</p><p>　　領(lǐng)域拓展開(kāi)來(lái) 并已取得顯著進(jìn)展 機(jī)器人技術(shù)已成為高科技應(yīng)用領(lǐng)域中的重要組成部</p><p><b>　　分［１］－［１５］</b></p><p&g

38、t;　　機(jī)器人主要有兩大類(lèi) 用于制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和用于非制造環(huán)境下的服務(wù)機(jī)</p><p>　　器人 工業(yè)機(jī)器人是一種對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性的柔性自動(dòng)</p><p>　　化裝備 它主要用于現(xiàn)代制造業(yè)中代替人們從事繁重 重復(fù)單調(diào) 環(huán)境惡劣危險(xiǎn) 人做</p><p>　　不了或做不好的工作 從而減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度 改善了勞動(dòng)環(huán)境 并有效地

39、提高了</p><p><b>　　生產(chǎn)的自動(dòng)化程度</b></p><p>　　提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人是柔性化制造系統(tǒng)</p><p><b>　?。疲停?lt;/b></p><p>　　自動(dòng)化工廠 ＦＡ 和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) ＣＩＭＳ 必不

40、可少的自動(dòng)化工具 它</p><p>　　的發(fā)展和應(yīng)用情況已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志［９］－［１５］</p><p><b>　　1.1.1</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程</p><p>　　１９５４ 年美國(guó)的 Ｇｅｏｒｇｅ?。模澹觯铮?設(shè)計(jì)了第一臺(tái)可編程機(jī)器人</p>&l

41、t;p><b>　　取名為</b></p><p><b>　　萬(wàn)能自動(dòng)</b></p><p>　?。眨睿椋觯澹颍螅幔臁。粒酰簦铮恚幔簦椋铮?lt;/p><p><b>　　該機(jī)器人自帶存儲(chǔ)器</b></p><p>　　可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)</p>&l

42、t;p><b>　　１９５６</b></p><p>　　年 Ｄｅｖｏｌ 和被譽(yù)為</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人之父 的 Ｊｏｓｅｐｈ?。疲。牛睿纾澹臁。拢澹颍纾澹?成立了 Ｕｎｉｍａｔｉｏｎ</p><p>　　公司 開(kāi)始設(shè)計(jì) 生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人 ＵＮＩＭＡＴＥ 并于 １９６０ 年研制出第一臺(tái)機(jī)器人樣機(jī) 同</p><

43、;p><b>　　時(shí)</b></p><p><b>　　美國(guó) ＡＭＦ</b></p><p>　?。粒恚澹颍椋悖幔睢。停幔悖瑁椋睿濉。幔睿洹。疲铮酰睿洌颍?lt;/p><p>　　公司也設(shè)計(jì)制造了另一種圓柱坐標(biāo)形</p><p>　　式的機(jī)器人 Ｖｅｒｓａｔｒａｎ Ｕｎｉｍａｔｉｏｎ 和 Ｖｅｒ

44、ｓａｔｒａｎ 成為世界上最早的工業(yè)機(jī)器人</p><p><b>　　１９６２</b></p><p>　　年 美國(guó) Ｇｅｎｅｒａｌ?。停铮簦铮?公司的裝配生產(chǎn)線安裝了世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人 ＵＮＩＭＡＴＥ</p><p>　　從而拉開(kāi)了工業(yè)機(jī)器人為人類(lèi)服務(wù)的序幕［１１］［１６］ 　</p><p>　　２０ 世紀(jì) ６０

45、 年代是工業(yè)機(jī)器人的萌芽發(fā)展階段</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人首先被應(yīng)用于汽車(chē)生產(chǎn)</p><p>　　線的搬運(yùn) 焊接 噴漆等作業(yè) 它們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中表現(xiàn)出良好的靈活性和穩(wěn)定性 極大</p><p><b>　　1</b></p><p>　　SCARA 機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)</p><p><

46、;b>　　地提高了生產(chǎn)效率</b></p><p>　　因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到推廣 　</p><p>　?。玻?世紀(jì) ７０ 年代</p><p><b>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)</b></p><p>　　自動(dòng)控制理論的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化需求</p><p>　　的不斷增長(zhǎng) 工業(yè)

47、機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展 １９７０ 年在美國(guó)召開(kāi)了第一屆國(guó)際工業(yè)機(jī)</p><p><b>　　器人學(xué)術(shù)會(huì)議</b></p><p>　　１９７３ 年 Ｒｉｃｈａｒｄ?。龋铮瑁?為 Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ?。停椋欤幔悖颍铮?公司開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)由</p><p>　　微型計(jì)算機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人 Ｔ３ 該機(jī)器人由液壓驅(qū)動(dòng) 能提升的有效負(fù)載達(dá) ４５ 公斤

48、</p><p>　?。保梗罚?年 Ｓｃｈｅｉｎｍａｎ 教授設(shè)計(jì)了一臺(tái)通過(guò)觸覺(jué)和壓力傳感器反饋進(jìn)行小零件裝配的機(jī)械</p><p>　　臂 ｔｈｅ?。樱椋欤觯澹颉。粒颍?并成立了 Ｖｉｃａｒｍ 公司</p><p>　　將這種新型機(jī)器人推向市場(chǎng)</p><p><b>　　１９７７ 年</b></p>&l

49、t;p><b>　　歐</b></p><p>　　洲的 ＡＳＥＡ 機(jī)器人公司推出了兩款使用微型電子控制器進(jìn)行編程操作的工業(yè)機(jī)器人 同</p><p>　　年 Ｕｎｉｍａｔｉｏｎ 公司收購(gòu)了 Ｖｉｃａｒｍ 公司 并于 １９７８ 年采用 Ｖｉｃａｒｍ 的設(shè)計(jì)技術(shù) 開(kāi)發(fā)了</p><p><b>　?。校眨停?lt;/b>&l

50、t;/p><p>　?。校颍铮纾颍幔恚恚幔猓欤濉。眨睿椋觯澹颍螅幔臁。停幔悖瑁椋睿濉。妫铮颉。粒螅螅澹恚猓欤?lt;/p><p><b>　　通用工業(yè)機(jī)器人</b></p><p><b>　　這是一種</b></p><p>　　具有多關(guān)節(jié) 全電動(dòng) 多 ＣＰＵ 分級(jí)控制的機(jī)器人 采用 ＶＡＬ 專用編程語(yǔ)言

51、 可配置視覺(jué)</p><p><b>　　觸覺(jué)和力覺(jué)傳感器</b></p><p>　　它的誕生標(biāo)志著工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段 直到現(xiàn)在</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p>　　控制結(jié)構(gòu)和編程語(yǔ)言都是以 ＰＵＭＡ 機(jī)器人為基礎(chǔ)的［２］［１６］ 　</p><p>　　

52、２０ 世紀(jì) ７０ 年代也是日本的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的時(shí)期</p><p>　?。保梗叮?年日本 Ｋａｗａｓａｋｉ 重</p><p>　　工公司從美國(guó)購(gòu)買(mǎi)了機(jī)器人的生產(chǎn)許可證</p><p>　　１９６８ 年開(kāi)始生產(chǎn)機(jī)器人［２］</p><p>　　進(jìn)入 ２０ 世紀(jì) ７０</p><p>　　年代后 日本工業(yè)高速發(fā)展

53、勞動(dòng)力嚴(yán)重短缺 因此工業(yè)機(jī)器人受到了日本政府和工業(yè)</p><p>　　界的廣泛重視 日本采取了一系列政策措施 鼓勵(lì)工業(yè)機(jī)器人的研究和生產(chǎn) 其機(jī)器人</p><p>　　擁有量很快超過(guò)了美國(guó)</p><p>　　一舉成為 機(jī)器人王國(guó)</p><p>　?。玻?世紀(jì) ８０ 年代至 ９０ 年代 工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期 汽車(chē) 摩托車(chē) 電機(jī)&l

54、t;/p><p>　　電子等行業(yè)開(kāi)始大量使用工業(yè)機(jī)器人 推動(dòng)了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 １９８０ 年 工業(yè)機(jī)器人</p><p>　　的產(chǎn)值增長(zhǎng)超過(guò)了 ８０％ 被稱為是 機(jī)器人時(shí)代的第一年</p><p>　　之后 工業(yè)機(jī)器人一直保持</p><p>　　著較高的年增長(zhǎng)率 到 １９９０ 年 世界通用工業(yè)機(jī)器人的年銷(xiāo)售量達(dá)到了 ８０，０００ 臺(tái) 但<

55、/p><p>　　在 １９９１ １９９３ 年出現(xiàn)下滑</p><p>　?。梗?，３６８ 臺(tái)［１３］</p><p><b>　　之后</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)又開(kāi)始復(fù)蘇</p><p>　?。玻埃埃?年銷(xiāo)售量達(dá)到了</p><p>　　進(jìn)入 ２０ 世紀(jì) ９０

56、年代 具有感知 思維 行動(dòng)能力的智能機(jī)器人開(kāi)始出現(xiàn) 成為目</p><p>　　前工業(yè)機(jī)器人的主要研究發(fā)展方向</p><p><b>　　1.1.2</b></p><p>　　國(guó)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p><b>　　在發(fā)達(dá)國(guó)家</b></p><p>　　工

57、業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)取得了非常廣泛的應(yīng)用</p><p><b>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)</b></p><p><b>　　截止到 ２００４</b></p><p>　　年底 世界范圍內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人實(shí)際裝備總量為 ８４７，７６４ 臺(tái) 其中日本為 ３５６，４８３ 臺(tái)</p><p>　　約占全世界裝備總量的 ４２％

58、</p><p>　　美國(guó)為 １１４，５３１ 臺(tái)</p><p>　　歐洲為 ２７８，９０６ 臺(tái)</p><p><b>　　在歐洲國(guó)家中</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　德

59、國(guó)工業(yè)機(jī)器人裝備量居首位 為 １２０，５４４ 臺(tái) 意大利和法國(guó)分別為 ５３，２４４ 臺(tái)和 ２８，１３３</p><p>　　臺(tái) 在亞洲 韓國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速 ２００４ 年底其工業(yè)機(jī)器人裝備總量約為 ５１，３０２</p><p>　　臺(tái) 就機(jī)器人密度 即制造業(yè)中每萬(wàn)名雇員占有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量 而言 日本 德國(guó)</p><p>　　和韓國(guó)的機(jī)器人密度居世界前三位［１

60、３］－［１５］</p><p><b>　　近年來(lái)</b></p><p>　　國(guó)外工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的研究發(fā)展和應(yīng)用主要有如下幾個(gè)趨勢(shì)［１２］－［２３］ 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣闊</p><p>&l

61、t;b>　　并向食品</b></p><p><b>　　核能</b></p><p><b>　　礦業(yè)和建筑</b></p><p>　　等工業(yè)新領(lǐng)域擴(kuò)展 汽車(chē)制造業(yè)一直以來(lái)都是機(jī)器人技術(shù)最主要的應(yīng)用領(lǐng)域 但在 ２００４</p><p>　　年 這一趨勢(shì)發(fā)生了重大改變 據(jù)統(tǒng)計(jì) ２

62、００４ 年世界范圍內(nèi)非汽車(chē)行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人訂</p><p>　　單量增長(zhǎng)了近 ４２％</p><p>　　而汽車(chē)整車(chē)制造業(yè)增長(zhǎng)不到 １％</p><p>　　汽車(chē)配件行業(yè)增長(zhǎng)了 １９％ 在北美</p><p><b>　　和亞洲</b></p><p>　　非汽車(chē)行業(yè)的訂單量分別增長(zhǎng)了 ７２％和

63、 ４２％ 在機(jī)床</p><p><b>　　橡膠</b></p><p><b>　　食品</b></p><p><b>　　包裝和塑</b></p><p><b>　　料等行業(yè)領(lǐng)域</b></p><p>　　機(jī)器人的需求量

64、將進(jìn)一步增長(zhǎng) 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格不斷下降</p><p><b>　　而性能則不斷提高</b></p><p><b>　　趨向于高速度</b></p><p><b>　　高精度&

65、lt;/b></p><p>　　高可靠性 便于操作和維護(hù)等方面 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示 ２００３ 年一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的平均價(jià)格</p><p>　　只相當(dāng)于 １９９０ 年同等性能機(jī)器人平均價(jià)格的四分之一 在美國(guó)</p><p><b>　　機(jī)器人與勞動(dòng)力相比</b></p><p>　　的相對(duì)價(jià)格已經(jīng)從 １９９０ 年的 １０

66、０ 降到了 ２００３ 年的 ２８ 如果考慮機(jī)器人質(zhì)量的改進(jìn) 則</p><p>　　可下降到 １２ 不斷下降的機(jī)器人相對(duì)價(jià)格和日益減少的勞動(dòng)力成本成為機(jī)器人投資增長(zhǎng)</p><p><b>　　的主要驅(qū)動(dòng)力之一</b></p><p>　?。?　 機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 ＰＣ 的開(kāi)放式機(jī)器人控制器方向發(fā)展 開(kāi)放化 模塊化</p>&

67、lt;p>　　和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成為主要發(fā)展方向 人機(jī)界面更加友好 采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)發(fā)展新型機(jī)器</p><p><b>　　人控制系統(tǒng)</b></p><p>　　研究機(jī)器人協(xié)作控制 多智能體調(diào)控技術(shù)成為新興研究領(lǐng)域</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　機(jī)器人編程語(yǔ)言趨于通

68、用化 ＡＢＢ 公司開(kāi)發(fā)的 ＲＡＰＩＤ 通用模塊化編程語(yǔ)言提供</p><p>　　了強(qiáng)大的編程功能和友好的用戶界面 該公司生產(chǎn)的大部分機(jī)器人產(chǎn)品都采用了該種編</p><p><b>　　程語(yǔ)言</b></p><p><b>　　最近</b></p><p>　　美國(guó)機(jī)器人空間開(kāi)發(fā)公司開(kāi)發(fā)了 Ｒｏ

69、ｂｏｔ　Ｓｃｒｉｐｔ 通用機(jī)器人編程語(yǔ)言</p><p><b>　　該語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)</b></p><p><b>　　通用性強(qiáng)</b></p><p>　　可運(yùn)行于該公司生產(chǎn)的通用機(jī)器人控制器 ＵＲＣ 中 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p>&

70、lt;p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)趨向于模塊化 可重構(gòu)化</p><p>　　應(yīng)用類(lèi)型以關(guān)節(jié)型為主</p><p><b>　?。玻埃埃?年世界范</b></p><p>　　圍內(nèi)新裝備的機(jī)器人中 關(guān)節(jié)型機(jī)器人占 ６２．５％ ＳＣＡＲＡ 平面關(guān)節(jié)型 機(jī)器人占 １１．６％</p><p>　　而美國(guó) ２００４ 年新裝備機(jī)器人中&

71、lt;/p><p>　　關(guān)節(jié)型機(jī)器人所占比例高達(dá) ９０％ 歐洲為 ７４％</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　機(jī)器人朝著智能化方向發(fā)展</p><p><b>　　傳感器作用日益重要</b></p><p><b>　　除采用傳統(tǒng)的位置</

72、b></p><p><b>　　速</b></p><p>　　度 加速度等傳感器外 裝配 焊接 遙控機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué) 力覺(jué) 觸覺(jué)等傳感器</p><p>　　多傳感器的融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用</p><p><b>　　3</b></p><p>

73、　　行之有效的多傳感器融合算</p><p>　　SCARA 機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　法 特別是非線性及非平穩(wěn) 非正態(tài)分布情形下的多傳感器融合算法是傳感器技術(shù)的研</p><p><b>　　究重點(diǎn) 　</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p

74、>　　機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)方面重點(diǎn)研究新的機(jī)器人結(jié)構(gòu)和功能</p><p><b>　　以及新的設(shè)計(jì)方法</b></p><p>　　探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料</p><p>　　進(jìn)一步提高機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　虛擬現(xiàn)

75、實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真 預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制</p><p><b>　　９</b></p><p><b>　　機(jī)器人遙控</b></p><p>　　監(jiān)控技術(shù)朝著人機(jī)交互控制方向發(fā)展</p><p>　　遙控加局部自治系統(tǒng)遙</p><p>　　控機(jī)器人的發(fā)展使

76、智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用化階段 　</p><p><b>　　１０</b></p><p>　　機(jī)器人化機(jī)械開(kāi)始興起 自 １９９４ 年美國(guó)開(kāi)發(fā)出 虛擬軸機(jī)床 以來(lái) 機(jī)器人</p><p>　　化機(jī)械便成為新興研究方向</p><p>　　機(jī)器人化機(jī)械研究主要包括并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)床（ＶＭＴ）</p><

77、p><b>　　機(jī)器人</b></p><p>　　化加工中心（ＲＭＣ）</p><p>　　機(jī)器人化無(wú)人值守和具有自適應(yīng)能力的多機(jī)遙控操作的大型散料輸</p><p><b>　　送設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)等</b></p><p><b>　　1.1.3</b></p&g

78、t;<p>　　我國(guó)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　我國(guó)政府非常重視機(jī)器人技術(shù)的研究和發(fā)展</p><p><b>　　七五</b></p><p><b>　　期間</b></p><p><b>　　國(guó)家投入相當(dāng)資金</b></p>&

79、lt;p>　　進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù) 基礎(chǔ)元器件 工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及應(yīng)用工程的開(kāi)發(fā)研究 經(jīng)過(guò)</p><p>　　五年攻關(guān) 完成了示教再現(xiàn)式工業(yè)機(jī)器人成套技術(shù)的開(kāi)發(fā) 研制出了噴漆 點(diǎn)焊 弧焊</p><p>　　和搬運(yùn)等作業(yè)機(jī)器人整機(jī) 幾類(lèi)專用和通用控制系統(tǒng)及幾類(lèi)關(guān)鍵元部件的主要性能指標(biāo)</p><p>　　達(dá)到 ８０ 年代初國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平</p>

80、<p>　　并且形成小批量生產(chǎn)能力</p><p>　　從 ２０ 世紀(jì) ９０ 年代初期</p><p><b>　　起</b></p><p>　　我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人又邁出了一大步</p><p><b>　　通過(guò)</b></p><p><b>　　八

81、五</b></p><p><b>　　九五</b></p><p><b>　　和國(guó)家</b></p><p><b>　?。福叮?lt;/b></p><p><b>　　計(jì)劃支</b></p><p>　　持的應(yīng)用工程開(kāi)

82、發(fā) 第一代工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì) 制造和應(yīng)用技術(shù)已趨于成熟 目前已基本</p><p>　　掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)</p><p>　　劃技術(shù) 生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件 研制出噴漆 點(diǎn)焊 弧焊 裝配 切割 包裝</p><p>　　碼垛 搬運(yùn)等各種用途的作業(yè)機(jī)器人 并實(shí)施了一批機(jī)器人應(yīng)用工程 建立了一批機(jī)器</p

83、><p><b>　　人產(chǎn)業(yè)化基地</b></p><p>　　鍛煉和形成了一大批機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用隊(duì)伍</p><p><b>　　我國(guó)的智能機(jī)器人在</b></p><p><b>　?。福叮?lt;/b></p><p><b>　　計(jì)劃的支持下&

84、lt;/b></p><p>　　也取得了一大批科研成果</p><p><b>　　在機(jī)器人視覺(jué)</b></p><p><b>　　力覺(jué)</b></p><p><b>　　觸覺(jué)</b></p><p><b>　　聲覺(jué)</b&

85、gt;</p><p>　　等基礎(chǔ)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上有了一定的發(fā)展?。郏保玻荩郏玻埃荩郏玻保?目前 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人已應(yīng)用于汽車(chē)</p><p><b>　　摩托車(chē)</b></p><p><b>　　機(jī)械制造</b></p><p><b>　　電子電器</b></p>

86、;<p>　　工程機(jī)械 石油化工等行業(yè)［２４］</p><p>　　但是 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平與國(guó)外還有一定的差距 我國(guó)尚</p><p>　　未形成真正的機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 機(jī)器人產(chǎn)品品種少 應(yīng)用范圍窄 機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化程度低 可</p><p>　　靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的關(guān)鍵部件交流伺服電機(jī) 精密減速器</p>

87、;<p>　　還沒(méi)有相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的支持 新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)主要依賴于國(guó)家科研計(jì)劃及基金的支持 不能形成</p><p><b>　　4</b></p><p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　研發(fā)面向市場(chǎng)</b></p><p>　　市場(chǎng)支持研發(fā)的良性發(fā)展 在應(yīng)用規(guī)模上<

88、;/p><p>　　我國(guó)到 ２００４ 年底已安裝的</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人臺(tái)數(shù)為 ７０９６ 臺(tái) 只占全世界裝備總數(shù)的 ０．８４％ 與國(guó)外發(fā)展水平有較大差距</p><p>　　而在多傳感器信息融合控制技術(shù)</p><p>　　遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機(jī)器人 智能裝配機(jī)器人</p><p>　　機(jī)器人化機(jī)械等方面的開(kāi)發(fā)

89、應(yīng)用則剛剛起步 目前我國(guó)機(jī)器人總體技術(shù)僅相當(dāng)于國(guó)外 ２０</p><p>　　世紀(jì) ８０ 年代初的水平［２４］［２５］</p><p>　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)狀 結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具體情況 我國(guó)的</p><p>　　機(jī)器人技術(shù)將重點(diǎn)開(kāi)展開(kāi)放式機(jī)器人控制器</p><p>　　智能機(jī)器人和機(jī)器人化機(jī)械的開(kāi)發(fā)研究</p&g

90、t;<p>　　開(kāi)展以機(jī)器人為基礎(chǔ)的重組裝配系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究［２５］ 加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用</p><p>　　工程的開(kāi)發(fā) 并圍繞應(yīng)用工程進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā) 使之具有一定的規(guī)模化生</p><p>　　產(chǎn)能力 加強(qiáng)多傳感器融合及決策 通用型機(jī)器人編程語(yǔ)言的研究 重點(diǎn)解決我國(guó)已研</p><p>　　制應(yīng)用多年的示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)

91、化前期關(guān)鍵技術(shù) 大力推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 　</p><p><b>　　1.2</b></p><p>　　SCARA 機(jī)器人概述</p><p>　　機(jī)器人按照機(jī)械結(jié)構(gòu)不同可以分為六類(lèi) 直角坐標(biāo)機(jī)器人 Ｃａｒｔｅｓｉａｎ　ｒｏｂｏｔ／Ｇａｎｔｒｙ　</p><p><b>　?。颍铮猓铮?lt;/b>&l

92、t;/p><p><b>　　圓柱坐標(biāo)機(jī)器人</b></p><p>　?。茫欤椋睿洌颍椋悖幔臁。颍铮猓铮?lt;/p><p><b>　　球坐標(biāo)機(jī)器人</b></p><p>　?。樱穑瑁澹颍椋悖幔臁。颍铮猓铮?lt;/p><p><b>　　關(guān)節(jié)型機(jī)器人</b>

93、;</p><p>　　Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ?。颍铮猓铮?lt;/p><p><b>　　平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人</b></p><p>　?。樱茫粒遥痢。颍铮猓铮?lt;/p><p><b>　　和并聯(lián)機(jī)器</b></p><p>　　人 Ｐａｒａｌｌｅｌ?。颍铮猓铮?lt;/p>

94、;<p><b>　　［１３］</b></p><p>　　關(guān)節(jié)型機(jī)器人與人的手臂相似 可以實(shí)現(xiàn)比較靈活的運(yùn)動(dòng)</p><p>　　且所占空間體積小 相對(duì)工作空間大 因此非常適合噴漆 點(diǎn)焊 搬運(yùn) 裝配 碼垛等</p><p>　　自動(dòng)化作業(yè) 在工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用 　</p><p><b>　

95、?。保梗罚?年</b></p><p>　　日本山梨大學(xué)的牧野洋</p><p><b>　?。停幔耄椋睿?lt;/b></p><p>　　教授及其學(xué)生研制出一種 ＳＣＡＲＡ　</p><p>　　Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ?。粒螅螅澹恚猓欤。遥铮猓铮簟。粒颍?機(jī)器人［２］</p>

96、<p>　　與一般的關(guān)節(jié)型機(jī)器人不同</p><p><b>　　的是</b></p><p>　?。樱茫粒遥?機(jī)器人只在平面上具有很好的靈活性</p><p>　　而在與平面垂直的方向具有很高的</p><p>　　剛性 因此非常適合垂直方向的裝配作業(yè) 它在裝配 搬運(yùn)等作業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)很快的速</p>

97、;<p><b>　　度和較高的效率</b></p><p>　?。樱茫粒遥?機(jī)器人除具有普通的關(guān)節(jié)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊</p><p><b>　　工作空間大</b></p><p><b>　　操</b></p><p>　　作靈活等優(yōu)點(diǎn)外 同時(shí) 還具有較高的重復(fù)

98、定位精度和較好的性價(jià)比 因此 目前很多</p><p>　　工業(yè)機(jī)器人都采用 ＳＣＡＲＡ 設(shè)計(jì)方案</p><p>　?。樱茫粒遥?機(jī)器人已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外眾多企業(yè)取得了廣泛應(yīng)</p><p>　　用 大大提高了生產(chǎn)效率</p><p>　　并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益 　</p><p><b>　　1.3</b

99、></p><p><b>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器</b></p><p>　　機(jī)器人控制器作為機(jī)器人的核心部分 對(duì)機(jī)器人的功能和性能起著決定性作用 目</p><p>　　前商品化的機(jī)器人控制系統(tǒng)大多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器 采用專用的計(jì)算機(jī)作為主</p><p><b>　　5</b>&l

100、t;/p><p>　　SCARA 機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)</p><p>　　控計(jì)算機(jī) 使用專用的編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng) 并將控制算法固化在 ＲＯＭ 中 這種專用</p><p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)封閉</b></p><p><b>　　通用性差</b></p><p>　　已越來(lái)

101、越不能適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)柔性化 網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的需求</p><p>　　而且還帶來(lái)了生產(chǎn)成本高 擴(kuò)展性差 不易維護(hù)等問(wèn)題 在一定程度上阻礙了機(jī)器人產(chǎn)</p><p>　　業(yè)的發(fā)展［１７］－［１９］ 因此 開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)有資源的開(kāi)放式機(jī)器人控制器 降低機(jī)器人成本成為</p><p>　　機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)重要方向</p><p><b>　　1.

102、3.1</b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器的定義和特點(diǎn)</p><p>　　目前 國(guó)際上對(duì)于機(jī)器人控制器的開(kāi)放性還沒(méi)有明確的定義 ＩＥＥＥ 將開(kāi)放式系統(tǒng)定</p><p><b>　　義為</b></p><p>　　一個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)提供了使合理實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序運(yùn)行于來(lái)自多個(gè)控制供應(yīng)商的不</p

103、><p>　　同平臺(tái)上及其他系統(tǒng)應(yīng)用互操作的能力 并且具有一個(gè)用來(lái)與用戶交互的持續(xù)的風(fēng)格</p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器是開(kāi)放式系統(tǒng)的一種 因此符合以上定義</p><p>　　了開(kāi)放式機(jī)器人控制器的主要思想［２６］ 　</p><p>　　Ｗｉｌｌｉａｎ?。牛。疲铮颍?總結(jié)</p><p><b>　

104、?。?lt;/b></p><p>　　使用基于非專用計(jì)算機(jī)平臺(tái) 如 ＰＣ</p><p><b>　　ＳＧＩ</b></p><p><b>　?。樱眨?等</b></p><p><b>　　的開(kāi)放系統(tǒng)</b></p><p><b>

105、;　　２</b></p><p>　　使用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng) 如 Ｗｉｎｄｏｗｓ Ｕｎｉｘ 和標(biāo)準(zhǔn)的控制語(yǔ)言 如 Ｃ 或 Ｃ＋＋</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　硬件基于標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu) 如 ＰＣＩ ＳＴＤ</p><p>　　能夠與各種外圍設(shè)備和傳感器接口 　</p>&l

106、t;p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　使用網(wǎng)絡(luò)策略 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊 允許工作單元控制器共享數(shù)據(jù)庫(kù) 并允許對(duì)</p><p><b>　　機(jī)器人遠(yuǎn)程操作</b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器具有可移植性 可擴(kuò)充性 可交互性和可伸縮性等特征 它與</p><p><b&

107、gt;　　傳統(tǒng)的專用系統(tǒng)相比</b></p><p>　　具有一系列優(yōu)點(diǎn)［１６］［１７］ 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放式設(shè)計(jì) 使得眾多軟件和硬件開(kāi)發(fā)商可以為其</p><p>　　開(kāi)發(fā)符合接口標(biāo)準(zhǔn)的組件 從而實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)資源的有效整合 縮短系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周

108、期 加快</p><p><b>　　系統(tǒng)的功能升級(jí)</b></p><p>　　并大大降低采購(gòu)成本 　</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　用戶和第三方開(kāi)發(fā)人員可以對(duì)開(kāi)放式機(jī)器人控制器進(jìn)行模塊配置和設(shè)計(jì)修</p><p>　　改 并根據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)軟

109、硬件擴(kuò)充 因而提高了系統(tǒng)的柔性和靈活性</p><p><b>　　３</b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器基于非專用計(jì)算機(jī)平臺(tái) 使用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和控制語(yǔ)</p><p>　　言 因此通用性好 可移植性強(qiáng) 只需通過(guò)系統(tǒng)配置和參數(shù)設(shè)置 就可用于控制符合接</p><p>　　口標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家或型號(hào)的機(jī)器人<

110、;/p><p><b>　　從而擴(kuò)展了應(yīng)用范圍</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器采用模塊化設(shè)計(jì) 新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)可以使用已經(jīng)過(guò)測(cè)試</p><p>　　性能良好的子系統(tǒng)模塊 這樣可以減少開(kāi)發(fā)的重復(fù)性 提高系統(tǒng)的安全性 降低開(kāi)發(fā)成</p>&

111、lt;p><b>　　本 　</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　采用開(kāi)放式機(jī)器人控制器 可以使系統(tǒng)的使用變得簡(jiǎn)單 并能通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)</p><p><b>　　6</b></p><p>　　五邑大學(xué)碩士學(xué)位論文</p>&

112、lt;p>　　對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù) 從而大大加快系統(tǒng)維護(hù)的速度 減少客戶因系統(tǒng)停用檢修而帶來(lái)的損</p><p><b>　　失</b></p><p>　　并能有效地減少系統(tǒng)的培訓(xùn)和維護(hù)成本 　</p><p><b>　　1.3.2</b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器的研究發(fā)展現(xiàn)狀&

113、lt;/p><p>　　針對(duì)開(kāi)放式機(jī)器人控制器</p><p>　　國(guó)外的研究工作主要集中于以下三個(gè)方面［２７］－［３４］ 　</p><p><b>　　１</b></p><p><b>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制</b></p><p><b>　?。希遥?結(jié)構(gòu)的定義&

114、lt;/b></p><p>　　主要工作集中在定義一個(gè)與實(shí)現(xiàn)平</p><p>　　臺(tái)無(wú)關(guān)的控制結(jié)構(gòu)抽象模型</p><p>　　從而將復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)分解成若干個(gè)可處理的部分</p><p>　?。樱幔颍椋洌椋?教授提出了一種基于分層遞階控制結(jié)構(gòu)的智能機(jī)器結(jié)構(gòu)［２７］</p><p><b>　　它

115、由組織層</b></p><p><b>　　協(xié)調(diào)</b></p><p>　　層和執(zhí)行層三個(gè)層次組成</p><p>　　控制系統(tǒng)基于一種提高精度降低智能</p><p><b>　?。桑校模?lt;/b></p><p><b>　　的原則</b&g

116、t;</p><p><b>　?。拢幔颍猓澹颍?lt;/b></p><p><b>　　Ａｌｂｕｓ</b></p><p>　?。疲椋簦纾澹颍幔欤?lt;/p><p>　　和 Ｈｕａｎｇ 等在 ＲＣＳ Ｒｅａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ?。樱螅簦澹?lt;/p><p><b>　　

117、實(shí)時(shí)控制系</b></p><p>　　統(tǒng) 結(jié)構(gòu)研究方面做了較多的工作［２８］－［３１］ ２０ 世紀(jì) ７０ 年代中期 Ｂａｒｂｅｒａ 首先將 ＲＣＳ 用于</p><p>　　實(shí)驗(yàn)機(jī)器人控制 隨后?。粒欤猓酰?Ｂａｒｂｅｒａ Ｈｕａｎｇ 等人開(kāi)始研究發(fā)展 ＲＣＳ 結(jié)構(gòu) 取得了很</p><p>　　多研究和應(yīng)用成果 　ＲＣＳ 結(jié)構(gòu)可以用一棵包含多個(gè)可運(yùn)算

118、結(jié)點(diǎn)的樹(shù)來(lái)描述 每個(gè)結(jié)點(diǎn)都</p><p><b>　　包含任務(wù)分解</b></p><p><b>　　環(huán)境建模</b></p><p>　　傳感器處理 數(shù)值判斷和知識(shí)庫(kù)等五個(gè)基本元素</p><p><b>　?。遥茫?結(jié)構(gòu)</b></p><p>

119、　　自上而下實(shí)現(xiàn)任務(wù)分解下達(dá)</p><p>　　自下而上實(shí)現(xiàn)傳感器信息反饋［２８］－［３０］ 美國(guó) ＮＡＳＡ／ＮＢＳ 的標(biāo)</p><p><b>　　準(zhǔn)參考模型</b></p><p><b>　?。危粒樱遥牛?lt;/b></p><p><b>　?。郏常玻?lt;/b></

120、p><p>　　就采用了 ＲＣＳ－３ 結(jié)構(gòu) 從概念結(jié)構(gòu)上將控制層分成三個(gè)等級(jí)</p><p><b>　　任務(wù)分解</b></p><p>　　環(huán)境建模和傳感器處理 它們由通訊系統(tǒng)和全局內(nèi)存支持</p><p>　?。龋酰幔睿?在綜合各</p><p>　　種層次模型概念的基礎(chǔ)上</p>

121、<p>　　提出了一種多維參考模型結(jié)構(gòu)來(lái)描述 ＲＣＳ［３１］ 并用一個(gè)集成</p><p>　　坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)表示 坐標(biāo)系的三個(gè)軸分別是 權(quán)限層 功能分解層和繼承層 其中權(quán)限層</p><p>　　被分為六級(jí) 功能分解層的結(jié)點(diǎn)又包括任務(wù)分解 環(huán)境建模 傳感器處理和數(shù)值判斷功</p><p>　　能 這四種功能遵循一定的交互規(guī)則 Ｋ．Ｎｉｌｓｏｎ 認(rèn)為開(kāi)放式機(jī)

122、器人控制應(yīng)該基于分層結(jié)</p><p>　　構(gòu) 并從用戶的角度把系統(tǒng)劃分為任務(wù)級(jí)編程 離線編程 在線編程 執(zhí)行 應(yīng)用控制</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制 手臂控制和電機(jī)控制九個(gè)層次［３３］ 并在此基礎(chǔ)上提出了開(kāi)放式機(jī)器人控制器</p><p><b>　　的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　該結(jié)構(gòu)把上述九個(gè)層次分為用戶級(jí)

123、系統(tǒng)級(jí)和伺服級(jí)</p><p><b>　　為兩類(lèi)</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器的硬件平臺(tái) 開(kāi)放式機(jī)器人控制器的硬件平臺(tái)可大致分</p><p>　　基于 ＶＭＥ 總線的系統(tǒng)和基于 ＰＣ 總線的系統(tǒng) 采用通用 ＰＣ 作為機(jī)器人控制器</

124、p><p>　　具有成本低 開(kāi)放性好 軟件資源豐富 開(kāi)發(fā)環(huán)境完備 通訊功能強(qiáng) 用戶基礎(chǔ)廣泛等</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)［１７］［１８］</p><p><b>　　因此</b></p><p>　　很多公司都把基于 ＰＣ 的機(jī)器人作為主要發(fā)展方向 目前</p><p><b>　　美國(guó)機(jī)器&

125、lt;/b></p><p><b>　　人工作空間技術(shù)</b></p><p><b>　　ＲＷＴ</b></p><p><b>　?。牛校樱希?公司</b></p><p><b>　　安川公司</b></p><p>

126、　　Ｒｏｂｏｔｉｃ?。祝铮颍耄螅穑幔悖?公司和 ＤＥＮＳＯ 公</p><p>　　司等都設(shè)計(jì)出了基于 ＰＣ 的開(kāi)放式機(jī)器人控制器</p><p><b>　　7</b></p><p>　　SCARA 機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p&g

127、t;　　開(kāi)放式機(jī)器人控制器的軟件系統(tǒng)</p><p><b>　　基于標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)</b></p><p>　　如 Ｗｉｎｄｏｗｓ 操作系</p><p><b>　　統(tǒng)</b></p><p>　　采用面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)具有較好的可交互性</p><p>

128、<b>　　可移植性</b></p><p>　　可擴(kuò)展性和可升級(jí)性［３４］ 因此成為目前開(kāi)放式控制器軟件系統(tǒng)的主要發(fā)展方向 Ｔｒｅｌｌｉｓ　</p><p>　?。樱铮妫簦鳎幔颍濉。Α。茫铮睿簦颍铮?公司基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) ＬｙｎｘＯＳＴＭ 開(kāi)發(fā)了一系列運(yùn)動(dòng)控制軟件模塊</p><p>　　ＮＯＭＡＤ 它可以與通用計(jì)算機(jī)硬件和軟件組合 構(gòu)造開(kāi)放

129、結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器 卡－梅大</p><p>　　學(xué) Ｃａｒｎｅｇｉｅ?。停澹欤欤铮睢。眨睿椋觯澹颍螅椋簦。茫停?lt;/p><p>　　開(kāi)發(fā)了基于傳感的機(jī)器人動(dòng)態(tài)可重構(gòu)軟件</p><p><b>　　其</b></p><p>　　設(shè)計(jì)思想是將面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)的端口設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合起來(lái) ＣＩＭＥＴＲＩＸ 公司&

130、lt;/p><p>　　研究的開(kāi)放式控制器 ＲＯＢＯＬＩＮＥ 建立在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)平臺(tái)上</p><p>　　使用 Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ 模型連接</p><p>　　應(yīng)用編程環(huán)境和底層控制功能［１９］</p><p>　?。牛校樱希?公司基于 Ｗｉｎｄｏｗｓ?。玻埃埃?操作系統(tǒng)和工業(yè) ＰＣ 開(kāi)</p><p>　　發(fā)生產(chǎn)

131、了 ＲＣ４２０</p><p><b>　　ＲＣ５２０ 控制器</b></p><p>　　它允許用戶將自己創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)添加到控制器的</p><p><b>　?。樱校牛蹋Z(yǔ)言中</b></p><p>　　也允許用戶使用第三方軟件和硬件 　</p><p>　　我國(guó)在

132、開(kāi)放式機(jī)器人控制器方面也開(kāi)展了一些研究工作 中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所</p><p>　　開(kāi)發(fā)的基于工業(yè) ＰＣ 和 Ｗｉｎｄｏｗｓ 操作系統(tǒng)的開(kāi)放式機(jī)器人控制器 具有運(yùn)動(dòng)控制</p><p><b>　　多坐</b></p><p>　　標(biāo)變換 示教再現(xiàn)等功能［１９］</p><p>　　中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所開(kāi)發(fā)出了

133、基于 ＰＣ 平臺(tái)的弧</p><p>　　焊機(jī)器人控制器 成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)平面多關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人 點(diǎn)焊 弧焊機(jī)器人及移動(dòng)機(jī)器</p><p><b>　　人的控制</b></p><p>　　沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司開(kāi)發(fā)的基于工業(yè) ＰＣ 的機(jī)器人控制器</p><p>　　目前已作為 ＲＨ６－Ａ 弧焊機(jī)器人的配套控制器

134、批量生產(chǎn) 　</p><p><b>　　1.4</b></p><p><b>　　本課題研究意義</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)于改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式 全面提升企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力具有重大作</p><p>　　用［９］［１２］［３６］</p><p>　　隨著我

135、國(guó)加入 ＷＴＯ 和經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)變得更加劇烈</p><p><b>　　迫切需要</b></p><p>　　我國(guó)制造業(yè)進(jìn)行大規(guī)模的技術(shù)改造和設(shè)備更新 因而對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)</p><p>　　備的需求也將不斷增加</p><p>　　但我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)步伐較慢 工業(yè)機(jī)器人長(zhǎng)期大量依賴進(jìn)口<

136、;/p><p>　　從國(guó)外引進(jìn)的機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備不僅價(jià)格昂貴 而且使用效果很不理想 由此嚴(yán)重</p><p>　　制約了我國(guó)制造業(yè)的健康發(fā)展 據(jù)統(tǒng)計(jì) ２００４ 年以前已經(jīng)引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備中 有</p><p>　　近一半處于不能正常運(yùn)行的狀態(tài)</p><p>　　其中問(wèn)題較大的占 ３３％ 根本不能使用的高達(dá) １６％</p>

137、<p>　　造成這種問(wèn)題的主要原因包括 國(guó)外自動(dòng)化系統(tǒng)不適合國(guó)內(nèi)企業(yè)的工藝現(xiàn)狀 系統(tǒng)選型</p><p>　　不合理 缺乏足夠的售前和售中技術(shù)支持 售后服務(wù)跟不上等［３７］ 而機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)</p><p>　　構(gòu)封閉是導(dǎo)致機(jī)器人價(jià)格昂貴 售后服務(wù)不完善 機(jī)器人技術(shù)研究應(yīng)用發(fā)展緩慢的根本</p><p>　　原因 因此 研究和設(shè)計(jì)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于開(kāi)放式