直角坐标机器人运动控制硬件和软件的设计及实现(编辑修改稿)

直角坐标机器人运动控制硬件和软件的设计及实现(编辑修改稿)内容摘要：

系中的 X 轴 、 Y轴 、 Z 轴 ， 一般 X 轴 和 Y 轴 是水平方向运动的轴， Z 轴 是 竖直方向 的运动轴。 如图 12， 在本 文 的研究中， Z 轴 带有一个旋转轴 ， 加装焊枪等工具。 在 绝大多数情况 下各个直线运动轴之间的 夹角 是 直角。 图 21 笛卡尔 坐标机器人 2) 柱面 坐标机器人 柱面坐标机器人主要有垂直柱子、水平移 关节 和底座构成。 水平 移动关节 装在垂直柱子上，能自由伸缩，并可以沿垂直柱子上下 运动。 垂直 柱子 安装 在 底座上，并与水平移动关节一起绕底座 转动。 这种 机器人 在工作空间内部是一个圆柱面啊，如图 13 所示 ，因此将它 称作 柱面坐标机器人。 工作 范围较大， 却 不能到达近立柱和地面的工作空间 ； 直线部分可以采用液压 驱动 ，可以输出较大的动力；能够 伸入 型腔内侧。 但是 ， 直线部分难以密封 、 防尘。 图 22 柱面 坐标机器人 3) 球面 坐标机器人 它 与 装甲车的炮塔一样 ， 机器手能够 在 外伸缩移动、在垂直平面 内 摆动以及绕水平面内 转动。 所以 ，这种机器人的工作空间形成球面的一部分，成为 球面 坐标机器人。 如图 14 所示。 23 球面 坐标机器人 4) 关节 式 机器 人 它是由底座、大臂和小臂构成。 大臂 和 小臂可在通过底座的垂直平面内运动，如图 15 所示 ， 大臂和小臂之间的关节 称为 肘关节，大臂和底座之间的关节称为 肩关节。 在 水平面 上的旋转运动，既可以 由 肩关节完成，也可以绕底座 旋转完成。 这种机器人 类似 人的手臂，称为关节机器人。 图 24 关节式 机器人 按机器人 的控制方式 按照 机器人的控制方式可以 把 机器人分为非伺服机器人和伺服控制机器人两种。 1) 非伺服 机器人。 非伺服机器人按照预先 编好 的程序进行工作，使用终端限位开关、制动器、插销板和定序器来控制机器人的运动，工作原理如图 所示。 插销板 用来 预先 规定机器人的工作顺序，而且往往是可以调整的；定序器是一种定序开关或者步进装置，它能按照 预定 的正确顺序接通驱动装置的能源；驱动装置接通能源后，就带动 机器人 的手臂、 腕部和 手抓进行运动，当它们移动到由终端限位开关锁规定的位置时，限位开关 切换 工作状态，给定序器一个 “运动 已完成 ”的 信号，并使终端制动器动作 ， 切断驱动 能源。 机器人 完成 一个工作循环。 2) 伺服 控制机器人。 伺服控制 机器人有着更高的工作能力，但在某些情 况下不如非伺服机器人可靠。 如图 所示伺服 系统的输出可为机器人末端执行 装置 的位置、速度或力等。 通过 反馈传感器 取得的反馈信号与来自给定装置的综合信号，用比较器加以比较 后 ，得到误差信号，经过放大后用以控制机器人的驱动装置，进而带动末端执行器以一定的规律运动到达规定的物理参数。 按照 机器人 移动 方式分类 1) 固定 机器人，固定某个基座上 ， 智能通过移动 某个 关节完成任务。 2) 移动机器人 ，可沿某个方向或者任意方向移动。 这种 机器人 分为有轨式机器人、履带式机器人和步行机器人。 机器人 的技术 参数 机器人 的自由度 自由度 是机器人 由 机器人的结构决定，并直接影响到机器人的机动性。 机器人 的自由度 ： 机器人的自由度是指其末端相对于参考系能够独立 运动 的数目。 一般 情况 下啊，机器人的手臂可以看做连续连接的 刚体 组成。 若要求 机器人能够 达到空间任意位姿，则它应具有六个自由度，当然如果工具本身具有某种特别结构，可能就不需要六个自由度。 额定速度和额定负载 机器人 每个关节的运动过程一般包括启动加速阶段、匀速运动阶段、减速制动阶段，为了 缩短 机器人的运动周期，提高生产效率，希望启动阶段和制动阶段尽可能缩短，所以两阶段的加速度较大，将会产生很大的惯性力。 机器人保持 运动平稳性和运动精度的前提下能达到的最大 速度 称为额定速度。 在 某一 关节的运行速度 是 单轴速度，由各轴速度的合成 称为 合成速度。 机器人 在 额定速度和形成范围内，末端执行器所能承受的负载允许值称为额定负载。 极限 负载 是在限制作业的条件下，保证机械结构不损坏啊，末端执行器所能承受的最大值。 工作 空间 机器人的工作 空间指机器人手臂末端和手腕中心所能到达的 所有 点的集合。 因为 末端执行器 的 尺寸 和形状是多种多样的，为了 真实的 反映机器人的特征参数 ，一般指不安装末端执行器的工作区域。 分辨率 、位姿准确度、位姿重复性 分辨率 是机器人 各 关节能够实现的最小移动距离或 最小 转动精度，它有控制分辨率和空间分辨率之分。 控制分辨率 是机器人 控制器 根据指令控制的最小位移增量。 若机器人末端执行器借助于二进制 n位 指令移动距 离 为 d， 则控制分辨率为 d/ ； 对于转动关节，则为角度的运动范围 （ Φ / ） *l。 l 为 臂长。 空间分辨率是机器人末端执行器执行运动的最小增量。 空间分辨率 是 一种包括 控制分辨率 、机械误差 和 计算机计算时的圆整、近似计算等误差计算在内的误差。 机器人多次 执行 同一 位姿指令，其末端执行器在 指定坐标系 中实际位姿和指令位姿之间的偏差称作位姿准确度。 它 分为 位置准确度和姿态准确度。 在 相同 条件下啊，用 同 一方法 操作 机器人时，重复多次所测得的同一位姿 散布 的不。