河南西門子SMART擴(kuò)展模塊

時(shí)間：2018-06-04作者：湖南雙銀科技有限公司瀏覽：8

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SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入 SM DI08， 8 DI，24V DC，灌電流/拉電流






ET 200CN IM177 是全新的Profibus DP接口模塊，帶有集成的數(shù)字量輸入/輸出通道和Profibus DP快速連接接頭以及24VDC 400mA傳感器供電電源，可以擴(kuò)展較多6個(gè)SIMATIC S7-200或S7-200CN的數(shù)字量及模擬量擴(kuò)展模塊。   
  
性能特點(diǎn)   
* 接口模塊本機(jī)自帶14通道24VDC輸入/10通道繼電器輸出，配置靈活，也可以作為遠(yuǎn)程站單獨(dú)使用。   
*接口模塊集成24VDC 400mA傳感器供電電源。   
*可以連接較多6個(gè)SIMATIC S7-200或S7-200CN的數(shù)字量及模擬量擴(kuò)展模塊。  
*全新的Profibus DP網(wǎng)絡(luò)接線技術(shù)，直接連線安裝，節(jié)約成本，快速可靠。   
*網(wǎng)絡(luò)連接速度高達(dá)1.5M。   
*較佳的安裝尺寸。   
*完全在Step 7下實(shí)現(xiàn)硬件組態(tài)、編程及在線診斷。




聯(lián)系人：郭金秀
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SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入 SM DI08， 8 DI，24V DC，灌電流/拉電流
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SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸出 SM DR08， 8 DO，繼電器 2A


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SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸出 SM DT08， 8 DO，24V DC，晶體管 0.75A
6ES7288-2DR16-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入/輸出 SM DR16，8 個(gè)數(shù)字輸入/8 個(gè)數(shù)字輸出， 8 DI 24V DC，灌電流/拉電流， 8 DO，繼電器 2A
6ES7288-2DT16-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入/輸出 SM DT16，8 個(gè)數(shù)字輸入/8 個(gè)數(shù)字輸出， 8 DI 24V DC，灌電流/拉電流， 8 DO，晶體管 0.75A
6ES7288-2DR32-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入/輸出 SM DR32，16DI/16DO， 16DI 24V DC，灌電流/拉電流， 16DO，繼電器 2A
6ES7288-2DT32-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 數(shù)字輸入/輸出 SM DT32，16DI/16DO， 16DI 24V DC，灌電流/拉電流， 16DO，晶體管 0.75A
6ES7288-3AE04-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 模擬輸入 SM AI04，4 模擬輸入， 0...10V，0...5V，+/-5V，+/-2.5V， 或者 0/4-20mA 11 Bit+符號(hào)位（12 Bit ADC）
6ES7288-3AE04-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 模擬輸入 SM AI04，4 模擬輸入， 0...10V，0...5V，+/-5V，+/-2.5V， 或者 0/4-20mA 11 Bit+符號(hào)位（12 Bit ADC）
6ES7288-3AQ02-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 模擬輸出 SM AQ02，2 AO， +/-10V，11 Bit 分辨率， 或 4-20mA，10 Bit 分辨率
6ES7288-3AQ04-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART， 模擬輸出 SM AQ04，4 AO， +/-10V，11 Bit 分辨率， 或 4-20mA，11 Bit 分辨率
6ES7288-7DP01-0AA0
SIMATIC S7-200 SMART，ROFIBUSDP 從站模塊，9.6KB 至 12MB， 1 個(gè) PROFIBUS DP/MPI 接口
6ES7288-0CD10-0AA0
SIMATIC S7-200 smart 調(diào)節(jié)型電源 輸入：100-240 V AC 輸出：24 V/3 A DC






6ES72882DE080AA0	S7-200 SMART，EM DI08，數(shù)字量輸入模塊，8 x 24 V DC 輸入
6ES72882DR080AA0	S7-200 SMART，EM DR08，數(shù)字量輸出模塊，8 x 繼電器輸出
6ES72882DT080AA0	S7-200 SMART，EM DT08，數(shù)字量輸出模塊，8 x 24 V DC 輸出
6ES72882DR160AA0	S7-200 SMART，EM DR16，數(shù)字量輸入/輸出模塊，8 x 24 V DC 輸入/8 x 繼電器輸出
6ES72882DT160AA0	S7-200 SMART，EM DT16，數(shù)字量輸入/輸出模塊，8 x 24 V DC 輸入/8 x 24 V DC 輸出
6ES72882DR320AA0	S7-200 SMART，EM DR32，數(shù)字量輸入/輸出模塊，16×24 V DC 輸入/16 x 繼電器輸出
6ES72882DT320AA0	S7-200 SMART，EM DT32，數(shù)字量輸入/輸出模塊，16 x 24 V DC 輸入/16 x 24 V DC 輸出
6ES72883AE040AA0	S7-200 SMART，EM AE04，模擬量輸入模塊，4 輸入
6ES72883AE0 80AA0	S7-200 SMART，EM AE08，模擬量輸入模塊，8 輸入
6ES72883AQ020AA0	S7-200 SMART，EM AQ02，模擬量輸出模塊，2 輸出
6ES72883AQ040AA0	S7-200 SMART，EM AQ04，模擬量輸出模塊，4 輸出
6ES72883AM030AA0	S7-200 SMART，EM AM03，模擬量輸入/輸出模塊，2 輸入/ 1 輸出
6ES72883AM060AA0	S7-200 SMART，EM AM06，模擬量輸入/輸出模塊，4 輸入/ 2 輸出
6ES72883AR020AA0	S7-200 SMART，EM AR02，熱電阻輸入模塊，2 通道
6ES72883AR040AA0	S7-200 SMART，EM AR04，熱電阻輸入模塊，4 通道
6ES72883AT040AA0	S7-200 SMART，EM AT04，熱電偶輸入模塊，4 通道
6ES72887DP010AA0	S7-200 SMART，EM DP01，Profibus-DP從站擴(kuò)展模塊
6ES72880CD100AA0	PM207電源，輸入: 120/230 V AC (88-370 V DC)，輸出: 24 V DC/3 A
6ES72880ED100AA0	PM207電源，輸入: 120/230 V AC (88-370 V DC)，輸出: 24 V DC/5 A

全新的S7-200 SMART 帶來(lái)兩種不同類型的CPU模塊，標(biāo)準(zhǔn)型和經(jīng)濟(jì)型，*滿足不**業(yè)、不同客戶、不同設(shè)備的各種需求。標(biāo)準(zhǔn)型作為可擴(kuò)展CPU 模塊，可滿足對(duì)I/O 規(guī)模有較大需求，邏輯控制較為復(fù)雜的應(yīng)用；而經(jīng)濟(jì)型CPU 模塊直接通過單機(jī)本體滿足相對(duì)簡(jiǎn)單的控制需求。以太網(wǎng)通信，所有CPU模塊標(biāo)配以太網(wǎng)接口，支持西門子S7協(xié)議、TCP/IP協(xié)議、有效支持多種終端連接，可作為程序下載端口（使用普通網(wǎng)線即可）。

作為伺服驅(qū)動(dòng)主導(dǎo)企業(yè)，安川**提出了“機(jī)電一體化”的概念，現(xiàn)在已經(jīng)成為**通用的名詞。該理念于1960年代后期“將客戶的機(jī)械與本公司電機(jī)產(chǎn)產(chǎn)品相融合，從而發(fā)揮較強(qiáng)大功能”的想法，由安川電機(jī)在**率先提出。將電子技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械控制，謀求高性能化的機(jī)電一體化技術(shù)，今天在各類工業(yè)自動(dòng)化、效率化方面發(fā)揮著巨大的作用。

PLC通過安裝在軸承上的旋轉(zhuǎn)編碼器，判斷物料輸送距離及速率，到達(dá)位置之后通過中斷，向激光板卡發(fā)送標(biāo)刻指令，從而控制激光器等段距離標(biāo)刻。另一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器直接接入激光控制卡，采集的信號(hào)與來(lái)自PLC的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，出現(xiàn)**過誤差精度，說明是不合格品。此時(shí)提醒操作工人。







經(jīng)過系統(tǒng)調(diào)試，主體PLC通訊正常，并與上位機(jī)交互數(shù)據(jù)正常，目前該機(jī)已經(jīng)在客戶生產(chǎn)車間投入運(yùn)行，整體運(yùn)行穩(wěn)定，不但降低了人工成本，還提高了工作效率。通過OPC與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，從而提高控制精度。 

本文通過對(duì)機(jī)器人移動(dòng)功能的研制和開發(fā)，為適應(yīng)各種工作環(huán)境的不同要求而開發(fā)出各種移動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中*輪可以實(shí)現(xiàn)高精確定位、原地調(diào)整姿態(tài)和二維平面上任意連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)，具有一般的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法取代的*特特性，對(duì)于研究移動(dòng)機(jī)器人的自由行走具有重要愈義。綜合分析了現(xiàn)有移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，移動(dòng)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，分析了其運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；提出了移動(dòng)機(jī)器人靜態(tài)步行的穩(wěn)定性判定方法，規(guī)劃了機(jī)器人直線行走步態(tài)、**轉(zhuǎn)彎步態(tài)，以及跨越障礙物的行走步態(tài)；并采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)步態(tài)的控制。

本文首先介紹了伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)，其次介紹了伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理，最后從機(jī)器人移動(dòng)方式的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)三個(gè)方面來(lái)詳細(xì)介紹機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。

伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)

（1）精確的檢測(cè)裝置：以組成速度和位置閉環(huán)控制。

（2）有多種反饋比較原理與方法：根據(jù)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不相同。目前常用的有脈沖比較、相位比較和幅值比較3種。

（3）高性能的伺服電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱伺服電機(jī)）：用于高效和復(fù)雜型面加工的數(shù)控機(jī)床，伺服系統(tǒng)將經(jīng)常處于頻繁的啟動(dòng)和制動(dòng)過程中。要求電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的比值大，以產(chǎn)生足夠大的加速或制動(dòng)力矩。要求伺服電機(jī)在低速時(shí)有足夠大的輸出力矩且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以便在與機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分連接中盡量減少中間環(huán)節(jié)。

（4）寬調(diào)速范圍的速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即速度伺服系統(tǒng)：從系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床的位置閉環(huán)系統(tǒng)可看作是位置調(diào)節(jié)為外環(huán)、速度調(diào)節(jié)為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，其內(nèi)部的實(shí)際工作過程是把位置控制輸入轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的速度給定信號(hào)后，再通過調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際位移。數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)要求調(diào)速性能也比較高，因此要求伺服系統(tǒng)為高性能的寬調(diào)速系統(tǒng)。

伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理

伺服控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種對(duì)機(jī)械工作過程實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制的反饋控制系統(tǒng)，多用于對(duì)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行控制。伺服控制系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為液壓伺服系統(tǒng)、氣動(dòng)伺服系統(tǒng)和機(jī)電伺服系統(tǒng)。前兩者特色明顯，但應(yīng)用范圍有一定的限制。而機(jī)電伺服系統(tǒng)的能源是可以用較方便較靈活的方式加以利用的電能，其驅(qū)動(dòng)元件是可按各種特定需求設(shè)計(jì)和選用的電動(dòng)機(jī)，可以達(dá)到較為優(yōu)異的系統(tǒng)性能，因此成為應(yīng)用較為廣泛的伺服系統(tǒng)。

機(jī)電伺服控制系統(tǒng)以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為**，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。根據(jù)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載的不同，伺服系統(tǒng)可以應(yīng)用在*、工業(yè)、民用等眾多場(chǎng)合，如：*領(lǐng)域的雷達(dá)掃描器、光電跟蹤隨動(dòng)器、火控系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)及用于半實(shí)物仿真的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、舵機(jī)負(fù)載模擬器等；工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化產(chǎn)線、機(jī)床、機(jī)械臂、監(jiān)控設(shè)備轉(zhuǎn)臺(tái)等。

基于PLC的機(jī)器人伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳解

一、機(jī)器人移動(dòng)方式的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、移動(dòng)方式的選擇

現(xiàn)在主流的移動(dòng)方式基本是輪式、腿式和履帶式，但由于其各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，現(xiàn)在的科學(xué)家越來(lái)越追求綜合性能的提高。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)速度快、能量利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便和能借鑒至今已很成熟的汽車技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，只是越野性能不太強(qiáng)。而腿式移動(dòng)結(jié)構(gòu)雖然有很好的越野能力，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低等缺點(diǎn)。對(duì)于履帶式主要是由于沉重的履帶和繁多的驅(qū)動(dòng)輪使得整體機(jī)構(gòu)笨重，消耗的功率也相對(duì)較大。

針對(duì)本次設(shè)計(jì)的環(huán)境主要是人為環(huán)境，地勢(shì)較平坦，但也需要對(duì)臺(tái)階、樓梯等障礙物進(jìn)行考慮，所以我打算設(shè)計(jì)輪腿結(jié)合式的移動(dòng)方式，在平坦的道路利用輪式結(jié)構(gòu)效率高，*等優(yōu)點(diǎn)，在需要上臺(tái)階，上樓梯等地方采用腿式結(jié)構(gòu)進(jìn)行越障。由于機(jī)器人中含腿式結(jié)構(gòu)且需要上臺(tái)階和爬樓梯所以采用四腿結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)殡m然對(duì)于臺(tái)階就算是輪式結(jié)構(gòu)也能滿足要求，但是對(duì)于爬樓梯輪式結(jié)構(gòu)就不行了，所以需要腿式結(jié)構(gòu)的存在，生活中樓梯隨處可見，如果要使機(jī)器人有較好的環(huán)境適應(yīng)能力，上樓梯是必須要克服的。我決定選擇四輪腿式結(jié)構(gòu)，而基本結(jié)構(gòu)如圖1。中間為機(jī)器人主體，里面**器人的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)上肢轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，四肢末端為輪胎，機(jī)器人每條腿都分為上肢和下肢，中間為關(guān)節(jié)，下肢可繞其轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1 機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)

2、機(jī)器人移動(dòng)原理構(gòu)想

由于環(huán)境較好，基本屬于平坦地面，故主要移動(dòng)方式為輪式移動(dòng)，在需要上臺(tái)階或樓梯是才使用腿式結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)橥仁浇Y(jié)構(gòu)效率較低，只在必須使用腿式結(jié)構(gòu)的時(shí)候才使用，這樣既能提高機(jī)器人的移動(dòng)效率，也能是機(jī)器人有較好的越障能力。對(duì)于上臺(tái)階與爬樓梯的原理基本相同，故我只說明我對(duì)爬樓梯的移動(dòng)原理的構(gòu)想。

首先是要在機(jī)器人機(jī)身上安裝傳感器，使其能夠感應(yīng)到**的障礙物樓梯，然后就是爬樓梯的過程。在準(zhǔn)備爬樓梯的時(shí)候，首先要把輪子上的剎車系統(tǒng)啟動(dòng)，是輪子不能轉(zhuǎn)動(dòng)。然后爬樓梯的過程如同人走樓梯一樣，先輪流上前腳，等前腳站穩(wěn)，再輪流上后腳。

3、機(jī)器人輪子的選擇

現(xiàn)在市面上的輪子有很多，有標(biāo)準(zhǔn)輪，小腳輪，麥克納姆輪，球形輪，正交輪等。我決定選用麥克納姆輪，因?yàn)樗芎芎玫南蚋鱾€(gè)方向移動(dòng)且沒有球形輪那么難控制，而且現(xiàn)在麥克納姆輪的制作也比較成熟。

麥克納姆外形像一個(gè)斜齒輪，輪齒是能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓形輥?zhàn)樱佔(zhàn)拥妮S線與輪的軸線成α角度。這樣的特殊結(jié)構(gòu)使得輪體具備了三個(gè)自由度：繞輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿輥?zhàn)虞S線垂線方向的平動(dòng)和繞輥?zhàn)优c地面接觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，驅(qū)動(dòng)輪在一個(gè)方向上具有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)能力的同時(shí)，另外一個(gè)方向也具有自由移動(dòng)（被動(dòng)移動(dòng)）的運(yùn)動(dòng)特性。輪子的圓周不是由普通的輪胎組成，而是分布了許多小滾筒，這些滾筒的軸線與輪子的圓周相切，并且滾筒能自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，車輪以普通方式沿著垂直于驅(qū)動(dòng)軸的方向前進(jìn)，同時(shí)車輪周邊的輥?zhàn)友刂涓髯缘妮S線自由旋轉(zhuǎn)。

采用*移動(dòng)機(jī)構(gòu)的車輪組合情況，輪中的小斜線表示觸地輥?zhàn)拥妮S線方向。每個(gè)*輪都由一臺(tái)直流電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，通過四個(gè)*輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向適當(dāng)組合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在平面上三自由度的*移動(dòng)。4個(gè)*輪組成的機(jī)器人底座的力分析如圖，其中為輪子滾動(dòng)時(shí)小輥?zhàn)邮艿捷S向的摩擦力；為小輥?zhàn)幼鰪膭?dòng)滾動(dòng)時(shí)受到的滾動(dòng)摩擦力；ω為各輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。

4、機(jī)器人腿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的腿部分為上肢和下肢兩個(gè)部分，上肢連接著機(jī)器人的主體和下肢，下肢連接著輪胎，由于要使機(jī)器人腿能夠滿足運(yùn)動(dòng)要求，所以還需在上肢與機(jī)器人主體連接處設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)節(jié)，一個(gè)使腿部結(jié)構(gòu)能在機(jī)器人側(cè)面平面旋轉(zhuǎn)360度。而且由于要控制轉(zhuǎn)動(dòng)和其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度故需要在上肢與下肢關(guān)節(jié)處安裝小型電機(jī)，所以要留出空間安裝電機(jī)和線路。

如圖2所示，上肢上部分有一個(gè)孔與一根軸，軸是與主體內(nèi)電機(jī)通過聯(lián)軸器相連，從而來(lái)控制上肢繞主體的轉(zhuǎn)動(dòng)，孔與下部分的豎直孔用來(lái)通過電線，較下面兩孔是用來(lái)和下肢相連。總長(zhǎng)約70厘米，寬度約16厘米。

圖2 上肢與下肢UG3維結(jié)構(gòu)圖

二、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是機(jī)器人系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)系統(tǒng)精確地完成各項(xiàng)任務(wù)起著重要作用，有時(shí)也可作為一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器。構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的要素有：計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)及控制軟件、輸入/輸出設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、傳感器系統(tǒng)，它們之間的關(guān)系如圖3所示

移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的功能和體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能設(shè)計(jì)主要完成控制功能和算法的軟件設(shè)計(jì)，而體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是功能在硬件上的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)面向的任務(wù)和環(huán)境不同，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也不同。目前機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)存在主要問題有：系統(tǒng)局限于**微處理器、**機(jī)器人語(yǔ)言，開放性差；軟件結(jié)構(gòu)依賴于微處理器硬件，難以在不同系統(tǒng)間移植;擴(kuò)展性差。針對(duì)這些不足，進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下要求：

（1）開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用開放式軟件、硬件結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要方便擴(kuò)充功能，使其適用于不同目的的科研需求；

（2）合理的模塊化設(shè)計(jì)。硬件根據(jù)系統(tǒng)要求和電氣特性進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅方便安裝和維護(hù)，而且提高系統(tǒng)的可靠性;軟件按功能分成不同模塊，便于修改、添加；

（3）實(shí)時(shí)性、多任務(wù)要求?？刂破鞅仨毮茉诖_定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)外部中斷的處理，并且可以多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行；

（4）網(wǎng)絡(luò)通信功能，便于資源共享和多機(jī)器人協(xié)同；

（5）具有一定智能，能根據(jù)實(shí)際情況判斷和決策，如給定速度突變或在合理范圍之外時(shí)的處理、對(duì)故障的自動(dòng)診斷等。

1、機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

目前，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制中較為常見的有直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)。對(duì)于我的課題來(lái)說，一個(gè)能控制速度的電機(jī)作為麥克納姆輪使用，也需要一個(gè)能精確可控制角度且可以保持的電機(jī)作為腿部關(guān)節(jié)使用。經(jīng)過我初步估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速不是很大，如果使用直流電機(jī)，由于轉(zhuǎn)速和力矩的影響，需配置減速器，且不能控制角度。而如果使用步進(jìn)電機(jī)，需配置驅(qū)動(dòng)器。為滿足系統(tǒng)的控制要求，考慮到經(jīng)濟(jì)性等，我準(zhǔn)備采用Dynamixel系列AX-12舵機(jī)它是機(jī)器人**的伺服電機(jī)。它不但能精確控制角度，作為關(guān)節(jié)角度控制；也可以通過軟件設(shè)置為無(wú)限旋轉(zhuǎn)模式，作為車輪使用。

舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是：控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20mS，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。AX-12舵機(jī)是一款智能化、模塊化的動(dòng)力裝置，主要由一個(gè)微處理器、一個(gè)精確的直流電機(jī)、齒輪減速器、位置傳感器、溫度傳感器以及具備通訊功能的控制芯片等組成。

由于AX-12內(nèi)部配有一個(gè)ATmega8微處理器，用來(lái)接收控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)包，通過相應(yīng)的處理后給伺服電機(jī)發(fā)送PWM信號(hào)來(lái)控制電機(jī)的起停。因此，控制舵機(jī)實(shí)際上是去控制ATmega8舵機(jī)的狀態(tài)和參數(shù)都存儲(chǔ)在ATmega8的RAM和EEPROM相應(yīng)的地址里，對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制也就是對(duì)舵機(jī)的相應(yīng)地址讀和寫數(shù)據(jù)的過程。如表1所示為舵機(jī)的具體參數(shù)。

2、機(jī)器人的感知系統(tǒng)

環(huán)境感知能力是移動(dòng)機(jī)器人除了移動(dòng)之外較為基本的一種能力，感知能力的高低直接決定了機(jī)器人的智能性。}fU感知能力是由感知系統(tǒng)決定的，感知系統(tǒng)是機(jī)器人與環(huán)境、人實(shí)現(xiàn)交互的重要I/O工具，是機(jī)器人獲取信息的窗口。移動(dòng)機(jī)器人之所以能在已知或未知的環(huán)境中面向目標(biāo)自主運(yùn)動(dòng)，完成一定的作業(yè)功能，是因?yàn)樗軌蛲ㄟ^多傳感器感知外部環(huán)境信息和自身狀態(tài)。

移動(dòng)機(jī)器人的傳感器可分為內(nèi)部和外部?jī)深悅鞲衅?。?nèi)部傳感器用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人本身的狀態(tài)，是完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所必須的那些傳感器，如位置、速度傳感器等，它們是構(gòu)成機(jī)器人不可缺少的基本原件之一。外部傳感器用來(lái)檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境及狀況的傳感器，取決于機(jī)器人所要完成的任務(wù)，如視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、聲音傳感器等。機(jī)器人用這些傳感器采集各種信息，然后采取適當(dāng)?shù)姆椒?，將多個(gè)傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機(jī)器人進(jìn)行智能作業(yè)。

本設(shè)計(jì)中除了采用AX-12舵機(jī)中自帶的位置、速度、溫度、供電電壓及扭矩等內(nèi)部傳感器外，還采用AX-S1傳感器模塊作為外部傳感器。

3、內(nèi)部傳感器

AX-12舵機(jī)不但內(nèi)置有位置、速度傳感器用于檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度以及舵機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，還有內(nèi)部溫度、供電電壓以及扭矩等傳感器，用于檢測(cè)舵機(jī)內(nèi)部的狀態(tài)。當(dāng)AX-12舵機(jī)內(nèi)部溫度、扭矩、供電電壓等**過額定范圍時(shí)，它主動(dòng)反饋這種情況。此外，它還會(huì)閃動(dòng)LED燈或關(guān)閉舵機(jī)扭矩來(lái)保護(hù)自己。

4、外部傳感器

Dynamixel系列AX-12傳感模塊可以說是“麻雀雖小，五臟俱全”，它包含了紅外距離傳感器、紅外遙控器、聲音探測(cè)傳感器、光度探測(cè)傳感器、溫度探測(cè)傳感器以及還具有蜂鳴器的功能。

三、機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況可能會(huì)根據(jù)路面情況不斷變化，因而電機(jī)的負(fù)載也在不停的變化，所以要實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件（腿）的行程的準(zhǔn)確控制不能單純依靠對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行限定，必須要在執(zhí)行元件上安裝反饋位置的傳感器，這樣，當(dāng)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)到規(guī)定的位置時(shí)就能通過控制系統(tǒng)給電機(jī)一個(gè)反饋信號(hào)，從實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

六條腿中1、3、5，2、4、6分別是相同的，所以進(jìn)行控制設(shè)計(jì)時(shí)只需以1、2兩腿的配合為例說明即可，3、5腿與1腿相同，4、6腿與2腿相同。

（1）*1腿的傳感器：

在上下擺動(dòng)的極限位置安裝行程開關(guān)，上極限B1，下極限A1。在前后擺動(dòng)的極限位置和中點(diǎn)位置安裝行程開關(guān)，前極限Z1，后極限X1，中點(diǎn)位置O1。

（2）*2腿的傳感器：

在上下擺動(dòng)的極限位置安裝行程開關(guān)，上極限B2，下極限A2。在前后擺動(dòng)的極限位置和中點(diǎn)位置安裝行程開關(guān)，前極限Z2，后極限X2，中點(diǎn)位置O2。

四、結(jié)論

在對(duì)移動(dòng)方式的選擇上我首先就選擇了麥克納姆輪，因?yàn)辂溈思{姆輪工藝已經(jīng)比較成熟，而且能*移動(dòng)。然后對(duì)其原理進(jìn)行了闡述。接著是機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先設(shè)計(jì)重要的腿部結(jié)構(gòu)，然后是主體部分，這個(gè)過程都是運(yùn)用UG7.5來(lái)完成的。之后對(duì)電機(jī)類型進(jìn)行選擇，較終因?yàn)槠鋬?yōu)秀的功能選擇了舵機(jī)。在對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，較終簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的框架，并沒有對(duì)內(nèi)部指令等進(jìn)行編輯。





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