1 簡介
　　
     隨著信息技術、材料技術、新能源技術等新技術與(yu) 製造技術的相互交叉、滲透、融合，現在的製造業(ye) 與(yu) 過去相比有了許多重大而深刻的變化。El益增長的複雜性是現在製造業(ye) 的一個(ge) 重要特點，這不僅(jin) 表現在製造係統中，還表現在所製造的產(chan) 品，製造過程以及企業(ye) 的結構中。這種複雜性為(wei) 工業(ye) 機器人的發展提供了一個(ge) 好的機遇，當然，也是一種挑戰!東(dong) 莞理工學院處於(yu) 東(dong) 莞鬆山湖高新開發區，東(dong) 莞作為(wei) 一個(ge) 現代製造業(ye) 名城，正處於(yu) 產(chan) 業(ye) 轉型的最關(guan) 鍵時期，如果能適時的把應用到各企業(ye) 生產(chan) 線的改造中，無疑將有著巨大的空間和前景。
　　
       本工業(ye) 機器人是一種精密型裝配機器人，采用四軸伺服電機驅動控製，實現四軸空間聯動，配置不同工具包可實現搬運、碼垛、裝配等工作，具有速度快、精度高、柔性好等特點，采用交流伺機服電機驅動，由操作機（機械本體(ti) ）、控製器、伺服驅動係統和傳(chuan) 感裝置構成：
　　
     （1）操作機：通過有限元分析、模態分析及仿真設計等現代設計方法的運用，機器人操作機已實現了優(you) 化設計。
　　
      （2）控製器：由開始應用香港固高科技有限公司的GT係列運動控製器到自主開發基於(yu) ARM9的控製器，並且實現了軟件伺服和全數字控製。
　　
      （3）伺服驅動係統：采用富士伺服器。
　　
      （4）傳(chuan) 感裝置：正在嚐試使用激光傳(chuan) 感器、視覺傳(chuan) 感器和力傳(chuan) 感器在機器人係統中應用，這樣就能實現自動化生產(chan) 線上物體(ti) 的自動定位以及精密裝配作業(ye) 等，大大提高了機器人的作業(ye) 性能和對環境的適應性。
　　
      （5）網絡通信：機器人控製器已實現了與(yu) Canbus、Profibus總線及一些網絡的連接，使機器人由過去的獨立應用向網絡化應用邁進了一大步，也使機器人由過去的專(zhuan) 用設備向標準化設備發展。

       2 數據通信方式
　　
        由於(yu) 串行通信所用的傳(chuan) 輸線少，傳(chuan) 輸的距離長，有利於(yu) 實時控製和管理，所以本係統采用了串行通信方式，“串行通信”時，數據在一根數據線上～位一位地進行傳(chuan) 輸，每一位數據都占用某一固定的時間段，但由於(yu) 計算機CPU與(yu) 接口之間按並行方式傳(chuan) 輸，接口與(yu) 外設之間按串行方式傳(chuan) 輸，因此在串行接口中必須有“接受移位寄存器”和“發送移位寄存器”，負責串行數據和並行數據間的轉換，能夠完成“串<——>並”轉換功能的電路稱為(wei) “通用異步收發器”。在傳(chuan) 輸的速度上，串行通信明顯低於(yu) 並口通信，但是串行通信的成本低、通信距離長的優(you) 勢是顯而易見的。
　　
       信息傳(chuan) 輸在一個(ge) 方向上隻占用一根通信線，這根線既作數據線又作聯絡線，上位機與(yu) 機器人間的協議按照如下三個(ge) 級別來組織的。
　　
      （1）物理層：是指用來執行這種通信的硬件，包括數據線和控製線本係統中采用RS232串口，機器人一端為(wei) 9針D形接頭，另一端RJ-45接頭連到了終端服務器TerminalServer擴展的串行接口上，然後通過終端服務器的網絡接口與(yu) FMS局域網相連、最終實現與(yu) 機器人控製算機的連接。硬件平台如圖1。

        （2）數據鏈路層：該層是一種低級的通信協議，該協議利用發送與(yu) 接受特殊的控製字符確保信息可靠的發送。工業(ye) 機器人控製器與(yu) 上位計算機之間的信息交換由字符串組成，該字符串包括實際要交換的信息以及附加的控製字符，附加字符是必須的，以便接受設備能夠決(jue) 定是否已接受到一個(ge) 完整的信息。發送一個(ge) 機器人的控製指令，需要經過以下六個(ge) 階段：發送開相、打包發送、發送閉相、接受開相、接受解包和接受閉相。
　　
       （3）應用層：該層是一種高級的通信協議，該協議定義(yi) 了每一種信息的內(nei) 容以及每一種信息的響應。機器人控製器接受到一個(ge) 信息後，信息必須由其控製器負責譯碼，並作出相應的動作，能夠響應上位計算機信息指令的軟件就稱為(wei) 應用級協議。在本係統中，主要由上位機發送L0ADV、SAVEV、JwAIT、START四類指令，實現微機啟動機器人並進行實時監控。
 

        3 控製器
　　
       如何有效地將其他領域（如圖像處理、聲音識別、最優(you) 控製、人工智能等）的研究成果應用到機器人控製係統的實時操作中，是一項富有挑戰性的研究工作．而具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控製器的研究無疑對提高機器人性能和自主能力、推動機器人技術的發展具有重大意義(yi) ．機器人控製器是根據指令以及傳(chuan) 感信息控製機器人完成一定的動作或作業(ye) 任務的裝置，它是機器人的心髒，決(jue) 定了機器人性能的優(you) 劣。

      這裏采用了串行的控製算法處理方式，機器人的控製算法是由串行機來處理。用上、下位機二級分布式結構，上位機負責整個(ge) 係統管理以及運動學計算、軌跡規劃等。下位機由多CPU組成，每個(ge) CPU控製一個(ge) 關(guan) 節運動，這些CPU和主控機聯係是通過總線形式的緊耦合。這種結構的控製器工作速度和控製性能明顯提高，但這些多CPU係統共有的特征都是針對具體(ti) 問題而采用的功能分布式結構，即每個(ge) 處理器承擔固定任務，控製器計算機控製係統中的位置控製部分，采用數字式位置控製。硬件平台本一開始采用固高公司生產(chan) 的GT係列運動控製器，可以同步控製四個(ge) 運動軸，實現多軸協調運動。其核心由ADSP2I8l數字信號處理器和FPGA組成，可以實現高性能的控製計算。研究過程中，有以下幾個(ge) 局限性：
　　
     （1）開放性差：局限於(yu) “專(zhuan) 用計算機、專(zhuan) 用機器人語言、專(zhuan) 用微處理器”的封閉式結構。封閉的控製器結構使其具有特定的功能、適應於(yu) 特定的環境，不便於(yu) 對係統進行擴展和改進；

    （2）軟件獨立性差：軟件結構及其邏輯結構依賴於(yu) 處理器硬件，難以在不同的係統間移植；
　　
     （3）容錯性差：由於(yu) 並行計算中的數據相關(guan) 性、通訊及同步等內(nei) 在特點，控製器的容錯性能變差，其中一個(ge) 處理器出故障可能導致整個(ge) 係統的癱瘓；
　　
     （4）擴展性差：目前，機器人控製器的研究著重於(yu) 從(cong) 關(guan) 節這一級較常見的，比如對空宅導彈導引火來說，鎖定和預偏是兩(liang) 個(ge) 經常要用到的功能，而它們(men) 卻對伺服係統的形式和速率傳(chuan) 感器的選擇提出丁不同的要求。#p#分頁標題#e#

      首先，如果在導引頭內(nei) 增加一套測速機元什，則問題就可以解決(jue) ，但這樣做會(hui) 使係統複雜程度提高，利於(yu) 產(chan) 品研製的工程化和小型化；再者，通過計算分析發現，在導彈的掛帆飛行狀態，導引光軸雖然要求複現的是相對彈體(ti) 的鎖定，搜索和雷達黼動信號，但導彈住掛機狀態彈體(ti) 擺動角速度不是太大，且擺動持續的時間也不會(hui) 很長，如果導引頭的鎖定品質能滿足要求，則利用速率陀螺來進行反饋的弊端就可被大大減弱。所以經過綜合考慮，決(jue) 定仍僅(jin) 采用速率陀螺作為(wei) 內(nei) 回路速度傳(chuan) 感器件，以科於(yu) 更好地實現光軸對El標的穩定跟蹤。

      4 仿真驗證
　　
      以隨動係統複現相對慣性空間穩定的輸入為(wei) 例，為(wei) 進一步比較兩(liang) 種方案，我們(men) 利用ADAMs軟件和MATLAB軟件一起進行了位標器運動學、動『J學和控製係統聯合仿真。仿真條件假設目標在空間靜止，在中環通道，分別利用陀螺速度反饋和測速機速度反饋，在彈體(ti) 擺動情況下，進行目標指示信息的隨動，對指向誤差（即光軸與(yu) 視線的夾角）的大小進行記錄，仿真結果如圖3所示。

       其中實線為(wei) 采用陀螺信號時的誤差，虛線為(wei) 采用測速機信號時的誤差。結果表明，采用陀螺信號作為(wei) 反饋信號可以有效地減小彈體(ti) 擺動情況係統的隨動誤差，此結果與(yu) 前麵理論分析結果也基本一致。

        5 結語
　　
      本文詳細分析了動基座隨動係統不同輸入信號的類型，得出對相對基座穩定的輸入采用測速機反饋、對相對慣性空間穩定的輸入采用速率陀螺反饋的傳(chuan) 感器選用原則，並以空空導彈導引頭為(wei) 例進行了ADAMs和MATLAB聯合數字仿真，仿真結果驗證了分析的正確性。

參考文獻:
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