计算机控制的手臂机器人位置伺服系统设计与实现
机器人控制系统的设计与实现
机器人控制系统的设计与实现在现代科技的发展下，机器人已经成为工业生产和日常生活中不可或缺的一部分。
为了更好地控制机器人的运动和操作，人们需要设计和实现一个高效可靠的机器人控制系统。
本文将介绍机器人控制系统的基本原理、设计步骤以及系统组成。
一、机器人控制系统的基本原理机器人控制系统的基本原理是通过输入控制指令，经过数据处理和运算，控制机器人执行相应动作。
机器人控制系统通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括感知装置、执行器和控制器。
感知装置用于实时获取机器人所处环境的信息，如距离、视觉、温度等数据。
执行器用于将控制信号转化为机械运动，例如驱动电机、执行臂等。
控制器是硬件部分的核心，用于接收和处理输入信号，并产生相应的控制信号给执行器。
软件部分通常包括系统软件和应用软件。
系统软件主要负责机器人的运行管理和数据处理，如操作系统、传感器驱动程序等。
应用软件则根据机器人的不同功能和任务进行开发，如工业自动化、医疗护理等领域的应用软件。
二、机器人控制系统的设计步骤1.需求分析：根据机器人的应用场景和功能需求，对控制系统的性能要求进行分析和规划。
2.系统设计：根据需求分析的结果，设计系统的硬件和软件框架。
确定感知装置、执行器和控制器的选择和集成方案，以及系统软件和应用软件的开发方案。
3.系统集成：将硬件和软件组件进行集成，并进行各组件之间的接口测试和调试。
确保硬件和软件的相互兼容和稳定性。
4.系统优化：在集成调试的基础上，对系统进行性能优化和功能增强。
通过算法优化、控制参数调整等方法，提高机器人的响应速度和运动精度。
5.系统测试：进行全面的系统测试，模拟各种工作场景和极端情况，验证控制系统的性能和可靠性。
对测试结果进行分析和修正，直到系统能够满足预期要求。
6.系统部署和维护：将经过测试和优化的机器人控制系统部署到实际应用中，并进行长期的维护和支持。
及时处理系统故障和性能下降问题，保证系统的可持续运行。
三、机器人控制系统的组成1.感知装置：包括传感器、摄像头、激光雷达等，用于获取机器人周围环境的信息，为控制系统提供输入数据。
基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现
基于PLC与HMI的伺服电机运动控制系统设计与实现摘要：随着计算机技术、可编程控制器及触摸屏科技的进步，现在机械制造行业几种控制系统越来越多的被应用到处理复杂事务中使其变得处理简易，在生活中，几种控制系统的应用提高了生产效率，使我们生活变得简单化，提高了机械产品的安全性和可操作性。
本文提出了选用S7-200SMARTCPUST30PLC为主控制器，发送脉冲指令作为伺服驱动器的输入信号，通过伺服驱动器实现对伺服电机前/后点动及连续运转、相对/绝对位置的精确控制以及自动查找参考点等操作，由SMART1000IEV3触摸屏搭建监控画面的思路。
关键词：伺服电机；PLC；运动控制；HMI1、系统总体方案设计1.1PLC和HMI简介1.1.1可编程里辑控制器简介可编辑逻辑控制器简称PLC，能够适应工作环境较为恶劣的条件，适用范围较广。
另外，PLC的维护较为方便，使用可靠性比较高。
CPU的运行状态是决定系统流畅的重要保证，而PLC的工作状态就是通过软件控制CPU的运行情况，当然通过硬件开关进行强制控制也是一种有效的控制手段，比如在进行测试阶段或者对系统进行检修时，硬件控制是一种较为方便的方式。
1.1.2 HMI简介随着我国工业水平提高，在生产过程中生产工艺越来越复杂，生产设备也在不断更新换代，生产控制人员不仅仅要对生产的每个流程熟知，还要对设备运行状况了解，做到设备运转的透明化。
HMI便是实现人机互通的关键技术，它实现了工作人员与机器之间的可靠连接。
在工作人员与Wincc flexible之间，HMI是实现二者链接的重要接口。
在控制器与Wincc flexible之间也同样需要这样的接口。
1.2 总体方案设计整个系统分为硬件设计、PLC程序设计、HMI与PLC通讯、系统实验调试共4部分。
硬件方面，主控制器选用S7-200SMARTCPUST30PLC，发送脉冲指令作为台达伺服驱动器（ASDA-B2-0121-B）的输入信号；通过伺服驱动器实现控制伺服电机（ASDAB2）的旋转速度和驱动丝杆滑台的移动位置[1]。
基于运动控制器的SCARA机器人及控制系统设计
1绪论1.1 SCARA机器人的现状、发展SCARA（平面关节型）机器人是一种精密型装配机器人，在水平方向具有顺应性，在垂直方向具有很大的刚性，具有速度快、精度高、柔性好等特点，采用伺服电机驱动，可应用于电子、机械和轻工业等有关产品的自动装配、搬运、调试等工作。
迄今为止，SCARA机器人仍被认为是自动加工生产中不可或缺的元素。
在各种自动机械手臂的选择中，SCARA是被广泛认可的。
由于它的速度、成本效率、可靠性和在工作过程中的小轨迹，使它在很多的工作中仍然是最好的机器人，比如：分配、装载、包装、安放以及装配和码跺等。
近年来，其有效载重能力的提高，对智能系统地整合以及末端感应器种类的增加等因素都很好的扩展了SCARA机器人的应用。
但是，对于机器人的控制大部分仍是以嵌入式单片机为核心的 ,其运算速度和处理能力远不能满足机器人控制系统飞速发展的需要 ,日益成为阻碍机器人技术进步的瓶颈。
随着以电子计算机和数字电子技术为代表的现代高技术的不断发展 ,尤其是高速度数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现 ,从根本上解决了嵌入式系统运算能力不足的问题 ,并为机器人运动控制系统的改进提供了新的途径。
该设计正是从这一点出发 , 选用控制能力很强的DSP芯片作为机器人控制器的主处理器 ,设计出一套功能强大、使用方便的机器人运动控制系统 ,从根本上解决了单片机带来的各种问题。
1.2 运动控制器的现状、发展目前，国内外的运动控制器大致可以分为3类：（1）以单片机或微处理器作为核心的运动控制器。
这类运动控制器速度较慢，精度不高，成本相对较低。
在一些只需要低速点位运动控制和对轨迹要求不高的轮廓运动控制场合应用。
（2）以专用芯片（ASIC）作为核心处理器的运动控制器。
这类运动控制器结构比较简单，但这类运动控制器大多数只能输出脉冲信号，工作于开环控制方式。
这类控制器对单轴的点位控制场合是基本满足要求的，但对于要求多轴协调运动和高速轨迹插补控制的设备，这类运动控制器不能满足要求。
工业机器人运动控制系统的设计与实现
工业机器人运动控制系统的设计与实现摘要:近年来,中国工业机器人发展取得了较快的进展,工业机器人的广泛应用推动了中国工业在各个方面的技术发展,为整个制造行业提供了标准与秩序,大大提升了中国工业的制造质量。
工业机器人之所以能广泛应用于高度自动化的行业领域,关键在于其本身同时具备示教再现和动作控制这两项特性。
本篇主要围绕动作控制系统,论述了工业机器人动作控制的基本原则。
关键词:产业机器人;运动控制器;系统应用引言现如今,工业生产机器人技术也已应用在车辆与零配件的生产、机械设备加工、食物工业生产、木制品及家具产品制造商等应用领域。
工业机器人已是世界各国先进工业中不可或缺的关键装置和技术。
在工业机器人开始运转前,由操作员先把工业机器人的运动数据(如运动速度、所在位置等)及其动态代号,送入工业机器人的控制。
然后再启动工业机器人。
此时,工业机器人将会根据操作员从其控制器中提供的相关数据及其动态代号,完成一系列移动位置、捕捉、投放、喷涂、连接等动态。
1工业机器人运动控制系统概述工业机器人是在工业生产过程中完成特定动作的机器人设备,它可以通过预先编写好的控制软件和设备本身的动力系统自动进行操作。
运动控制器是工业机器人的关键部分,决定了工业机器人的操作完成精度和智能化水平。
工业机器人通常采用预先编好的控制程序实现各种操作轨迹的动作过程。
而运动控制器最注重的是工业机器人动作的连续性。
从A到B,然后从B到C,然后再从C到D。
在工业机器人的整个运行过程中动作必须保持连续性,而且没有停顿。
连续轨迹的运动控制系统为了达到工业机器人动作的连续性,通常要求运行人在工业机器人的系统中明确规定了连续轨道操作的有关信息,包括所在位置、操作位置、动作速度等。
需注意的是,连续轨迹运动控制系统的连续性工作,不但需要工业机器人动作的不停顿,而且需要对工业机器人的运动速率控制、运动姿态稳定。
有鉴于此,连续轨迹运动控制系统的重点技术指标就在于运动控制器对工业机器人的轨迹追踪的精确性,以及对工业机器人的运动速率的可控性和运动姿态的均衡性。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计解析
唐山学院毕业设计设计题目：基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计系别：信息工程系班级：11电气工程及其自动化3班姓名：刘亮指导教师：田红霞2015年6月1日基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要机械臂控制器作为机械臂的大脑，对于它的研究有着十分重要的意义。
随着微电子技术和控制方法的不断进步，以单片机作为控制器的控制系统越来越成熟。
本课题正是基于单片机的机械臂控制系统的研究。
本文首先介绍了国内外机械臂发展状况以及控制系统的发展状况。
其次，阐述了四自由度机械手臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。
详细阐述了机械臂控制系统中单片机及其外围电路设计、电源电路设计和舵机驱动电路设计。
在程序设计中，着重介绍了利用微分插补法进行PWM调速的程序设计。
并给出了控制器软件设计及流程图。
最后，给出了系统调试中出现的软硬件问题，进行了详细的分析并给出了相应的解决办法。
关键词：机械臂单片机自由度舵机PWMDesign of Multi DOF Manipulator ControllerBased on MCUAbstractAs the brain of robot arm, manipulator controller is very important for its research.With the development of microelectronics technology and control method, the control system of MCU is becoming more and more mature.This thesis is based on the research of the manipulator control system of MCU.Firstly,it is introduced the development of the manipulator and the control system at home and abroad.Secondly,it is given the circuit and software design for the four DOF manipulator in this disertation.it is expatiated the Single Chip Microcomputer(SCM),the relative circuit design ,Power circuit design,and driver circuit design of manipulator control system.In the design of the program, the design of PWM speed regulation by differential interpolation is introduced emphatically. The software design and flow chart of the controller are given.Finally,it is presented the problems of hardware and software in practive given resolves.Key word: Manipulator;MCU;DOF;Steering engine;PWM目录1引言 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2国内外机械臂研究现状 (2)1.2.1国外机械臂研究现状 (2)1.2.2国内机械臂研究现状 (3)1.3机械臂控制器的发展现状 (3)1.4本设计研究的任务 (4)2机械结构与控制系统概述 (5)2.1机械结构 (5)2.2控制系统 (6)2.3系统功能介绍 (8)2.4舵机工作原理与控制方法 (8)2.4.1概述 (8)2.4.2舵机的组成 (8)2.4.3舵机工作原理 (9)3系统硬件电路设计 (11)3.1时钟电路设计 (11)3.2复位电路设计 (11)3.3控制器电源电路设计 (12)3.4舵机驱动电路 (13)3.5串口通信电路设计 (13)4系统软件设计 (14)4.1四自由机械臂轨迹规划 (15)4.2主程序设计 (16)4.3舵机调速程序设计 (17)4.3.1舵机PWM信号 (17)4.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出 (18)4.4初末位置置换子程序 (21)4.5机械爪控制程序 (22)4.6定时器中断子程序 (23)4.6.1定时器T1中断程序 (23)4.6.2定时器T0中断子程序 (24)5系统软硬件调试 (25)5.1单片机系统开发调试工具 (25)5.1.1编程器 (25)5.1.2集成开发环境Keil和Protues (25)5.2控制系统的仿真 (26)5.3软件调试 (27)5.4硬件调试 (27)5.5软硬件联合调试 (28)6结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)1引言1.1研究的背景和意义机器人是传统的机械结构学结合现代电子技术、电机学、计算机科学、控制理论、信息科学和传感器技术等多学科综合性高新技术产物,它是一种拟生结构、高速运行、重复操作和高精度机电一体化的自动化设备。
水下机器人机械手臂的设计与控制
水下机器人机械手臂的设计与控制在水下环境中，机械手臂需要具备良好的自由度和灵活性，以完成各种复杂的任务，例如探测海底资源、进行海底建设和维护等。
因此，机械手臂的设计需要兼顾结构刚性和运动自由度之间的平衡。
在机构结构设计方面，水下机器人机械手臂通常采用串联多关节链结构，以增加其自由度，并且可以实现较大范围的工作空间。
每个关节通常由电机、减速器和传感器构成，其中电机提供驱动力，减速器用于减小电机输出的转速，并增加扭矩，传感器用于测量关节的角度和位置信息。
通过控制各个关节的运动，整个机械手臂可以实现复杂的运动轨迹和姿态。
在选择执行器方面，由于水下环境中存在高压、低温和腐蚀等特点，传统的执行器如液压和气动执行器往往难以满足要求。
因此，电动执行器常常被用于水下机器人机械手臂中。
电动执行器具有结构简单、体积小、响应速度快、易于控制和维护等优点，并且适应水下环境的要求。
目前，常用的电动执行器包括直流电机、步进电机和伺服电机等。
在控制策略方面，水下机器人机械手臂的控制可以分为位置控制和力/力矩控制两种方式。
在位置控制中，通过控制各个关节的位置，使机械手臂达到期望的姿态。
常用的控制算法有PID控制、自适应控制和模糊控制等。
在力/力矩控制中，机械手臂通过感知外部环境的力或力矩信息，并对其进行反馈控制，以实现对物体的抓取、操纵和移动等任务。
力/力矩控制常用的算法有力/力矩反馈控制和神经网络控制等。
此外，水下机器人机械手臂还需要考虑以下几个方面的特点。
首先，由于水下环境的高压和腐蚀性，机械手臂需要采用防水和防腐蚀材料进行封装和保护。
其次，由于水下环境的视觉信息受限，机械手臂通常需要结合其他传感器，如压力传感器和声纳传感器等，以提供更多的环境信息。
最后，机械手臂的控制系统需要具备很高的稳定性和可靠性，以应对复杂的水下工作环境。
综上所述，水下机器人机械手臂的设计和控制涉及机构结构设计、执行器选择和控制策略等多个方面。
通过合理的设计和控制，机械手臂能够在水下环境中具备较高的操作能力和任务执行效果，进一步推动水下机器人技术的发展。
工业机器人手臂设计
目录目录 (2)摘要 (1)第一章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2 工业机器人的含义及技术概述 (3)1.3 工业机器人的组成 (4)1.4 工业机器人的发展及国内外发展趋势 (5)第二章工业机器人的设计 (10)2.1 机械手的设计方法 (10)2.1.1 机械手的选择与分析 (10)2.1.2 直角坐标机器人的设计方法 (11)2.2 机械手的结构设计 (15)2.2.1 机器人的总体设计 (15)2.2.2 机械手的臂部设计 (16)2.3 SC900三轴伺服驱动机器人机构的特点 (17)第三章工业机器人的运动系统分析 (19)3.1 工业机器人的运动系统分析 (19)3.1.1机器人的运动概述 (19)3.2 工业机器人运动控制 (20)3.1.2 机器人的驱动方式 (20)第四章SC900三轴伺服驱动机器人典型零件的设计 (22)4.1 伺服电机的选择 (22)4.2 减速机的选择 (24)4.3 齿轮齿条的选择 (24)4.4导轨的选择 (25)图4-3.3 ABBA直线电机BRH20A型号的导轨 (28)第五章结论 (29)参考文献 (30)致谢 (32)摘要我国的工业机器人研制虽然起步晚，但是有着广大的市场潜力，有着众多的人才和资源基础。
在十一五规划纲要等国家政策的鼓励支持下，在市场经济和国际竞争愈演愈烈的未来，我们一定能够完全自主制造出自己的工业机器人，并且将工业机器人推广应用到制造与非制造等广大的行业中，提高我国劳动力成本，提高我国企业的生产效率和国际竞争力，从整体上提高我国社会生产的安全高效，为实现伟大祖国的复兴贡献力量。
在当今大规模制造业中，机器人正在慢慢取代人们去完成一些高强度、高危险的工作。
机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。
工业机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人工智能系统组成。
本文简要介绍了工业机器人的概念,设计和发展历程，机械手的结构设计和直角坐标机器人的设计方法，以及工业机器人的机械系统设计，除此之外本文还对机械手进行了总体设计方案，确定了工业机器人手臂的坐标形式和自由度，以及机械手的技术参数。
自调匀整装置中基于计算机控制的伺服系统的设计与实现
中图分 类号 ： ２ ３ ２ ＴＰ ７ ．
文献 标识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ９３２ （０７ Ｏ—０ ５０ １０ ０ ８ ２０ ）１０ ４—３
当前纺织工业正朝着高速 、 高效 、 短程化、 连续
化、 自动 化方 向发 展 ， 自动 控 制技 术 在 纺织 工业 中
的应用 日益广泛 ， 自调匀 整就是 自动控制 技术 在纺 织工业 中 的一 个 具 体应 用 。 由于其 对 提 高产 品 质 所谓 自调 匀整就 是 该装 置根 据 喂入 或 纺 出半 制 品的单 位 长度 重 量 （ 密 度 均 匀 时 可 采 用 纱 条 在
１ 自调 匀整 装 置 简 介
由之 路 。在 虚 实 相结 合 的经 济 全球 化 、 费 个 性 消
化环 境下 ， 电子 商 务 下 的 传 统 企 事业 单 位 可 以 在
强 企业 与顾 客 的联 系 ， 足顾 客 个性化 需 求 ， 满 而且
大 大增强 市场 适 应 和创 新 能 力 ， 大 提 高 自身 经 大
济活 动 的水 平 和质量 。 参 考文 献 ：
量、 缩短 工艺流 程 、 提高 劳 动 生产 率 等方 面起 到一
定作 用 ， 并为生 产 的连 续 化 、 自动 化 奠 定 了 良好 的
的粗 细表 示 ） 差异 自动 调节 机 器 的牵 伸倍 数 ， 的 使 纺 出半制 品的单 位 长度 重量 （ 粗 细 ） 持 一个 较 或 保 稳 定 的数 值 ， 而 达 到控 制 出条 重 量 不 匀 率 的 目 从
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２０ ０７年 第 １期
山 东 纺 织 科 技
．４ ． ５
两轴伺服控制系统设计
两轴伺服控制系统设计伺服控制系统是一种能够精确控制运动过程中位置、速度和力度的系统，常用于机械、自动化和机器人领域。
在此，我们将设计一个两轴伺服控制系统，用于控制一个机器人的两个关节。
系统结构设计：1.控制器：使用一款高性能的双轴伺服控制器，能够实现对两个轴的独立控制，并具有足够的计算能力和通信接口。
2.编码器：每个关节安装一个编码器，用于实时反馈关节的位置信息，以便控制器实现闭环控制。
3.伺服驱动器：每个关节连接一个伺服驱动器，用于控制伺服电机的速度和位置，以实现对关节的精确控制。
4.伺服电机：每个关节使用一款高性能的伺服电机，具有高转矩和响应速度，能够满足机器人关节的动力需求。
5.通信接口：控制器与计算机或人机界面之间通过以太网或串口通信，实现参数设置和监控功能。
系统功能设计：1.其中一个轴作为主轴，另一个轴作为从轴，主轴和从轴之间通过齿轮传动或同步带传动连接。
2.控制器通过内置的PID控制算法实现对主轴和从轴的位置控制，可以实现位置或速度控制模式。
3.控制器通过接收编码器反馈信号，实时计算主轴和从轴的位置误差，不断调整伺服电机的输出信号，使得两个轴的位置保持一致。
4.控制器具有多段加减速功能，可以设置不同的加减速时间和速度曲线，实现平滑的运动过程。
5.控制器具有位置误差补偿功能，可以根据实际应用场景进行参数调整，提高系统的稳定性和精度。
6.用户可以通过计算机或人机界面对系统参数进行设置和监控，实现对系统的远程控制和故障诊断。
系统性能设计：1.系统具有高精度的位置控制能力，可以实现微米级的定位精度，满足高精度加工和装配应用的要求。
2.系统具有高响应速度和稳定性，能够在短时间内完成复杂的运动任务，确保机器人的稳定性和可靠性。
3.系统具有较强的负载能力，能够承受较大的负载力和惯性力，保证机器人在运动过程中不产生位移和抖动。
4.系统具有较高的可靠性和稳定性，能够长时间稳定运行，减少故障率和维护成本。
伺服电机控制与设计
伺服电机控制与设计伺服电机是一种能够实现精确位置控制的电动机，广泛应用于机械设备、工业自动化和机器人等领域。
伺服电机的控制与设计是伺服系统中非常重要的一环，对于实现高性能运动控制至关重要。
本文将从伺服电机的原理、控制方法和设计要点等方面进行阐述。
首先，伺服电机的工作原理是通过传感器不断监测电机输出的位置或角度信号，并将其与目标位置或角度信号进行比较，然后通过调整控制信号，使电机输出与目标信号一致。
这样就可以实现精确控制电机的位置或角度。
常用的传感器有编码器、霍尔传感器等。
编码器可以直接获取电机转子的位置信息，然后通过计数器进行计数，从而确定转子当前位置。
霍尔传感器则是通过感应转子磁场变化来确定位置。
其次，伺服电机的控制方法主要有位置控制和速度控制两种。
位置控制是使电机转到特定的位置，通常采用PID控制算法。
PID控制算法将偏差（实际位置与目标位置之差）经过比例、积分和微分环节运算，得到控制量，从而调整电机输出来减小偏差。
速度控制是使电机以特定的速度运转，通常采用闭环控制方法。
闭环控制是通过不断地测量电机的速度，然后通过调整电机的输入信号，使得实际速度和目标速度达到一致。
在伺服电机的设计中，需考虑的主要因素包括负载特性、可靠性和系统稳定性等。
首先要了解负载特性，包括负载转矩、负载惯量和负载惯性矩阵等。
这些参数决定了伺服系统需要提供的力矩和转动惯量。
其次是伺服电机的可靠性，包括电机的工作寿命、温升和电机保护等。
电机的工作寿命可以通过计算电机的平均寿命和可靠性进行评估，以确定其合适的使用范围。
最后是保证系统稳定性，主要通过选择合适的控制器和控制算法来实现。
常用的控制器包括PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
此外，伺服电机的控制与设计还需考虑到的其他因素包括：电机转矩和转速的选择、电机驱动器的选择、接口与通讯、响应时间和动态性能等。
电机转矩和转速的选择要根据实际需求来确定，通常要考虑负载特性和工作环境等。
伺服系统在工业机器人的应用
伺服系统在工业机器人的应用工业机器人有4大组成部分，分别为本体、伺服、减速器和控制器。
而其中，工业机器人电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制，即电流环、速度环和位置环。
一般情况下，对于交流伺服驱动器，可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。
伺服系统(servomechanism)又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。
伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。
伺服系统是以变频技术为基础发展起来的产品，是一种以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
伺服系统除了可以进行速度与转矩控制外，还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。
广义的伺服系统是精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。
狭义伺服系统又称位置随动系统，其被控制量(输出量)是负载机械空间位置的线位移或角位移，当位置给定量(输入量)作任意变化时，系统的主要任务是使输出量快速而准确地复现给定量的变化。
伺服系统的结构组成机电一体化的伺服控制系统的结构、类型繁多，但从自动控制理论的角度来分析，伺服控制系统一般包括控制器、被控对象、执行环节、检测环节、比较环节等五部分。
伺服系统组成原理框图1、比较环节比较环节是将输入的指令信号与系统的反馈信号进行比较，以获得输出与输入间的偏差信号的环节，通常由专门的电路或计算机来实现。
2、控制器控制器通常是计算机或PID(比例、积分和微分)控制电路，其主要任务是对比较元件输出的偏差信号进行变换处理，以控制执行元件按要求动作。
3、执行环节执行环节的作用是按控制信号的要求，将输入的各种形式的能量转化成机械能，驱动被控对象工作。
机电一体化系统中的执行元件一般指各种电机或液压、气动伺服机构等。
4、被控对象被控对象指被控制的物件，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。
5、检测环节检测环节是指能够对输出进行测量并转换成比较环节所需要的量纲的装置，一般包括传感器和转换电路。
机器人控制系统的研究和设计
机器人控制系统的研究和设计一、引言随着现代工业技术的飞速发展，机器人技术也在不断发展。
机器人控制系统作为机器人的核心部分之一，对于机器人的性能、功能以及使用效果有着至关重要的影响。
本文将介绍机器人控制系统的研究与设计，包括机器人控制系统的基本原理、控制器的种类和机器人编程等方面。
二、机器人控制系统基本原理机器人控制系统是指对机器人进行控制的各种设备、传感器、处理器以及不同类型的控制算法的综合体系。
机器人控制系统的基本原理包括机器人的传动系统、执行器、能力部件和控制器，其中控制器是整个系统的核心。
控制器能够接收来自传感器的信息，采用处理器计算以及控制执行器对机器人进行控制。
传动系统是机器人的动力来源，一般包括电机、伺服电机、气动缸等。
其中，伺服的机器人适合要求更高的运动精度和运动质量需求。
而能力部件则是机器人的机械结构，包括末端操作器、夹爪等。
这些部件直接影响机器人的工作范围、精度以及重量等。
控制器则是整个机器人控制系统的核心，其任务是接收来自机器人传感器的信息处理后，实现对机械结构、运动、位置与力量等的精确控制。
控制器按照不同的处理方式和运算规则划分，可以分为硬件控制器和软件控制器两种。
三、机器人控制器的种类机器人控制器制约着机器人的运作效率以及功能实现。
基本上所有的控制器都有一个相同的任务——对机器人执行指令的计算、指令处理、数据采集以及返回。
控制器的主要种类有下面几种：1.匹配控制器（配比控制器）匹配控制器是一种能够处理机器人位置、运动以及力量等信息，从而实现机械结构与控制器协同工作的控制器。
匹配控制器并不直接控制机械结构，而是由其他设备完成最终控制的操作。
2.手动控制器手动控制器是一种人工操作设备，操作人员可以通过操纵杆、电脑键盘等控制机器人的运动轨迹、力量以及姿态。
手动控制器处理能力相对较低，多用于教学实验或初学者的自学。
3.离线编程控制器离线编程控制器是一种能够实现复杂软件程序的控制器。
计算机控制电液位置伺服系统的设计与仿真
进行了仿真， 验证了系统设计 的正确性。
１ 系统原理 与功 能
１ １ 系统 工作 原理 ．
计 算机控 制 的 电液 位 置 伺 服 系 统 原 理 图如 图 １ 所示 。在输入端 无输 入信 号时 ， 执行 机构稳 定 在预选
好的零位。当输入端加上设定信号时， 单片微机 的位 置设定 信号与感 应 同步器 、 检测仪 表 的反馈 信号 相 比 较得出的误差信号经控制算法 （ Ｉ ） ＰＤ 将控制信号 由 Ｄ Ａ转换 器输 出 ， ／ 功率 放 大 器进 行 Ｖ Ｉ ／ 转换 后 ， 过 通 控 制 电液伺 服 阀流 量大 小 ， 液压 泵 的压力 油进 入液 使 压缸 （ 压马 达 ） 动 负 载 运 动 ， 应 同步 器 将 负 载 液 推 感 位移信号反馈给微机系统 ， 直到两信号的差值小于执 行机构的死区， 使执行机构稳定在与输入信号相对应 的位置上 ， 从而形成一个闭环控制周期。在这种系统
心 ， 电路简单 、 硬件 可靠性 高 、 体积小 ， 对工业 环境 具有 良好 的适应能力 。本文 以计 算机控 制 的电液位 置伺服
系统设计 为 目的 ， 用 ＭＡ Ｌ Ｂ ｓ ｕｉｋ环 境 对模 型 利 Ｔ Ａ ／ｉ ｌ ｍ ｎ
１２ 计 算机 测控操 作 系统 ．
计算 机测 控 操作 系统 以微 型 单 片机 （０ ９ ８５ ８８ 、０ １ 等） 为核 心 ， 围绕 系 统 测 控 与操 作 者 使 用 两 方 面 展
ｓ ｕｉｋ环境 下建 立 了仿 真 模 型 ， ｉ ｌ ｍ ｎ 通过 对 实例 的仿 真 ， 明 了 系统 设 计 的 正 确 性 。 表 关键词 ： 电液 位 置 伺 服 系统 ； 算机 控 制 ； Ａ Ｌ Ｂ Ｓｍ ｌ ｋ 计 识码 ： Ａ
工业机器人控制系统设计与仿真分析
工业机器人控制系统设计与仿真分析近年来，随着工业自动化技术的快速发展，工业机器人的应用范围越来越广泛。
工业机器人控制系统是实现机器人运动精确控制和操作的核心部分。
本文将针对工业机器人控制系统的设计与仿真分析进行探讨。
一、工业机器人控制系统设计1. 系统功能需求分析在进行工业机器人控制系统设计之前，需要对系统的功能需求进行分析。
根据机器人应用的具体要求，确定机器人的工作范围、工作载荷、工作精度等重要参数，并依据这些参数对控制系统进行设计。
2. 控制系统硬件设计控制系统的硬件设计是实现机器人运动控制的关键环节。
首先需要选择适合的控制器和伺服驱动器，确保系统具备高精度、高速度的动态性能。
同时，还需设计合理的电路板布局，优化系统的电热性能以及噪声抑制能力。
3. 控制系统软件设计在控制系统软件设计中，需要根据机器人的运动需求，采用合适的控制算法来实现机器人的运动控制。
常用的控制算法包括位置控制、力控制、视觉控制等。
此外，还需要开发与工控机或PLC进行通信的接口软件，实现与上层系统的数据交互。
4. 安全保护设计工业机器人在操作过程中可能会面临一些危险，如碰撞、电气伤害等。
为了保护操作人员的安全，必须在控制系统设计中考虑安全保护措施。
例如，设置碰撞检测传感器，实时监测机器人的位置和速度，一旦发生碰撞，立即停止机器人运动。
二、工业机器人控制系统仿真分析1. 运动学仿真分析工业机器人的运动学仿真可以辅助设计人员对机器人的运动学特性进行预测和优化。
通过对机器人的几何特征、连杆长度、驱动参数等进行建模，可以通过仿真软件模拟机器人的运动过程，并分析机器人的速度、加速度、位置精度等性能指标。
2. 动力学仿真分析工业机器人的动力学仿真分析可以帮助设计人员了解机器人在运动过程中受到的力和力矩的大小和方向。
通过建立机器人的动力学模型，仿真软件可以计算机器人的运动学参数、惯性参数和力矩参数，并分析机器人在不同工况下的动态特性。
3. 控制系统性能仿真分析工业机器人的控制系统性能仿真分析可以评估控制系统的稳定性、精度和响应速度等指标。
基于图像的智能机器人视觉伺服系统
基于图像的智能机器人视觉伺服系统一、本文概述随着科技的不断发展，机器人技术已经成为了现代工业、医疗、军事等领域不可或缺的一部分。
在机器人的众多应用中，视觉伺服系统发挥着至关重要的作用。
基于图像的智能机器人视觉伺服系统，利用图像处理技术和控制算法，使机器人能够准确识别、定位并跟踪目标对象，实现高效、精确的自动化操作。
本文将对基于图像的智能机器人视觉伺服系统进行深入研究，分析其工作原理、技术特点以及应用领域，并探讨其未来的发展趋势和挑战。
本文将介绍基于图像的智能机器人视觉伺服系统的基本概念和工作原理。
我们将详细阐述如何通过图像采集设备获取目标对象的图像信息，并利用图像处理技术提取出目标对象的特征信息。
然后，我们将介绍如何利用这些特征信息设计合适的控制算法，使机器人能够准确识别、定位并跟踪目标对象。
本文将分析基于图像的智能机器人视觉伺服系统的技术特点。
我们将探讨其与传统视觉伺服系统的区别和优势，并详细分析其在不同应用场景下的性能表现。
同时，我们还将介绍一些典型的基于图像的智能机器人视觉伺服系统实例，以便读者更好地理解和掌握相关技术。
本文将展望基于图像的智能机器人视觉伺服系统的未来发展趋势和挑战。
我们将分析当前技术存在的问题和瓶颈，并探讨如何通过技术创新和研发来解决这些问题。
我们还将预测未来该领域的发展趋势和应用前景，为相关研究和应用提供参考和借鉴。
通过本文的阐述和分析，我们希望能够为读者提供一个全面、深入的视角，帮助读者更好地理解和掌握基于图像的智能机器人视觉伺服系统的相关技术和应用。
二、基于图像的智能机器人视觉伺服系统基本原理基于图像的智能机器人视觉伺服系统是一种结合了图像处理、机器人技术和控制理论的高级机器人控制系统。
其基本原理可以概括为以下几个方面：图像获取与处理：通过安装在机器人上的摄像头获取环境的实时图像。
这些图像随后经过一系列图像处理算法，如滤波、增强、分割和特征提取等，以提取出对机器人运动控制有用的信息。
伺服电机力矩控制应用案例(3篇)
第1篇一、引言伺服电机作为一种高精度、高性能的电动机，广泛应用于工业自动化、机器人、数控机床等领域。
力矩控制是伺服电机应用中的关键技术之一，通过对伺服电机力矩的精确控制，可以实现各种复杂运动控制。
本文以某数控机床为例，介绍伺服电机力矩控制的应用案例。
二、案例背景某数控机床厂是一家专业生产数控机床的企业，其产品广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
在产品研发过程中，客户对数控机床的加工精度、速度和稳定性提出了更高的要求。
为了满足客户需求，该厂决定采用伺服电机力矩控制技术来提升数控机床的性能。
三、伺服电机力矩控制方案1. 系统组成该数控机床伺服电机力矩控制系统主要由以下部分组成：（1）伺服电机：选用高性能伺服电机，具有高精度、高响应速度和宽调速范围等特点。
（2）伺服驱动器：选用高性能伺服驱动器，实现对伺服电机的精确控制。
（3）运动控制器：采用高性能运动控制器，实现对伺服电机的力矩控制。
（4）传感器：选用高精度力矩传感器，实时监测伺服电机力矩。
（5）上位机：采用工业控制计算机作为上位机，实现对整个系统的监控和调试。
2. 力矩控制策略（1）闭环控制：采用闭环控制策略，通过力矩传感器实时监测伺服电机力矩，并与设定值进行比较，根据误差值调整伺服电机输出力矩。
（2）PID控制：采用PID控制算法对伺服电机力矩进行调节，实现对力矩的精确控制。
（3）自适应控制：根据机床加工过程和负载变化，实时调整PID参数，提高系统鲁棒性。
四、应用效果1. 提高加工精度：通过伺服电机力矩控制，实现了对加工过程中切削力的精确控制，有效降低了加工误差，提高了加工精度。
2. 提高加工速度：伺服电机力矩控制使机床在加工过程中始终保持稳定的切削力，提高了加工速度。
3. 提高稳定性：伺服电机力矩控制使机床在加工过程中具有更好的稳定性，降低了机床振动和噪音。
4. 降低能耗：通过精确控制伺服电机力矩，实现了机床的节能降耗。
五、总结伺服电机力矩控制技术在数控机床中的应用，提高了机床的加工精度、速度和稳定性，降低了能耗，具有显著的经济效益和社会效益。
谈基于PLC的机器人自动控制系统设计
谈基于PLC的机器人自动控制系统设计摘要：在现代科学技术不断发展的背景之下，工业生产所涉及到的重体力劳动量不断提升，因此为了良好的完成相关工业生产作业任务，就需要通过对机器人装置的研究与应用来实现。
基于PLC的机器人装置主要采取关节式结构，能够模拟人体手臂部分的活动动作，在自动控制系统下的预定程序、轨迹、以及要求作用下，实现包括零部件抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作。
关键词：PLC；机器人；自动控制系统设计1.PLC控制工业机器人系统的功能机器人被广泛应用在专用机床及自动化生产线上，主要被用来搬取以及装卸零件，以实现生产的自动化。
基于PLC的机器人自动控制系统是现今提出的一个机器人控制探究方向，考虑PLC的主要原因是PLC的可调整性以及可控制性较强，是采用编程、输入指令的方式控制，操作相对简单，运行复杂性较低，安全性稳定性相对较高，基于PLC编程基础下的机器人自动控制系统设计结果直接具备PLC的优势，实用性较高，操作要求较低，运行连续性以及运行可靠性高，这对于机器人自动控制系统的进一步发展较为有利，有实际的促进作用。
2.基于PLC的工业机器人系统设计要点2.1控制系统硬件设计基于PLC的机器人装置包括抓取、搬运、以及装配在内的一系列动作均需要在气缸驱动作用之下实现。
而电磁阀部件作为控制气缸驱动动作的最主要部件，通过操作开关（以按钮开关或者是定位开关）的方式来实现。
在整个机器人装置结构当中，通常设置有两个工作台。
在操作过程中，被加工工件自初始位置达到1#工作台，将待操作工件传输至2#工作台，进而再次回到1#工作台，完成对下一工件的操作。
机器人装置自初始位置，手腕向下移动，操作手指夹紧1#工作台上待操作的工件，进而对其进行上行移动。
到位之后，机器人手指、手腕在手臂引导下沿右侧轨迹移动，移动至预定位置后再次沿下行轨迹移动，最后控制机器人装置手指放松，并将该工件放置于2#工作台当中。
再次回到1#工作台的动作顺序与上述流程相反，进而实现一个完整的工作周期循环。
机械臂控制系统设计
机械臂控制系统设计工业机械臂是近代自动控制领域中一项新的技术，发展由于积极的作用被人们重视，机械臂是机器人的重要组成部分，机械臂主标签：机械臂；控制；系统；设计一、设计选型分析1.关节结构的设计分析机械臂按照运动形式可以分为直角坐标型、圆柱坐标型、关节型、极坐标型，直角坐标型的臂部由三个相互正交的移动副组成，带动腕部分别沿着X、Y、Z 三个坐标轴的方向作直线移动，而且结构十分的简单，运动位置精确度很高，但是占得空间很大，工作范围很小，圆柱坐标型的臂部由一个转动副和两个移动副组成，占的空间很小，工作范围大，可以在狭窄空间内绕过各种障碍物，二极坐标型的臂部是由两个转动副和一个移动副组成，产生沿手臂轴X的直线移动，绕基座轴Y的转动和绕关节轴Z的摆动，手臂可作绕Z轴的俯仰运动，并且抓住地面的物体，采用关节型的基础上，局部结合三种进行设计。
对于臂部的设计应该满足承载能力足、刚度高、导向性能好、定位精度高、重量轻、转动惯量小、与腕部和机身的连接部位设计合理。
由于手臂是支承手腕的部件，设计时应该考虑抓取物体的重量或者是携带工具的重量，还有就是考虑运动时的动载荷及转动惯性，为了可以有效的防止臂部在运动的时候产生变形，手臂的截面形状应进行合理的选择，对于工字型截面的弯曲刚度会比圆截面大，空心管的弯曲刚度和扭转刚度比实心轴大，为了可以有效的防止手臂直线运动的时候，沿着运动轴线发生相对转动，应该设置导向装置，还可以采用一些缓冲措施，为了提高其运动的速度，可以减少臂部运动部分的重量，减少手臂对回转轴的转动惯量，还有就是臂部安装的形式和位置关系到其强度、刚度和承载能力，直接影响其外观。
2.驱动控制系统的设计分析对于驱动控制系统可以分为开环控制和闭环控制，为了可以实现实时控制和精确定位等要求，使用带有反馈的闭环控制系统，也叫做伺服系统，伺服系统可以分为液压伺服系统和电动伺服系统，所以应该考虑到机械臂的重量、体积、使用方便，应该使用精度高、信号处理灵活、结构紧凑、质量小的电动伺服系统，实现同步型交流伺服电机。
《伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现》
《伺服系统机械谐振抑制方法的研究与实现》一、引言在现代化工业生产中，伺服系统作为控制机械运动的核心部件，其性能的优劣直接关系到整个系统的稳定性和精度。
然而，在实际应用中，伺服系统常常会遇到机械谐振的问题，这不仅会降低系统的运动精度，还可能造成系统的不稳定。
因此，如何有效地抑制伺服系统的机械谐振，提高系统的稳定性和精度，成为了一个重要的研究课题。
本文将针对这一问题，对伺服系统机械谐振抑制方法进行研究与实现。
二、伺服系统机械谐振的产生原因伺服系统中的机械谐振主要是由于系统在运动过程中受到外部干扰或内部结构的不合理设计所导致。
具体来说，当伺服系统在高速、高精度的运动过程中，由于机械结构的刚度不足、阻尼不足或外部的振动干扰等因素，会引起系统的共振现象，从而产生机械谐振。
这种谐振现象会导致系统的运动轨迹发生偏差，降低系统的精度和稳定性。
三、伺服系统机械谐振抑制方法的研究为了有效地抑制伺服系统的机械谐振，国内外学者进行了大量的研究。
目前，主要的抑制方法包括：1. 优化机械结构设计：通过改进机械结构的刚度和阻尼，提高系统的抗干扰能力，从而抑制机械谐振的产生。
2. 引入阻尼技术：在系统中加入阻尼装置，通过消耗振动能量来抑制机械谐振。
3. 控制器优化设计：通过优化控制器的参数和算法，实现对系统运动的精确控制，从而抑制机械谐振的产生。
四、伺服系统机械谐振抑制方法的实现本文提出了一种基于控制器优化设计的伺服系统机械谐振抑制方法。
该方法通过引入先进的控制算法和优化控制器参数，实现对系统运动的精确控制。
具体实现步骤如下：1. 建立伺服系统的数学模型：通过对系统的结构和运动特性进行分析，建立系统的数学模型。
2. 设计优化控制器：根据系统的数学模型和运动要求，设计出适合的控制器，并优化其参数。
3. 引入先进的控制算法：在控制器中引入先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，实现对系统运动的精确控制。
4. 实时监测与调整：通过实时监测系统的运动状态，对控制器的参数进行实时调整，以保证系统的稳定性和精度。
人机协同机器人的设计与实现
人机协同机器人的设计与实现近年来，随着人工智能和机器人技术的快速发展，人机协同机器人成为了越来越受欢迎的研究领域。
人机协同机器人是指能够与人类进行高度互动合作的机器人系统，能够通过感知、理解、判断和决策等能力，与人类完成一系列任务。
本文将从机器人的设计和实现两个方面进行探讨，深入了解人机协同机器人的相关技术和应用。
一、机器人的设计机器人的设计涉及多个方面，包括机械设计、电子设计、控制系统设计等等。
在人机协同机器人的设计中，还需要特别注意安全性和人性化设计。
下面我们将从以下几个方面来介绍人机协同机器人的设计。
1.机械设计机械设计是机器人设计的重要组成部分，关系到机器人的运动性能、工作效率和功能性。
在人机协同机器人的设计中，需要将人机协同作为设计的核心，充分考虑机器人与人类的交互和协作。
机器人应具备人性化的外形和结构，如圆润的边缘、柔软的触感、与人类身高相当等等，以保证与人类的安全和舒适感。
2.电子设计电子设计是机器人设计中必不可少的一部分，其包括传感器、数据采集、处理及存储等。
在人机协同机器人的设计中，关键在于传感器的设计。
传感器是机器人感知、理解和控制的基础，可以使机器人获得周围环境的信息，如声音、光线、温度、压力等，从而帮助机器人判断、决策和执行任务。
3.控制系统设计控制系统是机器人的核心，控制机器人的动作、行为以及决策。
在人机协同机器人的设计中，需要特别注意人机互动性和安全性。
控制系统要能够保证机器人和人类互通有无，及时响应人类的指令，即时控制机器人的行为，并在任务出现异常情况时保证人类的安全。
二、机器人的实现除了机器人的设计，实现也是人机协同机器人的关键之一。
人机协同机器人的实现主要包括以下几个方面。
1.机器人的运动控制机器人的运动控制是机器人的重要组成部分。
机器人的动作控制涉及到多个方面的技术，如力控制、路径规划、姿态控制、伺服控制、运动预测等等。
在人机协同机器人的实现中，动作控制技术对于机器人和人类的安全和舒适感至关重要。
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∙计算机控制的手臂机器人位置伺服系统设计与实现
∙ 2006-10-10 20:52:52 作者：admin来源：浏览次数：242
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∙简介：计算机控制的手臂机器人位置伺服系统设计与实现
∙本文设计开发了一套位置伺服控制平台，可实现积分分离控制，能够为理论研究提供理想的实验装置。
通过本系统，研究人员可以进行积分分离控制规律的设计，仿真和实验研究。
与传统的模拟式PID控制实验设备相比，采用计算机控制，用实时控制程序有控制准确，控制参数易于调节，控制律容易修改，易于增加新的控制规律等诸多优点[1]。
工作原理
系统硬件组成
手臂机器人硬件实物如图1所示。
左边为手臂机器人，右边为接口电路。
手臂机器人拥有一阶自由度，它模拟人的手臂在二维平面内旋转。
接口电路同手臂机器人之间通过10PIN的数据线相连，接口电路通过36PIN数据线与PC机并口相连。
控制的目的是由电脑输入手臂的预期选转位置，控制数据通过单片机PIC16C74A的ＰＷＭ调制，经过放大驱动手臂机器人上的马达运转，从而带动手臂的旋转。
手臂的旋转位置由固定在电动机上的光电编码器采集脉冲得到反馈信号。
图1 手臂机器人实物图
手臂机器人机械结构如图2所示。
图2 手臂机器人机械结构
它由一个直流马达、四个相互咬合的齿轮以及一个机械臂组成，直流马达驱动齿轮和机械臂旋转。
它的功能类似人的手臂，将物体从一个地方搬移到另外一个地方。
电压信号作为系统的输入变量，驱动马达，带动齿轮和手臂旋转，手臂角度是系统中的受控量。
被控对象的数学模型
对手臂机器人建立数学模型，在模型的基础上进行控制算法的选择，是对手臂机器人系统进行仿真和控制的基础，也是将手臂机器人应用在远程网络实
验教学的主要目的所在。
手臂机器人动力学结构如图3所示，根据动力学原理，转矩平衡方程式[2,3]
图3 机器人动力学结构
式中，T是电磁转矩，TL是负载转矩，J是转动惯量，是马达转动的角速度。
其表达式分别为
式中，f是粘性摩擦系数，CT转矩常量，Φ是每极磁通，E是电枢电压，Ce是电动势常数，Ia是电枢电流，Ra是电枢电阻，U是输入电压,n是转速[弧度/秒] [3]。
将式(2)～(5)代入到式(1)得到
式中，r为齿轮比率，y(t)为手臂转动的角度。
代入式(6)可以得到
最终得到从电压输入u(t)到位置y(t)的二阶微分方程
对式(8)进行Laplace变换，可以得到手臂机器人模型的开环传递函数
在这里T=J/c，K=k/c 。
系统组成原理如图4所示。
图4 系统组成
控制量输出和反馈读入
系统输入信号由计算机控制程序产生，可由用户选择和设定参数，设计可实现输入为阶跃信号、正弦波等信号。
输出控制量由PIC16F17的D/A转换模块转换，经放大器放大后送到执行电机驱动马达，根据被控对象由光电编码器测量手臂的旋转位置并返回数据。
返回数据由PIC16F17单片机返回计算机，控制程序通过读端口操作取得数据，送入相应控制子程序。
Windows操作系统下的实时控制软件开发
本系统Windows应用程序采用VC开发，与控制相关的要点在于程序的实时性和底层直接针对I/O端口的写入和读取，实现方案如下。
Windows下精确定时器的实现
众所周知，Windows是基于消息机制的系统，任何事件的执行都是通过发送和接收消息来完成的。
这样就带来了一些问题，如一旦计算机的CPU被某个进程占用，或系统资源紧张时，发送到消息队列中的消息就暂时被挂起，得不到实时处理。
因此，不能简单地通过Windows消息引发一个对定时要求严格的事件。
另外，由于在Windows中已经封装了计算机底层硬件的访问，所以，要想通过直接利用访问硬件来完成精确定时，也比较困难。
所以在实际应用时，应针对具体定时精度的要求，采取相适应的定时方法[31,32]。
根据香农采样定理，速度信号的采样周期应在1～10ms之间，才能比较精确的反映被采样的连续信号[4]。
因此手臂机器人的控制和数据采集定时周期为5ms，方能达到比较好的控制效果。
所以在Windows环境下实现高精度的定时是实现5ms实时控制和采集非常关键的一步。
在手臂机器人的控制中，使用多媒体定时器，能很好的满足周期为5ms的数据采集和控制的要求。
在VC程序设计中，为了方便使用，我们定义了两个定时函数。
UINT SetMMTimer (UINT nInterval, UINT nResolution, LPTIMECALLBACK MMTimerProc, DWORD dwUser);
{
TIMECAPS tc;UINT nTimerID;nTimerRes=nResolution;
if(::timeGetDevCaps(&tc, sizeof(TIMECAPS))==TIMERR_NOERROR))
{
if(nTimerRes!=min(max(tc.wPeriodMin,nTimerRes),tc.wPeriodMax))
return 0;
}
if(::timeBeginPeriod(nTimerRes)==TIMERR_NOERROR)
{
nTimerID=timeSetEvent(nInterval, nTimerRes, MMTimerProc,dwUser,
TIME_PERIODIC);
if(nTimerID)
return nTimerID;
else
return 0;
}
else
return 0;
}
该函数用于构造一个定时器，nInterval 为时间间隔，nResolution为定时精度，MMTimerProc为定时调用的回调函数指针，dwUser为用户传递过来的32位值，在程序里我们传递的是this，即指向主窗口的指针，函数的返回值是该定时器的ID号。
void KillMMTimer(UINT nTimerID)
{
if(nTimerID)
{
timeKillEvent (nTimerID);
nTimerID=0;
}
timeEndPeriod(nTimerRes);
}
该函数用于删除指定ID号的定时器。
本系统就是主要利用这几个API函数产生定时时间，完成指定时间的数据采集与控制。
定时采样—I/O端口读写操作原理
在Visual C 中，对端口的输入输出可以通过端口I/O函数_inp、_outp对并行端口地址的操作来实现，函数包括在conio.h库中[5]。
本系统选用0 x378作为对并行口操作的基地址。
端口的读写函数如下所示。
int CMainFrame::inport()//从并口状态寄存器读取半字节的手臂位置信号数据
{ return((_ inp(0x379)&0xf8)^0x80); }
void CMainFrame::ppouts(int x)//从并口的控制寄存器输出握手信号
{_ outp(0x37A, (x & 0x0f)^0x0b);}
void CMainFrame::outport(int x)//输出控制电压的数据到并口的数据寄存器
{_outp(0x378, x);}
利用以上这两个函数inport和outport,即可实现对接口板的I/0端口进行读写操作。
控制算法及其设计
积分的作用是消除静态误差，动态过程的信号较大时切断积分作用，到趋于稳态的小信号状态时，再接入积分作用。
即:
当偏差小时，|E|<=A,采用PID控制。
当|E|>=A时，采用PD控制。
算法流程如图5所示:
图5 积分分离PID控制算法
控制系统的实现和效果
在本系统中，鉴于电机时间常数和所需要的控制质量，采样周期设为5ms，积分分离控制效果理想，系统实际运行曲线如图6，图6中给出了阶跃输入信号和正弦输入信号的响应曲线。
图6系统实际运行响应曲线
由上面的实际运行曲线我们可以看出，超调量小，上升时间很短，能够实现很好的预期位置跟踪目的。
结语
本系统中，积分分离控制取得了良好的控制效果，积分分离控制响应速度快，响应时间短，在突变性大等系统中有着优良的控制性能,是一种切实可行的设计方案。
参考文献
[1]陈岩，刘春生，王风如．计算机仿真．计算机控制的位置伺服系统设计与实现，2003(20):136～138
[2]李俭川，张文娜. PC机打印口与便携式数据采集系统接口设计. 国外电子原器件. 2000,15(8): 53～56
[3]吴浩烈. 电机及电力拖动基础. 重庆:重庆大学出版社, 1996
[4]张泰山. 计算机控制系统. 长沙:冶金工业出版社, 2002
[5]胡晓军，邓波，高宏伟. Visual C 高级开发范例解析. 北京:电子工业出版社, 2002.。