1、学出版社， 邹金安面向对象程序设计与学习实验指导厦门厦门大学出版社， ， ， ， ， ， ， 基于的开放式直角坐标机器人 控制系统设计 卢涛，于海生 青岛大学自动化工程学院，山东青岛 摘要针对现代工业对机器人控制系统开放性和通用性的要求，基于和运动控 制卡设计了种直角坐标机器人控制系统。系统设计主要包括硬件设计软件设计和轨迹规 划，可以实现单轴点动连续运动回零运动以及多轴直线插补圆弧插补等功能。机器人 根据末端执行机构的不同，可实现各种功能，显示了良好的开放性和扩展性。本文执行机构 采用雕刻机专用电主轴，根据设定的雕刻轨迹，编写了轨迹程序，雕刻出“中国”和圆。实 验结果。

2、 图端子板接线图 机器人控制系统的软件设计 系统的基本要求 针对直角坐标机器人控制功能的实现，对控制系统提出如下要求 可实现三轴轴联动及单轴点动连续运动。 可设置轴速度加速度及主轴速度。 可对轴位置命令进行反馈。 可检测轴限位及原点开关信号并实现回原点运动。 软件开发 运动卡提供了丰富的控制指令和功能函数，并将这些指令和函数封存在动态 链接库中，可以通过等高级语言调用动态链接库里的指令和函数对 系统进行开发。这里采用面向对象的，对控制系统进行程序设计。 在中创建个基于对话框的工程，将头文件添加进 工程，在对话框中按照系统的控制要求添加相应控件，系统控制界面如图所示。 图系统控制界面。

3、具 有良好的前景，并已在雕刻和搬运领域得到了应用。 参考文献 于锋钊，赵明扬，辛立明，周加龙基于的龙门式直角坐标机器人横梁分析机械设计与制造， 文怀兴，建华，白路，兰勇基于运动控制器的直角坐标机器人控制系统轻工机械， 胡鹏基于的开放式机器人控制系机器人技术， 王炎欢，陈阿三，刘鑫茂直角坐标机器人控制系统的研制轻工机械， ， ， ， 习俊梅，廖高华开放式型多轴运动控制系统机床与液压 赵庆，王琨琦基于的数控系统多轴运动控制器设计机械制造与自动化 周兆勇，王琳，漆亚梅，李铁才，朱登伟多轴伺服控制器的片上系统设计电机与控制学报 于海生微型计算机控制技术第版北京清华大学出版社， 蔡自行兴机器人学第版北京清华大。

4、的运动控制 卡，内含高速处理器，可控制轴伺服电机或步 进电机，支持编程语言及所有 系统，可以实现单轴点动，连续运动，回零运动 及多轴直线圆弧插补等多种功能，并提供看门狗定时 器来监测运动控制卡的状态。运动控制卡为 接口，安装于计算机主板插槽内，然后用 芯高密度电缆线将控制卡与端子板连接。 是为运动控制卡配套设计的 信号接口板，用于连接运动控制卡和驱动器及点等， 起到中间转接的作用。端子板接线如图所示， 为孔高密度形接口，其中 接轴伺服驱动器，接电主轴变频器为孔 形接口，分别接轴编码器为位的接线端子，分别接 轴限位开关，每个端子各引脚从左到右为前极限输入后极限输入原点输入。 。

5、 由图图可以看出直角坐标机器人成功实现了直线和圆弧插补，较好的完成了雕刻 任务。由于雕刻刀有定的宽度，故实际雕刻轨迹的线条亦有定宽度，宽度跟雕刻刀规格 有关。 结论 针对现代工业对机器人开放性和通用性的要求，设计了种直角坐标机器人控制系统。 整个系统以“工控机运动控制卡”为核心，运用完全面向对象的编写控制界面。不 管是硬件搭建还是软件设计都体现了模式化的思想，硬件和软件可根据实际情况进行更换， 保证了整个系统的开放性。本文机器人末端执行机构采用雕刻机电主轴，实现了雕刻功能。 根据设定轨迹编写程序，由设定轨迹和实际效果照片对比可以看出机器人较好的完成了轨迹 规划任务，体现了系统良好的性能和稳定性。因此本文设计的直角坐标控制系统在工业。

6、表明所设计的机器人控制系统较好的完成了轨迹规划任务，具有很好的性能和应用前 景。 关键词直角坐标机器人伺服系统运动控制轨迹规划 中图分类号文献标识码 引言 直角坐标机器人有多个自由度，其运动自由度可建成空间直角关系，具有运动简单强 度高能重复编程不产生奇异状态等优点，机器人根据执行机构的不同，可完成不同作业 任务，因此广泛应用于雕刻焊接搬运上下料包装检测装配打码和喷涂等领域 。传统的机器人控制系统采用专用计算机专用微处理器专用操作系统以及专用的机 器人语言，升级换代困难，成本高，无法添加新功能。本文设计的直角坐标机器人系统是典 型的开放式多轴伺服运动控制系统，可以自由选择控制装置伺服驱动器执行单元等，充 分体现了开放性和模块化的。

7、 由图可知，控制界面满足了系统的所有控制要求，具体设计过程如下 三轴联动及独立运动 卡的运动控制功能由控制指令实现，如， ，即设置轴速度为，加速度和减速度为，相对运动距 离为。在中运用函数将控制参数发送到运动控制卡，结合语句实 现单轴运动和多轴联动。 回原点运动 在工业控制中，能否准确地回原点是非常重要的指标，其结果直接影响了产 品的质量。运动控制卡支持种回原点方式寻找原点开关寻找标 志脉冲和标准原点返回方式，这里采用第三种回零方式。当触发回零信 号后，运动轴加速向原点接近开关运动，碰到开关后开始减速运动，减速至零后， 开始反向运动直至编码器读数为零。 编码器和正负限位开关信号反馈 在运动期间，编码器实时反馈电机的位置值，。

8、 标 机 器 人 电主轴变频器 电主轴电机 轴编码器及接近开关正负限位原点 轴伺服驱动器 轴伺服驱动器 轴编码器及接近开关正负限位原点 轴编码器及接近开关正负限位原点 轴伺服电机 轴伺服电机 端子板 图机器人控制系统结构图 机器人控制系统硬件设计 直角坐标机器人主要由轴及电主轴构成。轴分别由交流伺服电机， 编码器，限位开关和滚珠丝杠构成。伺服电机为松下永磁同步电机，重复定 位精度，脉冲当量，最大速度，其驱动器为松下 伺服驱动器，具有转矩速度位置全闭环四种控制模式编码器为线增量式编码 器，精确反馈各轴位置限位开关为光电式，每轴三个，分别用于正负限位和原点信号的反 馈。主轴为雕刻机专用恒转矩高速电主轴，。

9、位开关则防止运动轴超出设计范围发生 事故。编码器的反馈由指令实现，正负限位开关信号反馈则分别由及 指令实现。在时钟函数中，调用函数将控制参数发送到运动控制卡，即可在控制界 面中实时显示编码器和正负限位开关的反馈值。 机器人轨迹规划 所谓轨迹是指被控对象在运动过程中的位移速度和加速度。而机器人轨迹规划是指机 器人根据任务要求计算出预期的运动轨迹。在工业生产中，机器人轨迹离不开直线插补和圆 弧插补，而运动控制卡提供了丰富的直线和圆弧插补设定平面为 运动平面，起始点为，半径为，圆弧夹角为度。 实际效果照片如图所示 设定轨迹实际效果照片 图圆弧插补设定轨迹及实际效果照片 。

10、主要负责显示控制系统状态，发 收稿日期 基金项目国家自然科学基金项目山东省自然科学基金项目， 作者简介卢涛，男，山东临沂人，硕士研究生，研究方向为电力电子与电机系统的非线性控制。 通讯作者于海生，男，博士，教授，博导，研究方向为电能变换与电机系统的非线性控制。 送控制指令，监控外部信号，编写控制程序及运动轨迹规划等工作。运动控制模块为 运动控制卡，完成脉冲和方向信号输出以及原点和限位开关信号检测等运动控制 的所有细节。机器人本体模块为被控对象，有四个自由度，分别为轴以及电主轴， 其中轴为成直角关系的伺服轴，完成定位工作，电主轴为变频器驱动轴，在伺服 轴的带动下完成雕刻任务。 工控机 轴伺服驱动器轴伺服电机 直 角 。

11、转速，在系列 变频器驱动下，实现无级调速，运转平稳，精度高，在电主轴末端加上雕刻刀即可完成雕刻 任务。 是美国公司生产的运动控制 卡，内含高速处理器，可控制轴伺服电机或步 进电机，支持编程语言及所有 系统，可以实现单轴点动，连续运动，回零运动 及多轴直线圆弧插补等多种功能，并提供看门狗定时 器来监测运动控制卡的状态。运动控制卡为 接口，安装于计算机主板插槽内，然后用 芯高密度电缆线将控制卡与端子板连接。 是为运动控制卡配套设计的 信号接口板，用于连接运动控制卡和驱动器及点等， 起到中间转接的作用。端子板接线如图所示， 为孔高密度形接口，其中 接轴伺服驱动器，接电主轴变频器为孔 形接口，分别接轴编码器为位的接线端子，分别。

12、求。模块化开放式运动控制系统是当今运动控制技术的发展方 向，现代化工业通常要求个运动控制系统能够完成直线平面体或旋转等多维空间 运动轨迹，如机器人控制系统，为了达到这个目的，需要为每个坐标轴配备组伺服系统。 本文以研华工控机为支撑单元，运动控制卡为位控模块，为编程语言，设计了 种直角坐标机器人控制系统，并编写轨迹程序。 机器人控制系统的整体方案设计 本文设计的机器人控制系统充分体现了开放式系统的要求和模块化的设计思想，其整体 方案设计如图所示。 整个系统以“工控机运动控制卡”为核心，采用运动控制卡伺 服电机驱动器以及直角坐标机器人构成个开放式结构。系统由以下三个模块组成操作模 块，运动控制模块及机器人本体模块。操作模块为工控机，。

参考资料：

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[2]中央政法工作会议学习实用PPT含内容 编号32（第22页，发表于2022-06-24）

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[11]十九届中央纪委六次全会重要讲话专题PPT党课课件 编号40（第22页，发表于2022-06-24）

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[15]防震减灾儿童安全教育主题班会PPT 编号35（第43页，发表于2022-06-24）

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