在机电体化技术中，光电耦合电路是重要的接口电路。其中通过五路数字量输出来控制电机电路的通断，通过五路模拟量输出来控制电机的正反转和运行速度，另外还负责采集五个电位器的电压，以此将电机的运行角度反馈给计算机。电位器及其标定电位器是种可调电阻，也是电子电路中用途最广泛的元器件之。它对外有三个引出端，其中两个为固定端，另个是中心抽头。转动或调节电位器转动轴，其中心抽头与固定端之间的电阻将发生变化。本文采用的电位器是单圈的，也就是说各关节的运动角度小于，对于该机器人已经足够了。电位器安装在机器人的各个关节输出轴上，所以在关节角的运动范围内，电位计的输出电压和关节角是对应的，存在着定的函数关系。从理论上来讲，电位器应该是线性的测量元件，但由于电位器的滑动噪声以及滑线电阻的工作过程中的磨损，这种函数关系并非理想的线性关系，而是存在定的偏移。电位器的标定就是根据在各个角度处测量的电压值，拟合出条直线，近似替代真实的函数关系。下面即是对各个关节的进行电位计标定。电位器的标定，如图.所示图.电位器关节角与电位计的函数关系电位器的标定图.如图.所示关节角与电位计的函数关系电位器的标定图.如图.所示关节角与电位计的函数关系电位器的标定图.如图.所示关节角与电位计的函数关系电位器的标定图.如图.所示电机与电位计的函数关系注以上标定工作都是在.的电压下测量的电源电位器和伺服放大器都需要定的电压，特别是电位计是在.的条件下工作的，稳定的电压对于保证电位计反馈信号的真实性具有重大的影响而伺服放大器是在范围内工作的，电压只要在此范围内即可。本文采用型双路稳压稳流电源，可以提供电压输出和电流输出。这里设定两路电压输出.供给伺服放大器运行，.保证电位计的正常工作。第章控制系统软件以上完成了机器人的本体设计和控制系统硬件的搭建，下面将通过设计控制软件，使计算机通过数据采集卡有条不紊地向外部发送指挥信号，最终驱动机器人各个关节的运动，使之按照人的意愿“工作”。.预期的功能.实时显示各个关节角，并且可以防止各个关节的运动角度超出预定的关节角范围内.实现直流电机的伺服控制.实现电机的自锁.实现示教编程及在线修改程序.可以设置参考点，使机器人在空间有个固定的参考位置，可以回参考点。.实现方法以模块化程序设计思想为指导，以预期要实现的功能作为各个模块，设计控制软件。从图.可以看出，工控机通过数据采集控制。编程的任务其实就是用计算机控制数据采集卡使之发出或获取系列数字量模拟量。研华公司的数据采集卡驱动程序中，附带许多与板卡相关的函数和数据结构以供使用，极大的方便了程序编写。本文采用了作为编程工具。实时显示各个关节角及运动范围控制在函数中，设置定时器，然后在函数中，通过调用，采样电位器输出电压，通过前面的电位器标定函数，换算出各个关节的角度，并显示出来。在函数中表示，将换算出的角度与该关节预设的运动范围作比较，看其是否在此区间内，否则弹出警告对话框，并且自动停止该关节的运动。直流电机的伺服控制对于大功率的直流电机，般采用控制来调节运行速度，这样可以提高电路及电机的运行效率，而本文中的电机功率并不是很大，为方便期间，采用了线性控制方法来调速。以关节为例，与该模块相关的函数有，它们分别表示用来控制电机的正转反转和停止，其中电机的运行速度靠输入的电压值调节另外个函数是用来实现电机的位置伺服控制，在预定的关节角范围内，电机可以运行到任何输入的位置停止。电机的自锁前面在.节中讲到该机器人关节上未装制动器，所以必须通过软件程序实现关节的自锁，尤其是肩关节和肘关节的自锁。解决思路大臂和小臂在电机运转时不会由于重力而掉落，在电机停止的时候却会下落，因为电机旦停止，就失去了驱动力矩，因此若想让大臂和小臂停止在预定位置，应该在此位置给关节电机施加个电压，让它担负起大臂或小臂，而不让其由于重力而下落。但是，在不同的位置，重力对大臂或小臂的力矩不同，应提供给电机的电压也不同，如何选取电机的电压呢提供给电机的电压小了，不足以抵抗重力的力矩提供给电机的电压大了，会使电机转动，使大臂或小臂上升所以，最好能通过程序来自适应选择这个制动电压，方法有多种，下面是本文的设计过程。程序设计方法在调用在或函数时，先给电机个电压，使电机失去驱动力矩，同时调用函数获得此刻的关节位置，然后延时段时间比如.，再给电机个小电压，形成个小的制动力矩，通过采样此刻位置看其是否能使关节制动如果不能，则使该电压值按照定的步长线性增加，以增大制动力矩这通过个循环实现，如果采样位置不再减小，则表示大臂或小臂已停止下落，可跳出循环。下图为程序流程图方法验证用方法编写的程序，调用或函数后，对于正在上升的臂可以实现很好的制动，而对于下降的臂则不可靠，有时候下降的臂停止下落后会反弹又向上运动。定性分析其原因是由于上升的臂在电机失去驱动力矩后，在重力作用下会慢慢下落，下落初速度为，静止后的速度变化不大，制动时间短，容易制动而下降的臂失去驱动力矩后，在重力作用下仍以原来的速度下落，静止后的速度变化较大，制动时间长，很容易使制动电压的线性增长时，超过平衡重力所需要的电压，从而导致反弹现象的发生，其实质是由于电压的超调造成的。此后，针对这种反弹现象对程序作过多次修改，结果都不太理想，所以就尝试换种方法。程序设计方法二方法二采用传统的控制，电压超调后还可以减小，可以避免反弹现象的发生。下图为程序流程图方法二验证由于方法二采用控制，需要选择合适的比例积分微分系数另外还要选择循环中的延时时间和循环次数。选择结果.,.,.所以最终制动时间为总结对于方法二，其控制框图如图.所示图.示教编程及在线修改程序设计方法当机器人停止在个位置时，可以记录下在该位置所对应的组关节角，这组关节角用个结构体存储记录的位置同时显示在列表框中，记录位置不超过个。为了便于对这些位置作修改，本文采用链表来动态存储这些结构体。当记录结束以后，就可以运行刚才记录的系列位置了，由于采用链表结构存储程序，所以取用这些程序很方便，只需用个指针从链表首部开始取程序，逐行运行，至到链表末尾即可。程序运行的时候，机器人各个关节同时运动，工作效率高正在运行的那行程序，以高亮状态显示。另外，对于记录的位置可以做删除清空等操作。设置参考点及回参考点程序启动或退出的时候，机器人应停留在预设的参考点上，这个参考点在初始对话框函数中预先设置。在程序运行期间，使用者也可以自行设置。回参考点的程序和回放示教程序样，不过回参考点只是运行到个位置。第章总结.所完成的工作对实验平台的改造本文利用的是报废的焊接机器人，要改造成送料机器人，不但要对末端执行机构进行重新设计，还要重新布线。对关节轴电位器进行重新标定由于标定电压不同，标定曲线和所得的函数关系就不同，本文选用的是电压。设计端子板电路及驱动电路端子板是计算机板卡控制信号端与机器人电路端的“桥梁”，承担着信号调理驱动放大等任务。控制软件的设计软件是机器人的“大脑思维”，软件的设计就是将人的意志赋予机器人的“大脑”。.设计经验底座设计成长方体不合理当腰关节在不同的位置时，肩关节运动的下限不同，不便于编程最好将底座设计成圆柱体，并且下面带有法兰支撑。最好安装机械制动装置仅依靠程序来实现制动并不可靠，例如突然掉电，将无法制动。电机上应安装放电回路电机相当于个线圈，在电机启动或者停止瞬间，会产生很高的感应电动势，很可能会对电路中的元器件造成破坏，所以要加上稳压或者续流元件。电位器输出电压会在定范围内会有无规则的波动由于电位器材料电阻率分布的不均匀以及电刷滑动时接触电阻的无规律变化，会引起所谓的“滑动噪声”。这导致电位器反馈电压并不准确。关节角的方向及电位器的安装关节角最好符合关节角坐标系，并且电位器输出电压最好随关节角的增大而增大，这样便于编程。.误差分析本文中每个关节的角度误差在左右，由于是开环机构，所以综合叠加起来，末端误差可能会较大，并且重复精度不够。下面简要分析下误差的来源工作台基座的上下表面平行度误差，腰关节转轴的垂直度误差，以及其它关节之间的平行度误差齿轮轴承的间隙，齿形带的变形不均匀装配误差各关节轴的回转误差，各连杆的受力变形误差运行时，机械部分的振动电位器的滑动噪声，以及电源的不稳定都会导致反馈电压的不准确用程序实现制动不如机械制动装置反应快.可以继续探索的方向对于本文中的示教编程部分，将程序稍作修改，就能实现对示教程序的保存和离线修改，进而也容易实现离线编程。可以用或者订作个虚拟场景，进而实现虚拟示教编程，这样会更加安全和方便。当然手工编写的程序代码也可以在此虚拟场景中运行，以验证其合理与否。通过虚拟场景和网络，也可以进步实现对机器人的远程监测和控制。还可以尝试在原有实验平台上加上视觉反馈。控制界面如果用设计，可能会更方便些。通过进步完善控制方式和控制结构，可以将控制系统的软件嵌入到嵌入式系统上去。致谢本次毕业设计，是于德弘老师考虑到学生日后的研究方向而特意为我安排的。通过这次训练，提高了自己的动手能力设计能力和编程水平，为学生日后顺利进入机器人这深邃的科研领域作下了铺垫。本次毕业设计，学生收获颇多，这与于老师的悉心指导是分.