机器人手臂控制系统的设计与研究

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1、第３５卷第４期河北科技大学学报Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．４２０１４年８月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｕｇ．２０１４文章编号：１００８－１５４２（２０１４）０４－０３６１－０５ｄｏｉ：１０．７５３５／ｈｂｋｄ．２０１４ｙｘ０４００９机器人手臂控制系统的设计与研究吴学礼１，２，刘浩南１，２，许晴１，２（１．河北科技大学电气工程学院，河北石家庄０５００１８；２．河北省生产过程自动化工程技术研究中心，河北石家庄０５００１８）摘要：机器

2、人在工业上已经取得了非常大的进步，尤其是视觉传感器的应用对于机器人的智能化有很大的帮助。基于ＤＭＣ５４８０运动控制卡，通过视觉处理系统实现了ＲＳ２３２串行通信，设计了一套可识别机器人手臂的精准定位系统，详细研究了控制系统硬件，规划了控制系统控制策略，编写了上位机操作软件。最后设计了一套带视觉识别的象棋机器人手臂。实验结果表明，机器人手臂可以代替人手功能在工作区域内沿任意轨迹运动。关键词：视觉识别；机器人手臂；ＤＭＣ５４８０运动控制卡；伺服控制中图分类号：ＴＰ３９１．４文献标志码：ＡＤｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｒｏｂｏｔａｒｍｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ１，２，ＬＩＵＨａｏｎａ

3、ｎ１，２，ＸＵＱｉｎｇ１，２ＷＵＸｕｅｌｉ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５００１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＴｈｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓＡｕｍａｔｉｏｎｏｆＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＨｅｂｅｉ０５００１８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＤＭＣ５４８０ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄ，ｔｈｅＲＳ２３２ｓｅｒｉａｌｃｏ

4、ｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｖｉｓｕａｌｐｒｏｃｅｓｓ－ｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄａｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｃａｎｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｒｏｂｏｔａｒｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｒｄｗａｒｅｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｉｔｓｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｐｌａｎｎｅｄｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｐｒｅｐａｒｉｎｇｔｈｅＰＣｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎａｒｍｏｆａｃｈｅｓｓｒｏｂｏｔｗｉｔｈｖｉｓｕａｌｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｅｘｐｅ

5、ｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｏｂｏｔａｒｍｃａｎｒｅｐｌａｃｅｔｈｅｍａｎｕａｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｏｎｇａｎａｒｂｉ－ｔｒａｒｙｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｔｈｅｗｏｒｋａｒｅａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｓｕａｌｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｒｏｂｏｔａｒｍ；ＤＭＣ５４８０ｃｏｎｔｒｏｌｃａｒｄ；ｓｅｒｖｏｃｏｎｔｒｏｌ［１］目前，国内外学者很少把机器人手臂应用到中国传统的娱乐项目上，如中国象棋。而中国国内对娱乐机器人的开发与研究也处于起步阶段，如何应用机器人手臂代替人的手臂来实现下棋是本文主要解决的问题。基于以上问题研究了一种基于ＤＭＣ５４８０运动控制卡的开放式结构

6、机器人控制系统，在高速，高精度，多轴联动等方面具有很大优势，并且加入了视觉识别部分，功能更加完善，具有很大的优越性。机器人大多拥有多个运动轴，并且大部分是多轴实时联动的运动控制系统。经典的机器人控制系统大［２］多采用的是封闭式体系结构，采用专用的计算机结合单片机构成控制回路。该体系结构下的控制器很难在速度快、精度要求高的条件下完成工作，同时多轴同步运动控制也存在技术难题。除此之外还有一系列缺点，包括使用成本大多数很高，需要很长的开发周期，很难升级换代，添加新功能不容易等。以上缺点限制了机器人的工作场合和应用范围。收稿日期：２０１４－０２－２４；修回日期：２０１４－０３－０９；责任编辑

7、：陈书欣基金项目：国家自然科学基金（６０９７４０１８；６１２７３１８８）；河北省自然科学基金（Ｆ２０１２２０８０７５）作者简介：吴学礼（１９６１－），男（满族），黑龙江齐齐哈尔人，教授，博士生导师，主要从事控制科学与工程方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｃｌｈｎ６０４７８４４０４＠１６３．ｃｏｍ吴学礼，刘浩南，许晴．机器人手臂控制系统的设计与研究［Ｊ］．河北科技大学学报，２０１４，３５（４）：３６１－３６５．ＷＵＸｕｅｌｉ，ＬＩＵＨａｏｎａｎ，ＸＵＱｉｎｇ．Ｄｅ