机器人控制系统

1、机器人控制系统机器人控制系统 第一讲第一讲 机器人控制系统的构成机器人控制系统的构成(硬件硬件)中心控制器中心控制器信号处理信号处理放大电路放大电路驱动电路驱动电路执行机构执行机构传感器传感器其它电路其它电路输入输出输入输出电源电源软件软件一个典型机器人控制系统(比赛) 如图所示的是一个比赛机器人控制系统它的主要组成部分如下: 中心控制器单片机单片机 驱动电路桥式桥式PWM调速电路调速电路 执行机构直流伺服电机直流伺服电机 信号处理电路光电隔离接入电路光电隔离接入电路 传感器光电传感器、各类开关光电传感器、各类开关 输入输出编程器编程器机器人的拟人化比喻机器人的拟人化比喻 人人 机器人机器人大

2、脑大脑 中心控制器中心控制器感官感官 传感器传感器手和脚手和脚 运动执行机构运动执行机构神经和肌肉神经和肌肉 驱动放大及连接线路驱动放大及连接线路中心控制器任务和功能任务和功能 执行控制程序执行控制程序,通过外围电路控制执行机通过外围电路控制执行机构完成相关动作构完成相关动作. 根据传感器的输入信息判断机器人工作根据传感器的输入信息判断机器人工作状态状态,决定机器人下一步的动作决定机器人下一步的动作.控制器的种类单片机单片机特点特点:结构简单结构简单,经经济性好济性好应用：简单结构应用：简单结构的机器人控制的机器人控制嵌入式工业控制模块嵌入式工业控制模块特点特点:抗干扰能力较抗干扰能力较强、运

3、算速较快、强、运算速较快、能适应多种操作系能适应多种操作系统。统。应用：较复杂的机器人应用：较复杂的机器人须较强运算能力的机器须较强运算能力的机器人。人。DSP（数字信号处理器）（数字信号处理器）特点：运算速度特点：运算速度比微处理器快，比微处理器快，实时性好，适合实时性好，适合嵌入式的实时数嵌入式的实时数字信号处理。字信号处理。应用：结构较复应用：结构较复杂，实时性要求杂，实时性要求较高的机器人较高的机器人专用运动控制卡专用运动控制卡独立式运动控制卡独立式运动控制卡英国翠欧运动控制卡英国翠欧运动控制卡国产国产MPC05运动控制卡运动控制卡基于基于PC的运动控制卡的运动控制卡PCI总线的运动控

4、制卡总线的运动控制卡(国国产产PCI208)104总线的运动控制卡总线的运动控制卡(美国美国PMAC)传感器 功能和作用功能和作用:对机器人本身的状态和外界的对机器人本身的状态和外界的信息状态进行检测信息状态进行检测.为机器人进行下一步的为机器人进行下一步的动作提供信息依据动作提供信息依据. 种类种类:机器人用传感器有很多类型但主要类机器人用传感器有很多类型但主要类型有四五种型有四五种. 主要有主要有光线类传感器、触觉开关类传感器、光线类传感器、触觉开关类传感器、超声探测器、温度等检测类传感器、电源超声探测器、温度等检测类传感器、电源检测类传感器。检测类传感器。光线类传感器光线类传感器 光线传

5、感器有很多种类主要用于光线传感器有很多种类主要用于测距、目测距、目标检测、颜色识别。标检测、颜色识别。可作为机器人定位、可作为机器人定位、巡线、目标检测和识别类传感器。巡线、目标检测和识别类传感器。 漫反射光电传感器漫反射光电传感器 激光传感器激光传感器红外光电传感器红外光电传感器光纤传感器光纤传感器触觉开关类传感器触觉开关类传感器 触觉开关主要用于机器人状态检测、近距触觉开关主要用于机器人状态检测、近距离目标探测等。有离目标探测等。有非接触式和接触式非接触式和接触式两类。两类。 接触式有微动开关、行程开关、挡铁等接触式有微动开关、行程开关、挡铁等。接触式的行程开接触式的行程开关关非接触式的开

6、关有电容和电感等形式上图是非接触式的开关有电容和电感等形式上图是一种电容式接近开关一种电容式接近开关检测类传感器检测类传感器 各类物理量的检测（如温度、压力、速度、各类物理量的检测（如温度、压力、速度、位移、加速度等）都属于位置传感器。位移、加速度等）都属于位置传感器。右图为用于测量电机右图为用于测量电机转速和角位移的增量转速和角位移的增量式编码器式编码器压力传感器压力传感器测力传感器测力传感器温度传感器温度传感器位移传感器位移传感器扭矩传感器扭矩传感器超声传感器测距超声传感器测距超声传感器邦纳超声传感器邦纳超声传感器超声传感器主要用于测距和机器人定位超声传感器主要用于测距和机器人定位.电源检

7、测传感器电源检测传感器电源检测传感器主要有电流和电压传感器电源检测传感器主要有电流和电压传感器,其作用是对其作用是对电源进行监测防止由于电源的变化引起的机器人故障电源进行监测防止由于电源的变化引起的机器人故障,可根据电源参数的变化判断机器人有无故障可根据电源参数的变化判断机器人有无故障.主要有电流主要有电流和电压传感器和电压传感器.霍尔电流传感器霍尔电流传感器接入式电流传感器接入式电流传感器电压传感器电压传感器驱动放大器驱动放大器作用作用:对控制器送来驱动信号进行运对控制器送来驱动信号进行运算放大控制和驱动执行机构算放大控制和驱动执行机构.驱动驱动器的种类很多器的种类很多.控制的方式有：控制的

8、方式有：闭环、开环及部分闭环、开环及部分闭环三种闭环三种驱动主要器件有：驱动主要器件有：三极管、晶闸管、三极管、晶闸管、场效应管、固态继电器等。场效应管、固态继电器等。闭环驱动器闭环驱动器瑞士瑞士MAX公司的闭环驱动器公司的闭环驱动器自制的驱动信号接口板自制的驱动信号接口板自制的场效应管驱动器自制的场效应管驱动器(开环开环)放大器件大功率大功率三极管三极管大功率大功率场效应场效应管管固态继固态继电器电器可控硅可控硅执行机构执行机构 执行机构是机不可器人最终完成动作执行机构是机不可器人最终完成动作的部件的部件,是控制系统控制的对象是控制系统控制的对象.主要有主要有电机、液压油缸、液压马达等。电机

9、、液压油缸、液压马达等。 电机的种类有很多，常用的有电机的种类有很多，常用的有交直侍交直侍服电机、步进电机、无刷电机、普通服电机、步进电机、无刷电机、普通交直流电机。交直流电机。各类电机各类电机交流伺服电机交流伺服电机直流伺服电机直流伺服电机各类电机各类电机步进电机步进电机无刷电机无刷电机电源电源 电源包括各类电池及各类电源模块和整流稳压电源。电池提供能源，模块电源提供各种电压，整流器完成AC-DC转换。电池电池锂电池锂电池:体积小体积小寿命长寿命长,放电平放电平稳稳铅酸电池铅酸电池:体体积大积大,放电不放电不平稳平稳镍氢电池镍氢电池:体积较体积较小小小小,寿命较长寿命较长,放放电平稳电平稳电

10、源电源开关电源开关电源:体积体积小效率高小效率高模块电源模块电源:体积体积小小,电压稳电压稳普通电源普通电源:体积体积大大,效率低效率低第二讲机器人控制系统的相关技术第二讲机器人控制系统的相关技术简介简介1 电机的控制电机的控制 机器人中常用的电机有：机器人中常用的电机有：有刷有刷直流电机、无刷直流电机、步直流电机、无刷直流电机、步进电机、超声电机等进电机、超声电机等。各种电。各种电机的控制方法也不尽相同。电机的控制方法也不尽相同。电机的控制主要有速度、方向、机的控制主要有速度、方向、刹车及开停等。刹车及开停等。电机的电机的PWM调速调速 PWM (Pulse Width odulation)

11、控制就是控制就是 宽调制技术宽调制技术：即通过即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的电压值来等效的获得所需要的电压值（含形状和幅值（含形状和幅值) )。直流电动机调速原理直流电动机调速原理 直流电动机由转子和定子组成，定子可以是磁极或励磁绕组。 其转速与加在转子电枢上的电压Ua有关，有关， Ua转速转速V；所加电压极性改变，则电动机反转。 据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速，这种方法就称为脉冲宽度调脉冲宽度调制制PWM。 脉宽调制转速公式（平均转速）： Vd=Vmax * D Vd-电动机平均转速 Vma

12、x全通电时速度（最大） D= t1 /T-占空比， t1是通电时间，T是脉宽周期。D1。 Vd D，与单纯的周期T无关 直流电机调速图示直流电机调速图示Vd与与D只是近似的线性关系，与单纯的周期只是近似的线性关系，与单纯的周期T无关（与步进电机的调速脉冲不同，步进无关（与步进电机的调速脉冲不同，步进电机的转速与脉冲频率成正比）。在电机的转速与脉冲频率成正比）。在D不变不变的情况下，的情况下，T越小，电机转速越平稳。越小，电机转速越平稳。速度和占空比之间的关系速度和占空比之间的关系有刷直流电机的控制有刷直流电机的控制 正转：正转：SW1SW1、SW4SW4闭合闭合 反转：反转：SW2SW2、SW

13、3SW3闭合闭合 刹车：刹车：SW2SW2、SW4SW4闭合闭合（或（或SW1SW1、SW3SW3闭合）闭合） 滑行：滑行：SW1SW1、SW2SW2、SW3SW3、 SW4SW4全部断开全部断开电机控制示意图。电机控制示意图。 控制数据控制数据运转运转状态状态开关状态开关状态PA1 PA0SW1 SW2 SW3 SW410正转正转100101反转反转011011刹车刹车010100滑行滑行0000双向控制电动机工作状态真值表双向控制电动机工作状态真值表 PA0、PA1为为0时，时，SW1、SW3才有可能导通才有可能导通 SWx状态：状态：PA0、1为为1时导时导通，为通，为0时截止时截止 S

14、Wx用的是场效应管用的是场效应管PB0-PB7：设置脉冲宽度，：设置脉冲宽度， 即方波的占空比即方波的占空比74LS125：四总线三态缓冲器：四总线三态缓冲器电机控制过程实例电机控制过程实例有刷直流电机的调速有刷直流电机的调速开环脉冲宽度调速系统的组成开环脉冲宽度调速系统的组成 由五部分组成：由五部分组成： （1）占空比）占空比D的的 设定设定 1）用电位器调节、）用电位器调节、2）用拨码开关、用拨码开关、3）用数字键盘）用数字键盘 （2）脉冲宽度发生器）脉冲宽度发生器 软件编程软件编程 （3）驱动器）驱动器 TTL放大电路放大电路 （4）电子开关）电子开关 用晶体管、场效应管、可控硅、用晶体

15、管、场效应管、可控硅、继电器继电器 （5）电动机）电动机直流电机调速系统结构（开环）直流电机调速系统结构（开环）占空比占空比由脉宽调制转速公式：由脉宽调制转速公式： Vd=Vmax * D 电动机平均转速电动机平均转速Vd、全通电时速度、全通电时速度 Vmax 已知已知，对于给，对于给定的平均转速定的平均转速Vd ，便可计算出占空比，便可计算出占空比D。 占空比占空比D= t1 /T ， t1是通电时间，是通电时间， t2是断电时间。是断电时间。 脉宽周期脉宽周期T= t1 + t2 占空比的实现有两种方法占空比的实现有两种方法 1、软件计数法、软件计数法 设单位时间（设单位时间（ t0 ）计

16、一个数，则通电时间）计一个数，则通电时间t1计数计数N1= t1 / t0 ， 断电时间断电时间t2计数计数N2= t2 / t0 ，在脉冲输出端，输出高，在脉冲输出端，输出高电平计数电平计数N1，输出低电平计数，输出低电平计数N2，并让输出端如此循环，并让输出端如此循环输出即可。输出即可。 2、硬件计数法、硬件计数法 用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此循环输出即可。循环输出即可。 为了提高电动机脉冲为了提高电动机脉冲宽度调速系统的精度，宽度调速系统的精度，通常采用闭环脉冲宽度通常采用闭环脉冲宽度调速系统。调速系统。 闭环系统是在开

17、环系闭环系统是在开环系统的基础上增加了电动统的基础上增加了电动机的速度检测回路，意机的速度检测回路，意在将检测到的速度与给在将检测到的速度与给定值比较，并由数字调定值比较，并由数字调节器（节器（PID）进行调节。）进行调节。其原理框图如左图所其原理框图如左图所示。示。闭环调速速示意图闭环调速速示意图步进电机的控制步进电机的控制 结构和工作原理结构和工作原理机理机理： 步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段

18、距离。动一小段距离。 特点：特点： (1)给一个脉冲，转一个步距角。给一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。改变脉冲顺序，改变转动方向。反应式步进电机的结构反应式步进电机的结构通常按励磁方式分为三大类：通常按励磁方式分为三大类：以反应式为例说明步进电机的结构和原理以反应式为例说明步进电机的结构和原理 特点特点 定转子开小定转子开小齿齿 定转子均为定转子均为软磁材料软磁材料 小步距小步距反应式步进电机的结构反应式步进电机的结构工作方式工作方式 (1 (1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2

19、2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A 相相 C 相相 B 相相 三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30 。此。此角称为步距角，用角称为步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。的顺序，改变通电顺序即可改变转向。（3）工作过程）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。路的磁阻

20、最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁场的作用下，转子被磁A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA3412CABBCA3412B相通电，转子相通电，转子2、4齿齿和和B相轴线对齐，相对相轴线对齐，相对A相通电位置转相通电位置转30 ；1C342CABBAC相通电再转相通电再转30 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电

21、，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共共六拍。六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA3412所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续

22、对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15 。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15 。三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电工作方式为三相双三工作方式为三相双三拍时，每通入一个电拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转脉冲，转子也是转30 ，即，即 S = 30 。CA通电通电CABBCA3

23、412以上三种工作方式，三相双三以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍稳定，因此较常采用。应用的步进电机应用的步进电机实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁个磁极，但每个磁极上也有五个齿。极上也有五个齿。转子的齿距转子的齿距等于等于360 / 40=9 ，齿宽，齿宽、齿槽各、齿槽各4

24、.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。同。工作原理：工作原理：假设是单三拍通电工作方式。假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对相的五个小齿和转子对齐。此时，齐。此时，B 相和相和 A 相空间差相空间差120120 ，含，含 120/9 = = 齿齿 A 相和相和 C 相差相差240240 ，含，含240240 / / 9 9 = = 个个齿。所以，齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对相的转子、定子的五个小齿对齐时，齐时，B 相、相、C 相不能对齐，相

25、不能对齐，B相的转子、相的转子、定子相差定子相差 1/3 1/3 个齿（个齿（3 3 ），），C相的转子、定相的转子、定子相差子相差2/32/3个齿（个齿（6 6 ）。）。31133226若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转转子只转 1.5 。步进电机的转动方向仍由相序决定。步进电机的转动方向仍由相序决定。同理，同理，C 相通电再转相通电再转3 （2）A 相断电、相断电、B 相通电后，转子只需转过相通电后，转子只需转过1/3个个 齿（齿（3 ），使），使 B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。步进电机的控制步进电机的控制 脉冲分配器脉冲

26、分配器 脉冲发生器脉冲发生器 功率放大器功率放大器 步进步进 电动机电动机 指令指令 电源电源 步进电机驱动结构图步进电机驱动结构图步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器脉冲分配器和脉冲放大器(也称功率放大器也称功率放大器)三部分组成。三部分组成。脉冲分配器根据指令把脉冲按一定的逻辑关系加到各脉冲分配器根据指令把脉冲按一定的逻辑关系加到各相绕组的功率放大器上，使电机按一定方式运行，实相绕组的功率放大器上，使电机按一定方式运行，实现正、反转和定位。现正、反转和定位。传统电路：门电路传统电路：门电路+ +触发器组成触发器组成集成电路：如集

27、成电路：如CH205(CMOS)CH205(CMOS)三相六拍脉冲分配器三相六拍脉冲分配器脉冲发生器是一个脉冲频率在几赫到几十千赫内可连脉冲发生器是一个脉冲频率在几赫到几十千赫内可连续变化的脉冲信号发生器。最常见的有多谐振荡器和续变化的脉冲信号发生器。最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的张弛振荡器两种。单结晶体管构成的张弛振荡器两种。典型的典型的微机控制步进电机微机控制步进电机系统系统如下图所示如下图所示 计算机控制步进电机需要解计算机控制步进电机需要解决的问题：决的问题： 1）脉冲序列的产生）脉冲序列的产生 2）方向速度控制）方向速度控制 3）程序设计）程序设计1、脉冲序列的生成、脉冲序列

28、的生成 脉冲序列如右图所示脉冲序列如右图所示 1）脉冲周期的实现）脉冲周期的实现 脉冲周期脉冲周期=通电时间通电时间+断电时间。断电时间。 通电时通电时，计算机输出高电平使开，计算机输出高电平使开 关闭合；关闭合；断电时断电时，计，计算机输出低电平使开关断开。算机输出低电平使开关断开。 通电和断电时间的控制通电和断电时间的控制，可以用定时器，也可以用软件延，可以用定时器，也可以用软件延时。时。 周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率周期决定了步进电机的转速；占空比决定了功率。 2）脉冲高度）脉冲高度 脉冲高度决定于元器件，对脉冲高度决定于元器件，对TTL电平为电平为0-5V，对，对CMOS

29、电平一般为电平一般为0-10V。常用的接口电路多为常用的接口电路多为0-5V。速度和方向的控制速度和方向的控制步进电动机的运行速度决定于绕组的通电频率。步进电动机的运行速度决定于绕组的通电频率。单片机控制步进电动机速度的方法有两种：单片机控制步进电动机速度的方法有两种：1. 软件延时法软件延时法在每次换相之后，调用一个延时子程序，待在每次换相之后，调用一个延时子程序，待延时结束后，再执行换相子程序。周而复始，延时结束后，再执行换相子程序。周而复始，即可发出一定频率的步进脉冲，使电机按某即可发出一定频率的步进脉冲，使电机按某一确定转速运转。改变延时的时间长度就可一确定转速运转。改变延时的时间长度

30、就可以改输出脉冲的频率，从而调节电机的转速。以改输出脉冲的频率，从而调节电机的转速。2. 定时器延时法定时器延时法各种单片机都有数量不等的片载定时器各种单片机都有数量不等的片载定时器/计数计数器。加载某个定时器，当定时器溢出时就会器。加载某个定时器，当定时器溢出时就会产生中断信号，中止主程序的执行，转而执产生中断信号，中止主程序的执行，转而执行中断服务程序，这样可以产生硬件延时的行中断服务程序，这样可以产生硬件延时的效果。如将电机换相子程序放在定时器中断效果。如将电机换相子程序放在定时器中断服务程序之中，则定时器每中断一次，电机服务程序之中，则定时器每中断一次，电机就换相一次，从而实现对电机的

31、速度控制。就换相一次，从而实现对电机的速度控制。 方向控制方向控制:改变通电顺序即可改变通电顺序即可,如单三拍如单三拍ABC为正为正转转,CBA为反转为反转 PCx=1导通，对应导通，对应绕组通电绕组通电 PCx=0截止，对截止，对应绕组断电应绕组断电（与前面表中所述相（与前面表中所述相同）同）有光隔的步进电机控制电路有光隔的步进电机控制电路无刷电机的控制无刷电机的控制 无刷电机的结构无刷电机的结构 定定子子 永永磁磁转转子子 传传感感器器定定子子 传传感感器器转转子子 (a) 结构示意图结构示意图 (b) 定转子实际结构定转子实际结构 位位 置置 检检 测测 器器 逆逆 变变 器器 电电 机

32、机 本本 体体 控控 制制 信信 号号 控控 制制 器器 输输 出出 直直 流流 电电 源源 内部控制结构内部控制结构传感器：传感器：H1=1 H2=0 H3=1导通相：导通相：B传感器：传感器：H1=1 H2=0 H3=0导通相：导通相：B传感器：传感器：H1=1 H2=1 H3=0导通相：导通相：C传感器：传感器：H1=0 H2=1 H3=0导通相：导通相：C传感器：传感器：H1=0 H2=0 H3=1导通相：导通相：A传感器：传感器：H1=1 H2=0 H3=1导通相：导通相：B2传感器信号的接入传感器信号的接入 1、开关量、数字量传、开关量、数字量传感器的接入感器的接入 很多传感器输出

33、很多传感器输出为开关量和数字为开关量和数字量，需要专门的量，需要专门的接口电路接入控接口电路接入控制器。目前主要制器。目前主要用光电隔离技术。用光电隔离技术。三极管三极管光电隔离的器件是光电三极管，光电隔离的器件是光电三极管，也称为光电耦合器也称为光电耦合器4N33光电耦合器光电耦合器 2、模拟量传感器的接入、模拟量传感器的接入 下图为模拟量传感器接入的框图下图为模拟量传感器接入的框图传感器传感器信号处理信号处理放大电路放大电路采样保采样保持电路持电路A/D转换转换电路电路中心控中心控制器制器接口电路接口电路 1、开关量输出开关量输出 采用光电隔离技术输出，输出形式采用光电隔离技术输出，输出形

34、式有：三极管、可控硅、固态继电器、有：三极管、可控硅、固态继电器、继电器、大功率场效应管。继电器、大功率场效应管。3控制信号的输出控制信号的输出光电光电隔离器隔离器为高时继为高时继电器闭合电器闭合继电器继电器线圈线圈保护保护二极管二极管电磁式继电器的工作原理和应用电路如图所示。电磁式继电器的工作原理和应用电路如图所示。 驱动电流一般为驱动电流一般为100mA左右，直流电压左右，直流电压5V、9V、12V、24V等等 选用时应考虑：选用时应考虑： 1、额定工作电压、电流、额定工作电压、电流 2、接点负荷、接点负荷 3、接点、接点的数量与种类动断或动开）的数量与种类动断或动开） 4、体积、封装、工

35、作、体积、封装、工作 环境、延迟时间等环境、延迟时间等继电器输出继电器输出光电光电隔离器隔离器闭合时闭合时负载工作负载工作三极管三极管保护保护二极管二极管固态继电器的工作原理固态继电器的工作原理:当当SW闭合时闭合时,光电隔离导通光电隔离导通,三极管导通负载接通三极管导通负载接通.固态继电器输出固态继电器输出:工作原理工作原理步进电机步进电机绕组绕组C保护保护二极管二极管直流直流SSR主要用于直流负载的场合主要用于直流负载的场合输出工作电压输出工作电压30-180V（5V开始工作）开始工作） SSR控制步进电机（上图）。控制步进电机（上图）。PCx=1时导通，对应绕组通电。时导通，对应绕组通电

36、。一个固态继电器应用的例子一个固态继电器应用的例子.场效应管场效应管开关开关步进电机步进电机绕组绕组A光电光电隔离器隔离器保护保护二极管二极管浪涌电压保浪涌电压保护电路，保护电路，保护场效应管护场效应管大功率场效应管输出大功率场效应管输出场效应管型号为场效应管型号为IRF640，PCx为为1时对应绕组导时对应绕组导通通，为，为0时对应绕组关闭。三个绕组按规律交替时对应绕组关闭。三个绕组按规律交替导通，步进电机才会旋转。导通，步进电机才会旋转。第三讲第三讲 机器人控制系统的设计、制机器人控制系统的设计、制作、调试作、调试 1、机器人控制系统的设计机器人控制系统的设计 1、控制系统的设计步骤、控制

37、系统的设计步骤 A、了解控制系统的任务和要求，确定控制系统、了解控制系统的任务和要求，确定控制系统应具有的功能。应具有的功能。 B、收集资料、了解掌握相关技术和知识。、收集资料、了解掌握相关技术和知识。 C、总体方案设计、总体方案设计 D、硬件选型及相关电路的设计、硬件选型及相关电路的设计 E、操作系统的选择及控制软见的设计、操作系统的选择及控制软见的设计 F、系统仿真、系统仿真 2、总体方案设计、总体方案设计 根据机器人对控制系统的要求，设计根据机器人对控制系统的要求，设计控制系统的总体结构。控制系统的总体结构。 设计总体结构应多总方案进行比较，设计总体结构应多总方案进行比较，在满足使用要求的条件下，要在满足使用要求的条件下，要考虑技考虑技术上的可行性、系统结构的复杂性、术上的可行性、系统结构的复杂性、操作维修的方便性、及经济性操作维修的方便性、及经济性。选择。选择一个最优方案。一个最优方案。 提供系统的总体框图。提供系统的总体框图。 下图是一个机器人控制系统的总体方案下图是一个机器人控制系统的总体方案 3、硬件选