1、機器人控制系統機器人控制系統 第一講第一講 機器人控制系統的構成機器人控制系統的構成(硬件硬件)中心控制器中心控制器信號處理信號處理放大電路放大電路驅動電路驅動電路執行機構執行機構傳感器傳感器其它電路其它電路輸入輸出輸入輸出電源電源軟件軟件一個典型機器人控制系統(比賽) 如圖所示的是一個比賽機器人控制系統它的主要組成部分如下: 中心控制器單片機單片機 驅動電路橋式橋式PWM調速電路調速電路 執行機構直流伺服電機直流伺服電機 信號處理電路光電隔離接入電路光電隔離接入電路 傳感器光電傳感器、各類開關光電傳感器、各類開關 輸入輸出編程器編程器機器人的擬人化比喻機器人的擬人化比喻 人人 機器人機器人大

2、腦大腦 中心控制器中心控制器感官感官 傳感器傳感器手和腳手和腳 運動執行機構運動執行機構神經和肌肉神經和肌肉 驅動放大及連接線路驅動放大及連接線路中心控制器任務和功能任務和功能 執行控制程序執行控制程序,通過外圍電路控制執行機通過外圍電路控制執行機構完成相關動作構完成相關動作. 根據傳感器的輸入信息判斷機器人工作根據傳感器的輸入信息判斷機器人工作狀態狀態,決定機器人下一步的動作決定機器人下一步的動作.控制器的種類單片機單片機特點特點:結構簡單結構簡單,經經濟性好濟性好應用：簡單結構應用：簡單結構的機器人控制的機器人控制嵌入式工業控制模塊嵌入式工業控制模塊特點特點:抗干擾能力較抗干擾能力較強、運

3、算速較快、強、運算速較快、能適應多種操作系能適應多種操作系統。統。應用：較復雜的機器人應用：較復雜的機器人須較強運算能力的機器須較強運算能力的機器人。人。DSP（數字信號處理器）（數字信號處理器）特點：運算速度特點：運算速度比微處理器快，比微處理器快，實時性好，適合實時性好，適合嵌入式的實時數嵌入式的實時數字信號處理。字信號處理。應用：結構較復應用：結構較復雜，實時性要求雜，實時性要求較高的機器人較高的機器人專用運動控制卡專用運動控制卡獨立式運動控制卡獨立式運動控制卡英國翠歐運動控制卡英國翠歐運動控制卡國產國產MPC05運動控制卡運動控制卡基于基于PC的運動控制卡的運動控制卡PCI總線的運動控

4、制卡總線的運動控制卡(國國產產PCI208)104總線的運動控制卡總線的運動控制卡(美國美國PMAC)傳感器 功能和作用功能和作用:對機器人本身的狀態和外界的對機器人本身的狀態和外界的信息狀態進行檢測信息狀態進行檢測.為機器人進行下一步的為機器人進行下一步的動作提供信息依據動作提供信息依據. 種類種類:機器人用傳感器有很多類型但主要類機器人用傳感器有很多類型但主要類型有四五種型有四五種. 主要有主要有光線類傳感器、觸覺開關類傳感器、光線類傳感器、觸覺開關類傳感器、超聲探測器、溫度等檢測類傳感器、電源超聲探測器、溫度等檢測類傳感器、電源檢測類傳感器。檢測類傳感器。光線類傳感器光線類傳感器 光線傳

5、感器有很多種類主要用于光線傳感器有很多種類主要用于測距、目測距、目標檢測、顏色識別。標檢測、顏色識別。可作為機器人定位、可作為機器人定位、巡線、目標檢測和識別類傳感器。巡線、目標檢測和識別類傳感器。 漫反射光電傳感器漫反射光電傳感器 激光傳感器激光傳感器紅外光電傳感器紅外光電傳感器光纖傳感器光纖傳感器觸覺開關類傳感器觸覺開關類傳感器 觸覺開關主要用于機器人狀態檢測、近距觸覺開關主要用于機器人狀態檢測、近距離目標探測等。有離目標探測等。有非接觸式和接觸式非接觸式和接觸式兩類。兩類。 接觸式有微動開關、行程開關、擋鐵等接觸式有微動開關、行程開關、擋鐵等。接觸式的行程開接觸式的行程開關關非接觸式的開

6、關有電容和電感等形式上圖是非接觸式的開關有電容和電感等形式上圖是一種電容式接近開關一種電容式接近開關檢測類傳感器檢測類傳感器 各類物理量的檢測（如溫度、壓力、速度、各類物理量的檢測（如溫度、壓力、速度、位移、加速度等）都屬于位置傳感器。位移、加速度等）都屬于位置傳感器。右圖為用于測量電機右圖為用于測量電機轉速和角位移的增量轉速和角位移的增量式編碼器式編碼器壓力傳感器壓力傳感器測力傳感器測力傳感器溫度傳感器溫度傳感器位移傳感器位移傳感器扭矩傳感器扭矩傳感器超聲傳感器測距超聲傳感器測距超聲傳感器邦納超聲傳感器邦納超聲傳感器超聲傳感器主要用于測距和機器人定位超聲傳感器主要用于測距和機器人定位.電源檢

7、測傳感器電源檢測傳感器電源檢測傳感器主要有電流和電壓傳感器電源檢測傳感器主要有電流和電壓傳感器,其作用是對其作用是對電源進行監測防止由于電源的變化引起的機器人故障電源進行監測防止由于電源的變化引起的機器人故障,可根據電源參數的變化判斷機器人有無故障可根據電源參數的變化判斷機器人有無故障.主要有電流主要有電流和電壓傳感器和電壓傳感器.霍爾電流傳感器霍爾電流傳感器接入式電流傳感器接入式電流傳感器電壓傳感器電壓傳感器驅動放大器驅動放大器作用作用:對控制器送來驅動信號進行運對控制器送來驅動信號進行運算放大控制和驅動執行機構算放大控制和驅動執行機構.驅動驅動器的種類很多器的種類很多.控制的方式有：控制的

8、方式有：閉環、開環及部分閉環、開環及部分閉環三種閉環三種驅動主要器件有：驅動主要器件有：三極管、晶閘管、三極管、晶閘管、場效應管、固態繼電器等。場效應管、固態繼電器等。閉環驅動器閉環驅動器瑞士瑞士MAX公司的閉環驅動器公司的閉環驅動器自制的驅動信號接口板自制的驅動信號接口板自制的場效應管驅動器自制的場效應管驅動器(開環開環)放大器件大功率大功率三極管三極管大功率大功率場效應場效應管管固態繼固態繼電器電器可控硅可控硅執行機構執行機構 執行機構是機不可器人最終完成動作執行機構是機不可器人最終完成動作的部件的部件,是控制系統控制的對象是控制系統控制的對象.主要有主要有電機、液壓油缸、液壓馬達等。電機

9、、液壓油缸、液壓馬達等。 電機的種類有很多，常用的有電機的種類有很多，常用的有交直侍交直侍服電機、步進電機、無刷電機、普通服電機、步進電機、無刷電機、普通交直流電機。交直流電機。各類電機各類電機交流伺服電機交流伺服電機直流伺服電機直流伺服電機各類電機各類電機步進電機步進電機無刷電機無刷電機電源電源 電源包括各類電池及各類電源模塊和整流穩壓電源。電池提供能源，模塊電源提供各種電壓，整流器完成AC-DC轉換。電池電池鋰電池鋰電池:體積小體積小壽命長壽命長,放電平放電平穩穩鉛酸電池鉛酸電池:體體積大積大,放電不放電不平穩平穩鎳氫電池鎳氫電池:體積較體積較小小小小,壽命較長壽命較長,放放電平穩電平穩電

10、源電源開關電源開關電源:體積體積小效率高小效率高模塊電源模塊電源:體積體積小小,電壓穩電壓穩普通電源普通電源:體積體積大大,效率低效率低第二講機器人控制系統的相關技術第二講機器人控制系統的相關技術簡介簡介1 電機的控制電機的控制 機器人中常用的電機有：機器人中常用的電機有：有刷有刷直流電機、無刷直流電機、步直流電機、無刷直流電機、步進電機、超聲電機等進電機、超聲電機等。各種電。各種電機的控制方法也不盡相同。電機的控制方法也不盡相同。電機的控制主要有速度、方向、機的控制主要有速度、方向、剎車及開停等。剎車及開停等。電機的電機的PWM調速調速 PWM (Pulse Width odulation)

11、控制就是控制就是 寬調制技術寬調制技術：即通過即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的電壓值來等效的獲得所需要的電壓值（含形狀和幅值（含形狀和幅值) )。直流電動機調速原理直流電動機調速原理 直流電動機由轉子和定子組成，定子可以是磁極或勵磁繞組。 其轉速與加在轉子電樞上的電壓Ua有關，有關， Ua轉速轉速V；所加電壓極性改變，則電動機反轉。 據此原理，通過改變電動機電樞電壓接通和斷開的時間比（即占空比）來控制電動機的轉速，這種方法就稱為脈沖寬度調脈沖寬度調制制PWM。 脈寬調制轉速公式（平均轉速）： Vd=Vmax * D Vd-電動機平均轉速 Vma

12、x全通電時速度（最大） D= t1 /T-占空比， t1是通電時間，T是脈寬周期。D1。 Vd D，與單純的周期T無關 直流電機調速圖示直流電機調速圖示Vd與與D只是近似的線性關系，與單純的周期只是近似的線性關系，與單純的周期T無關（與步進電機的調速脈沖不同，步進無關（與步進電機的調速脈沖不同，步進電機的轉速與脈沖頻率成正比）。在電機的轉速與脈沖頻率成正比）。在D不變不變的情況下，的情況下，T越小，電機轉速越平穩。越小，電機轉速越平穩。速度和占空比之間的關系速度和占空比之間的關系有刷直流電機的控制有刷直流電機的控制 正轉：正轉：SW1SW1、SW4SW4閉合閉合 反轉：反轉：SW2SW2、SW

13、3SW3閉合閉合 剎車：剎車：SW2SW2、SW4SW4閉合閉合（或（或SW1SW1、SW3SW3閉合）閉合） 滑行：滑行：SW1SW1、SW2SW2、SW3SW3、 SW4SW4全部斷開全部斷開電機控制示意圖。電機控制示意圖。 控制數據控制數據運轉運轉狀態狀態開關狀態開關狀態PA1 PA0SW1 SW2 SW3 SW410正轉正轉100101反轉反轉011011剎車剎車010100滑行滑行0000雙向控制電動機工作狀態真值表雙向控制電動機工作狀態真值表 PA0、PA1為為0時，時，SW1、SW3才有可能導通才有可能導通 SWx狀態：狀態：PA0、1為為1時導時導通，為通，為0時截止時截止 S

14、Wx用的是場效應管用的是場效應管PB0-PB7：設置脈沖寬度，：設置脈沖寬度， 即方波的占空比即方波的占空比74LS125：四總線三態緩沖器：四總線三態緩沖器電機控制過程實例電機控制過程實例有刷直流電機的調速有刷直流電機的調速開環脈沖寬度調速系統的組成開環脈沖寬度調速系統的組成 由五部分組成：由五部分組成： （1）占空比）占空比D的的 設定設定 1）用電位器調節、）用電位器調節、2）用撥碼開關、用撥碼開關、3）用數字鍵盤）用數字鍵盤 （2）脈沖寬度發生器）脈沖寬度發生器 軟件編程軟件編程 （3）驅動器）驅動器 TTL放大電路放大電路 （4）電子開關）電子開關 用晶體管、場效應管、可控硅、用晶體

15、管、場效應管、可控硅、繼電器繼電器 （5）電動機）電動機直流電機調速系統結構（開環）直流電機調速系統結構（開環）占空比占空比由脈寬調制轉速公式：由脈寬調制轉速公式： Vd=Vmax * D 電動機平均轉速電動機平均轉速Vd、全通電時速度、全通電時速度 Vmax 已知已知，對于給，對于給定的平均轉速定的平均轉速Vd ，便可計算出占空比，便可計算出占空比D。 占空比占空比D= t1 /T ， t1是通電時間，是通電時間， t2是斷電時間。是斷電時間。 脈寬周期脈寬周期T= t1 + t2 占空比的實現有兩種方法占空比的實現有兩種方法 1、軟件計數法、軟件計數法 設單位時間（設單位時間（ t0 ）計

16、一個數，則通電時間）計一個數，則通電時間t1計數計數N1= t1 / t0 ， 斷電時間斷電時間t2計數計數N2= t2 / t0 ，在脈沖輸出端，輸出高，在脈沖輸出端，輸出高電平計數電平計數N1，輸出低電平計數，輸出低電平計數N2，并讓輸出端如此循環，并讓輸出端如此循環輸出即可。輸出即可。 2、硬件計數法、硬件計數法 用硬件計數器計數，分別輸出高電平和低電平，也如此用硬件計數器計數，分別輸出高電平和低電平，也如此循環輸出即可。循環輸出即可。 為了提高電動機脈沖為了提高電動機脈沖寬度調速系統的精度，寬度調速系統的精度，通常采用閉環脈沖寬度通常采用閉環脈沖寬度調速系統。調速系統。 閉環系統是在開

17、環系閉環系統是在開環系統的基礎上增加了電動統的基礎上增加了電動機的速度檢測回路，意機的速度檢測回路，意在將檢測到的速度與給在將檢測到的速度與給定值比較，并由數字調定值比較，并由數字調節器（節器（PID）進行調節。）進行調節。其原理框圖如左圖所其原理框圖如左圖所示。示。閉環調速速示意圖閉環調速速示意圖步進電機的控制步進電機的控制 結構和工作原理結構和工作原理機理機理： 步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉換成線位移或角位移的電機。每來一個轉換成線位移或角位移的電機。每來一個 電脈沖，電機轉動一個角度，帶動機械移電脈沖，電機轉動一個角度，帶動機械移 動一小段

18、距離。動一小段距離。 特點：特點： (1)給一個脈沖，轉一個步距角。給一個脈沖，轉一個步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機轉速。控制脈沖頻率，可控制電機轉速。 (3)改變脈沖順序，改變轉動方向。改變脈沖順序，改變轉動方向。反應式步進電機的結構反應式步進電機的結構通常按勵磁方式分為三大類：通常按勵磁方式分為三大類：以反應式為例說明步進電機的結構和原理以反應式為例說明步進電機的結構和原理 特點特點 定轉子開小定轉子開小齒齒 定轉子均為定轉子均為軟磁材料軟磁材料 小步距小步距反應式步進電機的結構反應式步進電機的結構工作方式工作方式 (1 (1）三相繞組聯接方式：）三相繞組聯接方式：Y 型型（2

19、2）三相繞組中的通電順序為：）三相繞組中的通電順序為：A 相相 B 相相 C 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： A 相相 C 相相 B 相相 三相單三拍的特點：三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉子轉過）每來一個電脈沖，轉子轉過 30 。此。此角稱為步距角，用角稱為步距角，用 S表示。表示。（2）轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電）轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉向。的順序，改變通電順序即可改變轉向。（3）工作過程）工作過程化，吸引轉子，使轉子的位置力圖使通電相磁化，吸引轉子，使轉子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉、定子的齒對齊停止轉動。路的磁阻

20、最小，使轉、定子的齒對齊停止轉動。A 相通電，相通電，A 方向的磁方向的磁通經轉子形成閉合回路。通經轉子形成閉合回路。若轉子和磁場軸線方向若轉子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁原有一定角度，則在磁場的作用下，轉子被磁場的作用下，轉子被磁A A 相通電使轉子相通電使轉子1 1、3 3齒和齒和 AA 對齊。對齊。CABBCA3412CABBCA3412B相通電，轉子相通電，轉子2、4齒齒和和B相軸線對齊，相對相軸線對齊，相對A相通電位置轉相通電位置轉30 ；1C342CABBAC相通電再轉相通電再轉30 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電

21、，而且，一個循環周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。一個循環周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。二、三相單雙六拍二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AABBBCCCAA 共共六拍。六拍。工作過程：工作過程：A相通電，相通電，轉子轉子1 1、3 3齒和齒和A相對齊。相對齊。CABBCA3412所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA 通電，轉子轉了通電，轉子轉了15。（1）BB 磁場對磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使齒有磁拉力，該拉力使 轉子順時針方向轉動。轉子順時針方向轉動。A、B相同時通電相同時通電（2）AA 磁場繼續

22、對磁場繼續對1、3齒有拉力。齒有拉力。CABBCA3412總之，每個循環周期，有六種通電狀態，所以稱總之，每個循環周期，有六種通電狀態，所以稱為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為15 。CABBCA3412B相通電，相通電，轉子轉子2、4齒和齒和B相對齊，又轉了相對齊，又轉了15 。三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通電通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電通電工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉子也是轉脈沖，轉子也是轉30 ，即，即 S = 30 。CA通電通電CABBCA3

23、412以上三種工作方式，三相雙三以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩定，因此較常采用。拍穩定，因此較常采用。應用的步進電機應用的步進電機實際采用的步進電機的步距角多為實際采用的步進電機的步距角多為3度和度和1.5 度，步距角越小，機加工的精度越高。度，步距角越小，機加工的精度越高。為產生小步距角，定、轉子都做成多齒的，為產生小步距角，定、轉子都做成多齒的，圖中轉子圖中轉子40個齒，定子仍是個齒，定子仍是 6個磁極，但每個磁個磁極，但每個磁極上也有五個齒。極上也有五個齒。轉子的齒距轉子的齒距等于等于360 / 40=9 ，齒寬，齒寬、齒槽各、齒槽各4

24、.5 。 為使轉、定子的齒對齊，定子磁為使轉、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉子相極上的小齒，齒寬和齒槽和轉子相同。同。工作原理：工作原理：假設是單三拍通電工作方式。假設是單三拍通電工作方式。（1）A 相通電時，定子相通電時，定子A 相的五個小齒和轉子對相的五個小齒和轉子對齊。此時，齊。此時，B 相和相和 A 相空間差相空間差120120 ，含，含 120/9 = = 齒齒 A 相和相和 C 相差相差240240 ，含，含240240 / / 9 9 = = 個個齒。所以，齒。所以，A 相的轉子、定子的五個小齒對相的轉子、定子的五個小齒對齊時，齊時，B 相、相、C 相不能對齊，相

25、不能對齊，B相的轉子、相的轉子、定子相差定子相差 1/3 1/3 個齒（個齒（3 3 ），），C相的轉子、定相的轉子、定子相差子相差2/32/3個齒（個齒（6 6 ）。）。31133226若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉子只轉轉子只轉 1.5 。步進電機的轉動方向仍由相序決定。步進電機的轉動方向仍由相序決定。同理，同理，C 相通電再轉相通電再轉3 （2）A 相斷電、相斷電、B 相通電后，轉子只需轉過相通電后，轉子只需轉過1/3個個 齒（齒（3 ），使），使 B 相轉子、定子對齊。相轉子、定子對齊。步進電機的控制步進電機的控制 脈沖分配器脈沖

26、分配器 脈沖發生器脈沖發生器 功率放大器功率放大器 步進步進 電動機電動機 指令指令 電源電源 步進電機驅動結構圖步進電機驅動結構圖步進電動機的驅動電源主要由脈沖發生器、步進電動機的驅動電源主要由脈沖發生器、脈沖分配器和脈沖放大器脈沖分配器和脈沖放大器(也稱功率放大器也稱功率放大器)三部分組成。三部分組成。脈沖分配器根據指令把脈沖按一定的邏輯關系加到各脈沖分配器根據指令把脈沖按一定的邏輯關系加到各相繞組的功率放大器上，使電機按一定方式運行，實相繞組的功率放大器上，使電機按一定方式運行，實現正、反轉和定位。現正、反轉和定位。傳統電路：門電路傳統電路：門電路+ +觸發器組成觸發器組成集成電路：如集

27、成電路：如CH205(CMOS)CH205(CMOS)三相六拍脈沖分配器三相六拍脈沖分配器脈沖發生器是一個脈沖頻率在幾赫到幾十千赫內可連脈沖發生器是一個脈沖頻率在幾赫到幾十千赫內可連續變化的脈沖信號發生器。最常見的有多諧振蕩器和續變化的脈沖信號發生器。最常見的有多諧振蕩器和單結晶體管構成的張弛振蕩器兩種。單結晶體管構成的張弛振蕩器兩種。典型的典型的微機控制步進電機微機控制步進電機系統系統如下圖所示如下圖所示 計算機控制步進電機需要解計算機控制步進電機需要解決的問題：決的問題： 1）脈沖序列的產生）脈沖序列的產生 2）方向速度控制）方向速度控制 3）程序設計）程序設計1、脈沖序列的生成、脈沖序列

28、的生成 脈沖序列如右圖所示脈沖序列如右圖所示 1）脈沖周期的實現）脈沖周期的實現 脈沖周期脈沖周期=通電時間通電時間+斷電時間。斷電時間。 通電時通電時，計算機輸出高電平使開，計算機輸出高電平使開 關閉合；關閉合；斷電時斷電時，計，計算機輸出低電平使開關斷開。算機輸出低電平使開關斷開。 通電和斷電時間的控制通電和斷電時間的控制，可以用定時器，也可以用軟件延，可以用定時器，也可以用軟件延時。時。 周期決定了步進電機的轉速；占空比決定了功率周期決定了步進電機的轉速；占空比決定了功率。 2）脈沖高度）脈沖高度 脈沖高度決定于元器件，對脈沖高度決定于元器件，對TTL電平為電平為0-5V，對，對CMOS

29、電平一般為電平一般為0-10V。常用的接口電路多為常用的接口電路多為0-5V。速度和方向的控制速度和方向的控制步進電動機的運行速度決定于繞組的通電頻率。步進電動機的運行速度決定于繞組的通電頻率。單片機控制步進電動機速度的方法有兩種：單片機控制步進電動機速度的方法有兩種：1. 軟件延時法軟件延時法在每次換相之后，調用一個延時子程序，待在每次換相之后，調用一個延時子程序，待延時結束后，再執行換相子程序。周而復始，延時結束后，再執行換相子程序。周而復始，即可發出一定頻率的步進脈沖，使電機按某即可發出一定頻率的步進脈沖，使電機按某一確定轉速運轉。改變延時的時間長度就可一確定轉速運轉。改變延時的時間長度

30、就可以改輸出脈沖的頻率，從而調節電機的轉速。以改輸出脈沖的頻率，從而調節電機的轉速。2. 定時器延時法定時器延時法各種單片機都有數量不等的片載定時器各種單片機都有數量不等的片載定時器/計數計數器。加載某個定時器，當定時器溢出時就會器。加載某個定時器，當定時器溢出時就會產生中斷信號，中止主程序的執行，轉而執產生中斷信號，中止主程序的執行，轉而執行中斷服務程序，這樣可以產生硬件延時的行中斷服務程序，這樣可以產生硬件延時的效果。如將電機換相子程序放在定時器中斷效果。如將電機換相子程序放在定時器中斷服務程序之中，則定時器每中斷一次，電機服務程序之中，則定時器每中斷一次，電機就換相一次，從而實現對電機的

31、速度控制。就換相一次，從而實現對電機的速度控制。 方向控制方向控制:改變通電順序即可改變通電順序即可,如單三拍如單三拍ABC為正為正轉轉,CBA為反轉為反轉 PCx=1導通，對應導通，對應繞組通電繞組通電 PCx=0截止，對截止，對應繞組斷電應繞組斷電（與前面表中所述相（與前面表中所述相同）同）有光隔的步進電機控制電路有光隔的步進電機控制電路無刷電機的控制無刷電機的控制 無刷電機的結構無刷電機的結構 定定子子 永永磁磁轉轉子子 傳傳感感器器定定子子 傳傳感感器器轉轉子子 (a) 結構示意圖結構示意圖 (b) 定轉子實際結構定轉子實際結構 位位 置置 檢檢 測測 器器 逆逆 變變 器器 電電 機

32、機 本本 體體 控控 制制 信信 號號 控控 制制 器器 輸輸 出出 直直 流流 電電 源源 內部控制結構內部控制結構傳感器：傳感器：H1=1 H2=0 H3=1導通相：導通相：B傳感器：傳感器：H1=1 H2=0 H3=0導通相：導通相：B傳感器：傳感器：H1=1 H2=1 H3=0導通相：導通相：C傳感器：傳感器：H1=0 H2=1 H3=0導通相：導通相：C傳感器：傳感器：H1=0 H2=0 H3=1導通相：導通相：A傳感器：傳感器：H1=1 H2=0 H3=1導通相：導通相：B2傳感器信號的接入傳感器信號的接入 1、開關量、數字量傳、開關量、數字量傳感器的接入感器的接入 很多傳感器輸出

33、很多傳感器輸出為開關量和數字為開關量和數字量，需要專門的量，需要專門的接口電路接入控接口電路接入控制器。目前主要制器。目前主要用光電隔離技術。用光電隔離技術。三極管三極管光電隔離的器件是光電三極管，光電隔離的器件是光電三極管，也稱為光電耦合器也稱為光電耦合器4N33光電耦合器光電耦合器 2、模擬量傳感器的接入、模擬量傳感器的接入 下圖為模擬量傳感器接入的框圖下圖為模擬量傳感器接入的框圖傳感器傳感器信號處理信號處理放大電路放大電路采樣保采樣保持電路持電路A/D轉換轉換電路電路中心控中心控制器制器接口電路接口電路 1、開關量輸出開關量輸出 采用光電隔離技術輸出，輸出形式采用光電隔離技術輸出，輸出形

34、式有：三極管、可控硅、固態繼電器、有：三極管、可控硅、固態繼電器、繼電器、大功率場效應管。繼電器、大功率場效應管。3控制信號的輸出控制信號的輸出光電光電隔離器隔離器為高時繼為高時繼電器閉合電器閉合繼電器繼電器線圈線圈保護保護二極管二極管電磁式繼電器的工作原理和應用電路如圖所示。電磁式繼電器的工作原理和應用電路如圖所示。 驅動電流一般為驅動電流一般為100mA左右，直流電壓左右，直流電壓5V、9V、12V、24V等等 選用時應考慮：選用時應考慮： 1、額定工作電壓、電流、額定工作電壓、電流 2、接點負荷、接點負荷 3、接點、接點的數量與種類動斷或動開）的數量與種類動斷或動開） 4、體積、封裝、工

35、作、體積、封裝、工作 環境、延遲時間等環境、延遲時間等繼電器輸出繼電器輸出光電光電隔離器隔離器閉合時閉合時負載工作負載工作三極管三極管保護保護二極管二極管固態繼電器的工作原理固態繼電器的工作原理:當當SW閉合時閉合時,光電隔離導通光電隔離導通,三極管導通負載接通三極管導通負載接通.固態繼電器輸出固態繼電器輸出:工作原理工作原理步進電機步進電機繞組繞組C保護保護二極管二極管直流直流SSR主要用于直流負載的場合主要用于直流負載的場合輸出工作電壓輸出工作電壓30-180V（5V開始工作）開始工作） SSR控制步進電機（上圖）。控制步進電機（上圖）。PCx=1時導通，對應繞組通電。時導通，對應繞組通電

36、。一個固態繼電器應用的例子一個固態繼電器應用的例子.場效應管場效應管開關開關步進電機步進電機繞組繞組A光電光電隔離器隔離器保護保護二極管二極管浪涌電壓保浪涌電壓保護電路，保護電路，保護場效應管護場效應管大功率場效應管輸出大功率場效應管輸出場效應管型號為場效應管型號為IRF640，PCx為為1時對應繞組導時對應繞組導通通，為，為0時對應繞組關閉。三個繞組按規律交替時對應繞組關閉。三個繞組按規律交替導通，步進電機才會旋轉。導通，步進電機才會旋轉。第三講第三講 機器人控制系統的設計、制機器人控制系統的設計、制作、調試作、調試 1、機器人控制系統的設計機器人控制系統的設計 1、控制系統的設計步驟、控制

37、系統的設計步驟 A、了解控制系統的任務和要求，確定控制系統、了解控制系統的任務和要求，確定控制系統應具有的功能。應具有的功能。 B、收集資料、了解掌握相關技術和知識。、收集資料、了解掌握相關技術和知識。 C、總體方案設計、總體方案設計 D、硬件選型及相關電路的設計、硬件選型及相關電路的設計 E、操作系統的選擇及控制軟見的設計、操作系統的選擇及控制軟見的設計 F、系統仿真、系統仿真 2、總體方案設計、總體方案設計 根據機器人對控制系統的要求，設計根據機器人對控制系統的要求，設計控制系統的總體結構。控制系統的總體結構。 設計總體結構應多總方案進行比較，設計總體結構應多總方案進行比較，在滿足使用要求的條件下，要在滿足使用要求的條件下，要考慮技考慮技術上的可行性、系統結構的復雜性、術上的可行性、系統結構的復雜性、操作維修的方便性、及經濟性操作維修的方便性、及經濟性。選擇。選擇一個最優方案。一個最優方案。 提供系統的總體框圖。提供系統的總體框圖。 下圖是一個機器人控制系統的總體方案下圖是一個機器人控制系統的總體方案 3、硬件選