Page 29 - 工业机器人控制技术研究

第一章 工业机器人的发展

到的科氏力与向心力便会对机器人动力学产生较大的影响。对于模块化轻载搬运
机器人动力学的研究而言，在实际工作过程中，S、L 关节的转动相对较为缓慢，
这也有效减小了科氏力与向心力对机器人系统的影响，甚至可以将之忽略不计。

但需要注意的是，此时搬运机器人上部分的小臂以及腕关节的转动速度相对较快，
因而并不能忽略科氏力以及向心力对机器人系统的影响。当 S、L、U 关节质量
相对较小时，其所产生的惯量也较小，此时便需要重点分析向心力及科氏力的作
用。总体而言，通过对影响机器人动力学系统因素的分析，可以对搬运机器人各

个关节的力矩进行简化，在此过程中也可以进一步深入分析其力矩公式，由此方
便动力学研究的进行。
（二）搬运机器人控制系统硬件结构的设计
关于搬运机器人控制系统的硬件结构设计，其主要通过嵌入式控制器的使用，

将主控制器与操作系统相结合，利用符合条件的 PLC 软件，在支持多种编程语
言的基础上设计多个 PLC 任务，以此满足搬运机器人控制系统的硬件结构设计。
针对搬运机器人控制系统的设计，其主要运用到一个软件 PLC 以及对应的 2 个
任务。通过总线将嵌入式 PLC、模拟量采集模块、数字采集模块、激光雷达以及

电机驱动模块进行有效连接。
在传感器系统中，主要选择符合系统的激光雷达进行机器人搬运物体的外形
检测以及位置检测。其雷达的探测扇形区域应约为 190°，对应扇形的扫描区域
的扫描线之间应保持 θ=0.36°，实际的探测距离应约为 50m。与此同时，激光

雷达必须达到每隔 20ms 便进行一次扫描。由此扫描得到的数据则包含有一定准
确性的角度值和距离值，数据则能够通过总线传输给主控制器。而针对当前的搬
运机器人控制系统设计，在激光雷达的运用中具有一定的局限性，激光雷达只能
够检测到机器人的前方一定高度的物体，但对于地面的情况无法深入检测。对此

情况，则通过光电传感器的设计满足搬运机器人行动过程中对于地面情况的检测。
即在搬运机器人的地盘前后左右处各安装一组光电传感器，以此全面对地面情况
进行检测。光电传感器能够输出较高的电平，再通过继电器的利用进行一定的转
换，进而将光电信号向开关信号进行转换，从而连接到数字量的输入模块。

在搬运机器人的控制系统硬件设计中，无法避免机械加工以及装配生产所带
来的误差，即在机器人行走的过程中常常会偏离正确的预测方向，因此为了充分
降低机器人行走方向误差的产生，在搬运机器人的设计中增加了数字罗盘模块，

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