Page 171 - 电气自动化控制技术研究

第六章 工业自动化伺服驱动器系统的相关研究

（1）运动控制器

运动控制器是运动控制系统中的智力单元，根据期望的路径或轨迹，计算并产生输出
命令。常用的运动控制器有单片机、PLC、DSP、ARM、PC 机。其中，DSP 和 ARM 微处
理器体积小，具有低功耗、低成本、处理速度快、稳定性高等特点，且开发周期短，有丰

富的外设资源，在现在工业机器人中应用广泛。使用视觉系统作为控制系统的反馈单元，
视觉系统需要处理图像或视频信息，信息量大，DSP 或 ARM 微处理器显得处理速度不足，
影响系统的实时性。而 PC 机开发能力强，可处理信息量大，可进行复杂的控制算法计算。

PC 机可编程能力强，多线程编程可优化软件设计。
（2）驱动控制器
常见的驱动控制器为伺服驱动器，将控制器发出的弱电信号放大为高功率的电压或电

流信号，驱动电机运动。现在先进的智能驱动器已经可以实现自身速度环和位置环的闭合，
获得更为精确地控制。

（3）执行器
执行器用来输出运动，是完成运动任务的关键所在。按照动力来源，执行器可分为电
动式、液压式和气动式。工业机器人机械连接方式为齿轮连接或者齿轮齿条连接，应选用

电机作为执行器。相对于其他类型的电机，交流伺服电机的过载能力强，启动速度快，可
以克服启动瞬间的惯性力矩，有高速度、高精度、力矩输出稳定等特点，在机器人驱动中

得到广泛应用。选择交流永磁同步电机作为执行器，同步电机的稳态转速恒等于同步转速，
机械特性硬，转子有独立励磁，同样条件下调速范围比异步电机宽。
（4）反馈装置

反馈装置将位置受控信号反馈回运动控制器。常见的线位移检测元件有光栅、感应同
步器等。工业现场作业环境比较恶劣，有强电磁干扰，而且切割过程中待切割工件高温发热，
光栅和感应同步器对于由于发热引起的形变检测力度不够，不能满足工程要求。视觉测量

具有测量范围广、信息量大的优势，对环境变化的及时感知迅捷，能有效地给出环境信息。
视觉传感器已成为移动机器人的必要配置，获得了深入研究，发展迅速，应用前景广。但
该领域仍存在许多亟待解决的问题，如非结构化环境下的手眼协调运动。因此，机器人视

觉伺服的深入研究，有助于推进视觉算法的改进，解决机器人控制中信息传递实时性问题。
2. 视觉伺服

机器人视觉系统根据是否自然测量可分类为主动视觉和被动视觉。被动视觉，实际上
就是自然测量，如双目视觉就属于被动视觉；主动视觉又可分为结构光主动视觉和变参数
主动视觉。结构光视觉可以简化图像特征提取，图像处理速度快，具有很好的实时性，在

机器人视觉控制中得到大量应用。选用激光器投射线结构光到工件表面，CCD 摄像机提取
线结构光和工件边缘的特征点，求取特征点的三维信息。结构光视觉实现简单，实时性好，

但精度相对较低，为获取准确地视觉信息，需要对视觉系统进行标定。
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