暑期團(tuán)隊(duì)社會(huì)實(shí)踐報(bào)告——信息學(xué)院研究生赴沈陽(yáng)中科院參觀學(xué)習(xí)

1、2012年沈陽(yáng)建筑大學(xué)暑期社會(huì)實(shí)踐報(bào)告暑期團(tuán)隊(duì)社會(huì)實(shí)踐報(bào)告實(shí)踐團(tuán)隊(duì) ：信息學(xué)院研究生赴沈陽(yáng)中科所進(jìn)行調(diào)研、學(xué)習(xí)、參觀暑期社會(huì)實(shí)踐團(tuán)書寫時(shí)間 ：2012-8-31所屬單位 ：沈陽(yáng)建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院暑期實(shí)踐報(bào)告1.緒論 1.1活動(dòng)背景1.1.1大部分學(xué)生重理論，輕實(shí)踐1.1.2在校生缺少了解前沿科技的機(jī)會(huì)1.2實(shí)踐主題與組織成員1.2.1實(shí)踐主題“學(xué)子企業(yè)型實(shí)習(xí)就業(yè)”專項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)1.2.2組織成員指導(dǎo)教師：朱棟華 孫作青組長(zhǎng)：田曉曦組員：劉真全 李 思 王 玲 孟顯嬌 王錫銅 桂星河 趙弘淑 王立鵬 馬福洋 孫文成 王灝瀚 李雨喆 劉祥林1.3實(shí)踐目的和意義1.3.1實(shí)踐目的為了解各式各樣

2、的機(jī)器人在工業(yè)控制、醫(yī)藥行業(yè)、國(guó)家安全以及人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾饔?，同學(xué)們開(kāi)拓眼界，增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，豐富同學(xué)們的暑期生活，開(kāi)闊同學(xué)們的視野，了解控制理論與控制工程、檢測(cè)技術(shù)、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。1.3.2實(shí)踐意義1.4實(shí)踐時(shí)間與地點(diǎn)1.4.1實(shí)踐時(shí)間8月20日至8月22日1.4.2時(shí)間地點(diǎn)中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中科院沈陽(yáng)計(jì)算機(jī)研究所1.5實(shí)踐方式 到相關(guān)單位參觀事物，聽(tīng)從講解員講解2.參觀內(nèi)容2.1中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所2.1.1旋翼無(wú)人機(jī)在地震搜救等領(lǐng)域的應(yīng)用。它將在防恐反恐、災(zāi)情評(píng)估、邊境巡邏、油田監(jiān)控、電力巡線、野外搜救等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。桂林航龍公司自主研發(fā)的千里眼無(wú)

3、人機(jī)，在二00八年南方雨雪冰凍災(zāi)害、四川汶川大地震顯示出了巨大威力。航龍公司成為中國(guó)唯一應(yīng)用無(wú)人機(jī)技術(shù)在第一時(shí)間發(fā)布北川縣城地震受災(zāi)情況的航拍遙感遙測(cè)照片與數(shù)據(jù)的單位。 早期無(wú)人機(jī)主要用于短途軍事偵察，這主要受制于當(dāng)時(shí)的通信及制造技術(shù)，那時(shí)的無(wú)人機(jī)均為微型飛機(jī)，采用轉(zhuǎn)子式螺旋槳驅(qū)動(dòng)，一般為低速的無(wú)后掠角常規(guī)氣動(dòng)布局，靠電池或燃料飛行，飛行高度很低。早期的無(wú)人飛機(jī)沒(méi)有什么電腦控制，使用方式上分為一次性和反復(fù)性兩種。一次性使用的無(wú)人飛機(jī)主要是起飛后按照既定的直線飛行，將沿途地面的圖像或照片以無(wú)線電形式發(fā)回。直至耗盡燃油摔下來(lái)或者被擊落。這類型無(wú)人機(jī)使用里程在5-10公里，用于偵察敵人的戰(zhàn)術(shù)縱深的火

4、力配置、兵力配備等，而反復(fù)使用的無(wú)人機(jī)采用無(wú)線電遙控，體積較前者略小，除攜帶遙感設(shè)備外，有的還攜帶紅外攝像或氣象設(shè)備，主要用于起飛點(diǎn)2公里范圍內(nèi)未知區(qū)域的地形遙感、氣象探測(cè)等。這些無(wú)人飛機(jī)的確就是高級(jí)一點(diǎn)的遙控模型。 后來(lái)，無(wú)人飛機(jī)隨著電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始升級(jí)，美國(guó)率先在有人飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)了電子導(dǎo)航和無(wú)人駕駛巡航，就是通過(guò)在電腦里面預(yù)設(shè)航線坐標(biāo)、飛行高度等實(shí)現(xiàn)飛機(jī)自己飛行。爾后，通過(guò)設(shè)計(jì)翼載小、易于控制的氣動(dòng)布局的方式，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的第一代無(wú)人飛機(jī)的設(shè)計(jì)：即自主起降，大航程，高升限，攜帶有遠(yuǎn)程通信設(shè)備，高級(jí)遙感及偵查設(shè)備，可通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航及通訊，并可根據(jù)需要隨時(shí)由指揮員更改航線及任務(wù)的無(wú)人偵察機(jī)。

5、 這類飛機(jī)集成了當(dāng)時(shí)第一流的電子技術(shù)，是當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)及通訊技術(shù)的杰作，使得無(wú)人飛機(jī)可以在安全、反復(fù)使用的前提下，在較大縱深（10-500公里范圍）實(shí)施戰(zhàn)略及戰(zhàn)術(shù)偵察、偵查手段也從單一的照相發(fā)展成為紅外遙感、激光遙感、無(wú)線電監(jiān)聽(tīng)、電子干擾等等。 但此時(shí)的無(wú)人機(jī)，仍然采用能效比較低的螺旋槳推進(jìn)，飛行速度低。隨后的第二代無(wú)人機(jī)改為噴氣式設(shè)計(jì)，并部分使用太陽(yáng)能，使得飛行高度、速度、航程都有所提高，但此時(shí)的無(wú)人飛機(jī)還是以偵查為主，雖然以色列等國(guó)在無(wú)人機(jī)上裝載了武器，使得無(wú)人機(jī)關(guān)鍵時(shí)刻能變成一個(gè)自殺式武器，但其偵查作用遠(yuǎn)大于作戰(zhàn)效能。 目前，世界各國(guó)正在設(shè)計(jì)的新一代無(wú)人飛機(jī)（如珠海航展上我國(guó)展出的“暗劍”等

6、），都屬于適應(yīng)“非接觸戰(zhàn)爭(zhēng)”得無(wú)人駕駛戰(zhàn)斗機(jī)，這些無(wú)人機(jī)不但采用先進(jìn)的渦輪或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)，而且采用了先進(jìn)的氣動(dòng)布局，能在亞音速或超音速下飛行，航程超過(guò)1000公里，不但能實(shí)施偵察、還攜帶有各種制式武器，能獨(dú)立遂行作戰(zhàn)任務(wù)。這類飛機(jī)不但裝備有常規(guī)的導(dǎo)航及巡航計(jì)算機(jī)，更裝載了有AI技術(shù)的人工智能計(jì)算機(jī)，使得飛機(jī)更加先進(jìn)，只不過(guò)目前這類型無(wú)人機(jī)都在研制階段，還沒(méi)有正式登上軍事舞臺(tái)罷了。11總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要有以下組成部分:無(wú)人機(jī)模型系統(tǒng)、飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)、飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型、飛行控制臺(tái)、GPS導(dǎo)航模型系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等。12仿真系統(tǒng)工作流程通過(guò)GPS獲取無(wú)人機(jī)位置坐標(biāo)，將WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為空間直角坐標(biāo)

7、，將這些數(shù)據(jù)傳輸給飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角，并將這些角度傳送給飛機(jī)動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模擬飛行，然后由OSG仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示出來(lái)。對(duì)無(wú)人機(jī)飛行軌跡和真實(shí)航線軌跡數(shù)據(jù)對(duì)比，即可驗(yàn)證導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。加設(shè)飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)，將飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到動(dòng)力學(xué)模型來(lái)模擬風(fēng)、雨等天氣對(duì)無(wú)人機(jī)飛行的影響，從而增加仿真系統(tǒng)的真實(shí)性。2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)飛行控制系統(tǒng)分為飛機(jī)姿態(tài)控制回路和航跡飛行控制回路，飛機(jī)姿態(tài)控制回路包括俯仰角控制回路、滾轉(zhuǎn)角控制回路、偏航角控制回路。其中俯仰角控制回路決定縱向飛行的穩(wěn)定性;滾轉(zhuǎn)角控制回路和偏航角控制回路決定了橫向飛行的

8、穩(wěn)定性。飛機(jī)姿態(tài)控制回路決定了飛機(jī)的穩(wěn)定性，每種飛機(jī)都有自己的控制律，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整增益系數(shù)的大小，既可以達(dá)到飛機(jī)的性能指標(biāo)。21航向糾偏控制回路航線飛行時(shí)，偏離航線的飛行通過(guò)副翼和方向舵協(xié)調(diào)控制予以糾正，這種控制的特點(diǎn)是航向信號(hào)送到副翼通道，同時(shí)副翼通道工作后產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)信號(hào)引入方向舵通道，具有一定角度的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下其控制律為式。22手控轉(zhuǎn)程控的控制策略飛機(jī)沿航跡飛行時(shí)橫向控制是由自動(dòng)糾偏控制來(lái)完成的，飛機(jī)的控制律的變化取決于側(cè)偏距、偏航角以及舵機(jī)效率。在手動(dòng)控制切換到程控過(guò)程中，如果飛機(jī)偏離航跡線過(guò)遠(yuǎn)，會(huì)出現(xiàn)側(cè)偏距和偏航角同時(shí)過(guò)大的情況，這時(shí)候飛機(jī)舵面的偏轉(zhuǎn)會(huì)非常大，容易引起飛行事故，通過(guò)加設(shè)

9、虛擬航點(diǎn)的方式可以解決這種隱患的發(fā)生。以飛機(jī)的當(dāng)前位置為虛擬航點(diǎn)，以此虛擬點(diǎn)作為航線的起點(diǎn)，以航線上離此點(diǎn)最近的未飛航點(diǎn)作為待飛航點(diǎn)，當(dāng)飛機(jī)偏離實(shí)際航線的距離小于某一閥值時(shí)，刪除此虛擬點(diǎn)，重新進(jìn)入正常航跡飛行狀態(tài)。真實(shí)側(cè)偏距的閥值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，一般不要大于這樣既可以防止舵面偏轉(zhuǎn)過(guò)大的情況出現(xiàn)，并且能以最經(jīng)濟(jì)的路線進(jìn)入預(yù)定航線。3航跡點(diǎn)管理航跡點(diǎn)管理用于維持無(wú)人機(jī)在航跡飛行中的航跡信息和航跡點(diǎn)信息。固定翼飛機(jī)的航跡點(diǎn)管理具有通用性，可以設(shè)計(jì)完整的航跡點(diǎn)管理類CLineManage類。飛機(jī)在按航線飛行時(shí)，順序的經(jīng)過(guò)航線上的航跡點(diǎn)，可以通過(guò)棧實(shí)現(xiàn)CLineMa-nage類，在C+中通過(guò)vecto

10、r實(shí)現(xiàn)，這種方式既可以保證飛機(jī)按照航點(diǎn)順序飛行，也可以保護(hù)航線不被非法修改，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。31航跡點(diǎn)信息航跡點(diǎn)的信息主要包含該點(diǎn)的坐標(biāo)、該點(diǎn)的類型，如果是盤旋點(diǎn)，還要附帶盤旋的時(shí)間。所以航跡點(diǎn)可以定義成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LinePoint，這個(gè)結(jié)構(gòu)包含坐標(biāo)信息、類型、以及盤旋時(shí)間。航點(diǎn)類型主要用于標(biāo)示飛機(jī)在該航點(diǎn)處所要做的動(dòng)作，比如盤旋、8字飛行、進(jìn)場(chǎng)等。32航跡信息航跡管理類中需要定義航跡棧、已飛航跡棧、待飛航跡棧以及返航航跡棧。同時(shí)要定義飛機(jī)剛剛飛過(guò)的航跡點(diǎn)，以及下一個(gè)待飛航跡點(diǎn)，這兩點(diǎn)即為當(dāng)前航跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)，這兩個(gè)點(diǎn)分別是已飛航跡棧和待飛航跡棧的棧頂元素。以航跡棧為例，其定義方式為ve

11、ctorLinePointm_line-Points。航跡棧用于存儲(chǔ)整條航跡線上的所有航跡點(diǎn);已飛航跡棧和待飛航跡棧分別用于存儲(chǔ)飛機(jī)飛過(guò)的和待飛的航跡點(diǎn);返航航跡棧用于存儲(chǔ)返航時(shí)所要飛行的航跡點(diǎn)?？梢允褂玫鱲ec-torLinePoint:iterator對(duì)各個(gè)棧數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。航跡管理除了提供對(duì)各個(gè)棧的出棧、入棧、清空等方法外，還應(yīng)提供刪除、修改、插入航點(diǎn)、判斷航點(diǎn)是不是航跡線上的點(diǎn)、以及查找距離某點(diǎn)最近的航點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)需要擴(kuò)展此類。需要注意的是在向已飛航跡棧入棧數(shù)據(jù)時(shí)，需要判斷航點(diǎn)是不是航跡線上的點(diǎn)，如果不是則不允許入棧。33在控制中使用航跡管理類航線裝訂完畢的情況下，使用航跡管理類的情

12、況主要包括:在起飛后尋找航線，航點(diǎn)切換、返航、選點(diǎn)飛行以及手控轉(zhuǎn)程控時(shí)尋找航線?？梢詺w結(jié)為三種操作方式:沒(méi)有輔助航跡點(diǎn)的飛行、含有航跡輔助航跡的飛行以及返航。(1)沒(méi)有輔助航跡點(diǎn)的飛行這種飛行沒(méi)有輔助航跡的參與，當(dāng)前航線的起點(diǎn)和終點(diǎn)都是航跡棧里的點(diǎn)，這種操作方式包括航點(diǎn)切換和選點(diǎn)飛行。航點(diǎn)切換時(shí)將待飛航跡棧出棧，并將出棧的元素入棧到已飛航跡棧;選點(diǎn)飛行保持已飛航跡棧不動(dòng)，將待飛航跡棧出棧，直到棧頂元素和目標(biāo)航點(diǎn)相同為止。(2)含有航跡輔助航跡的飛行這種飛行主要是針對(duì)尋找航線的操作。在飛行中為了安全飛行，添加了一些臨時(shí)航點(diǎn)，一旦飛機(jī)進(jìn)入正常航線，這種航點(diǎn)將自動(dòng)清除，繼續(xù)按航線飛行。這種控制方式是

13、通過(guò)臨時(shí)航點(diǎn)和待飛航跡點(diǎn)作為自動(dòng)糾偏航線，同時(shí)以已飛航跡棧的第一個(gè)點(diǎn)和待飛航跡點(diǎn)作為真實(shí)側(cè)偏距計(jì)算飛機(jī)和真實(shí)航線的偏差，當(dāng)真實(shí)側(cè)偏距小于一個(gè)閥值的情況下，則刪除臨時(shí)航點(diǎn)，使用已飛航跡棧的第一個(gè)點(diǎn)作為當(dāng)前航線的起點(diǎn)，終點(diǎn)不變。(3)返航在正常航線飛行時(shí)，飛機(jī)將未飛航跡棧作為飛機(jī)航線導(dǎo)航航跡，在返航的情況下則需要將返航航跡棧作為導(dǎo)航航跡，返航的位置是由飛機(jī)接到返航指令的位置決定的，所以返航航跡棧在返航函數(shù)中產(chǎn)生，其方法是將航跡棧復(fù)制出一個(gè)副本，將副本里的數(shù)據(jù)出棧，并將出棧的數(shù)據(jù)依次入棧到返航航跡棧內(nèi)，切換航點(diǎn)時(shí)將返航航跡棧的航點(diǎn)出棧一次，并將該航點(diǎn)入棧到已飛航跡棧中。分別以已飛航跡棧和返航航跡棧的

14、棧頂元素作為當(dāng)前航線的起點(diǎn)和終點(diǎn)。既可以完成返航，這樣可以保證返航的控制方式和正常飛行的控制方式保持一致。4仿真實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的各子系統(tǒng)在Visual C+net2005結(jié)合OSG環(huán)境下設(shè)計(jì)并完成。此系統(tǒng)用于驗(yàn)證導(dǎo)航和控制系統(tǒng)，以及訓(xùn)練無(wú)人機(jī)操作手，所以仿真時(shí)首先驗(yàn)證飛機(jī)沿航線飛行能力，觀察控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。接著驗(yàn)證在地面站指令下，飛機(jī)做航線切換、盤旋和著陸等任務(wù)。驗(yàn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。(1)自主飛行。規(guī)劃好航線，由導(dǎo)航和飛行控制系統(tǒng)控制飛機(jī)沿航跡線自主飛行;(2)程控狀態(tài)下通過(guò)指令調(diào)整飛機(jī)飛行狀態(tài)。通過(guò)指令使飛機(jī)完成盤旋、選點(diǎn)飛行、航線切換以及手動(dòng)程控切換等任務(wù)。進(jìn)入航線飛行，沿CDEFC

15、航線飛行，在C點(diǎn)處通過(guò)地面指令切換航線到GH航線。在G點(diǎn)做盤旋，在H點(diǎn)處發(fā)送進(jìn)場(chǎng)指令。I點(diǎn)是距機(jī)場(chǎng)跑道起始點(diǎn)A約7 000 m，經(jīng)過(guò)I點(diǎn)后，模擬下滑波束導(dǎo)引系統(tǒng)實(shí)施著陸。因?yàn)椴捎帽壤{駛儀控制，飛機(jī)的軌跡和圍繞航線有輕微震蕩。進(jìn)入航線正常飛行后，側(cè)偏距可以控制在20 m以內(nèi)。采用面向?qū)ο蠓椒?gòu)建了通用的航跡點(diǎn)管理類。根據(jù)轉(zhuǎn)彎控制律，結(jié)合俯仰角控制回路和航向糾偏控制回路，以及加設(shè)虛擬航點(diǎn)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)按照預(yù)定航線的飛行控制和在不同控制方式下無(wú)人機(jī)大姿態(tài)變化的安全控制，同時(shí)把側(cè)偏距限制在一定范圍內(nèi)，增加了控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。可用于訓(xùn)練無(wú)人機(jī)操作手，具有一定的工程價(jià)值。2.1.2“水下滑翔機(jī)

16、”、“北極ARV”等水下機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)展。目前正在進(jìn)行的中國(guó)第四次北極科學(xué)考察活動(dòng)中，中國(guó)自主研制的智能水下機(jī)器人“北極ARV”展露身手。在北緯87度附近北冰洋一塊大面積海冰上，中國(guó)第四次北極科考隊(duì)建立了“長(zhǎng)期冰站”?！氨睒OARV”從一個(gè)狹小的冰洞里，潛入了這塊大面積海冰的底部，圓滿完成了各項(xiàng)冰下調(diào)查工作，并成功實(shí)現(xiàn)了冰下自主導(dǎo)航和自動(dòng)航行，刷新了中國(guó)水下機(jī)器人在高緯度的作業(yè)記錄。“北極ARV”在冰下針對(duì)不同的水準(zhǔn)斷面，進(jìn)行了連續(xù)多日的重復(fù)觀測(cè)。其搭載的溫鹽深測(cè)量?jī)x、仰視聲吶、光通量測(cè)量?jī)x和兩臺(tái)水下攝像機(jī)，獲取了大量基于海冰位置信息的海冰厚度、光學(xué)及海冰底形態(tài)等多項(xiàng)關(guān)鍵的科學(xué)數(shù)據(jù)，成功實(shí)現(xiàn)了冰

17、下多種測(cè)量設(shè)備的同步觀測(cè)，為深入研究北極海冰快速變化機(jī)理奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。機(jī)器人定義為:位置可以固定或移動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個(gè)或3個(gè)以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備。這里自由度就是指可運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。工業(yè)機(jī)器人按其結(jié)構(gòu)形式及編程坐標(biāo)系主要分類為關(guān)節(jié)型機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人和直角坐標(biāo)機(jī)器人等。按主要功能特征及應(yīng)用分類為移動(dòng)機(jī)器人、水下機(jī)器人、潔凈機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人、焊接機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人和軍用機(jī)器人等。作為在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用直角坐標(biāo)機(jī)器人主要是以直線運(yùn)動(dòng)軸為主，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸通常對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系中的X軸，Y軸和Z軸，一般X軸和Y軸是水平

18、面內(nèi)運(yùn)動(dòng)軸，Z軸是上下運(yùn)動(dòng)軸。在一些應(yīng)用中Z軸上帶有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，或帶有一個(gè)擺動(dòng)軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標(biāo)機(jī)器人的各個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸間的夾角為直角。要控制系統(tǒng)和手抓，下面分別予以介紹:直線運(yùn)動(dòng)軸也叫直線運(yùn)動(dòng)單元，它就是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)軸，主要由支撐載體的鋁型材或鋼型材和被安裝在型材內(nèi)部的直線導(dǎo)軌、運(yùn)動(dòng)滑塊以及作為帶動(dòng)滑塊做高速運(yùn)動(dòng)的同步帶組成。運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)直角坐標(biāo)機(jī)器人的傳動(dòng)主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同步帶運(yùn)動(dòng)，同步帶帶動(dòng)直線導(dǎo)軌上的滑塊運(yùn)動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸的最高轉(zhuǎn)速低于60Or/min時(shí)通常選用步進(jìn)電機(jī)，否則選用交流伺服電機(jī)。直角坐標(biāo)機(jī)器人的控制系統(tǒng)機(jī)器人要在一定時(shí)間內(nèi)完成特定的任務(wù)，

19、比如每105內(nèi)完成一次搬運(yùn)工作。在完成抓取，加速運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)，減速運(yùn)動(dòng)，釋放工件等同時(shí)，還要與相關(guān)的設(shè)備通過(guò)通訊或I/O口實(shí)現(xiàn)一些時(shí)序上的協(xié)調(diào)同步。另外在涂膠應(yīng)用上，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸要完成直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。因此其數(shù)控系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來(lái)選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量和軟件功能。通常選用數(shù)控系統(tǒng)，PLC，工控機(jī)加運(yùn)動(dòng)控制卡和帶軸卡功能及I/O口的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)做控制系統(tǒng)。直角坐標(biāo)機(jī)器人的末端操作器手爪系統(tǒng)根據(jù)其具體應(yīng)用情況，其手爪系統(tǒng)可能是氣動(dòng)吸盤、氣動(dòng)夾取手爪、電動(dòng)夾取手爪、電磁吸取手爪、焊槍、膠槍、專用工具和檢測(cè)儀器等。在很多場(chǎng)合可以一次抓取多個(gè)工件。直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要組成部分器人，它由水平軸(

20、X軸，Y軸)，垂直軸Z軸及驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。此外一個(gè)完整的機(jī)器人系統(tǒng)還需直角坐標(biāo)機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)形式及主要特點(diǎn)機(jī)器人。針對(duì)各種不同的應(yīng)用，實(shí)際上可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標(biāo)機(jī)器人。從簡(jiǎn)單的二維機(jī)器人到復(fù)雜的五維機(jī)器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從電機(jī)到汽車等各行各業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，更是各式各樣的多臺(tái)直角坐標(biāo)機(jī)器人和其它設(shè)備嚴(yán)格同步協(xié)調(diào)工作。下面是其主要特點(diǎn):·任意組合成各種樣式:每根直線運(yùn)動(dòng)軸最長(zhǎng)是6m，其帶載能力從10kg到20Okg。在實(shí)際應(yīng)用中已有近百種結(jié)構(gòu)的直角坐標(biāo)機(jī)器人，這些結(jié)構(gòu)也可以任意組合成新

21、的結(jié)構(gòu)等超大行程:因?yàn)閱胃堥T式直線運(yùn)動(dòng)單元的長(zhǎng)度是6m，還可以多根方便地級(jí)連成超大行程，所以其工作空間幾乎沒(méi)有限制，小到手機(jī)點(diǎn)膠機(jī)，大到18m長(zhǎng)行程的切割機(jī)，sm長(zhǎng)行程鉆銑床，6m6m”3m的檢測(cè)機(jī)器人等。超大行程時(shí)要采用直線導(dǎo)軌和齒條傳動(dòng)方式;負(fù)載能力強(qiáng):單根直線運(yùn)動(dòng)單元的負(fù)載通常小于20Okg。但當(dāng)采用雙滑塊或多滑塊剛性聯(lián)結(jié)時(shí)負(fù)載能力可以增加5到10倍。當(dāng)把兩根或四根直線運(yùn)動(dòng)單元并排接起來(lái)使用時(shí)，其負(fù)載可以增加2到4倍。當(dāng)采用多根多滑塊結(jié)構(gòu)時(shí)其負(fù)載能力可增加到數(shù)噸;.高動(dòng)態(tài)特性:輕負(fù)載時(shí)其最大運(yùn)行速度可達(dá)到sm/s，加速度可達(dá)到4m/s。使其具有很高的動(dòng)態(tài)特性，工作效率非常高，通常在幾秒

22、內(nèi)完成一個(gè)工作節(jié)拍;.高精度:按傳動(dòng)方式及配置在整個(gè)行程內(nèi)其重復(fù)定位精度可達(dá)到0.05mm到0.olmm;.擴(kuò)展能力強(qiáng):可以方便改變結(jié)構(gòu)或通過(guò)編程來(lái)適合新的應(yīng)用;.簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì):對(duì)比關(guān)節(jié)機(jī)器人，直角坐標(biāo)機(jī)器人不僅外觀直觀且構(gòu)造成本低，編程簡(jiǎn)單類同數(shù)控銑床，易培訓(xùn)員工和維修，使其具有非常好的經(jīng)濟(jì)性二.勝任復(fù)雜任務(wù):采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復(fù)雜的噴涂，噴丸，檢測(cè)，加工等任務(wù);.壽命長(zhǎng):直角坐標(biāo)機(jī)器人的維護(hù)通常就是周期性加注潤(rùn)滑油，壽命一般是10年以上，維護(hù)好了可達(dá)20年;·應(yīng)用面寬:可以方便地裝配多種形式和尺寸的手爪，可以勝任許多常見(jiàn)的工作，如焊接、切割，搬運(yùn)、

23、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼和噴涂等任務(wù)。高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)沖擊下，沒(méi)有任何晃動(dòng)。此外在安裝時(shí)要保證運(yùn)動(dòng)軸間的平行度、平面度和垂直度。保養(yǎng)事項(xiàng)通常機(jī)器人的每個(gè)運(yùn)動(dòng)軸在經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的運(yùn)動(dòng)后要周期性的通過(guò)滑塊的注油孔給直線導(dǎo)軌加注潤(rùn)滑油。隨機(jī)器人使用環(huán)境的不同和工作速度不同，其注油的周期也不同。在食品和玻璃切割等行業(yè)要選用帶防塵帶的運(yùn)動(dòng)軸和縮短注油周期，在有噴水的場(chǎng)合也要縮短注油周期。直角坐標(biāo)機(jī)器人的選型和保養(yǎng)選型選型首先要根據(jù)負(fù)載大小，行程，工作節(jié)拍和工作空間限制來(lái)選擇機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)。選好結(jié)構(gòu)形式后要根據(jù)行程和變形量等選擇每個(gè)軸的形式和型號(hào)。大負(fù)載時(shí)和高沖擊力時(shí)可

24、以選擇由2根或4根運(yùn)動(dòng)軸組合成一個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)軸。各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸間的裝配也很關(guān)鍵，不僅要保證其垂直度，更要考慮在各個(gè)方向有足夠的抗沖擊力和變形。機(jī)器人要在幾秒內(nèi)完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍，選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力，通常要比理論計(jì)算值高出100%。當(dāng)負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比大于12時(shí)，要選配德國(guó)紐卡特公司的精密行星減速機(jī)。在超高動(dòng)態(tài)和定位精度要求很高情況下，可以選用直線電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。但直線電機(jī)的安裝和防護(hù)難度大，發(fā)熱量大，撞擊危險(xiǎn)性高和控制難度高，成本也高，所以要慎用。而其防護(hù)難度大和發(fā)熱量大目前在機(jī)床行業(yè)還是世界性難題。安裝機(jī)器人在加速和減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時(shí)，所

25、以機(jī)器人必須被牢固地安裝在支架上。機(jī)器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長(zhǎng)期高速應(yīng)用直角坐標(biāo)機(jī)器人以其特有的一些優(yōu)點(diǎn)在西方國(guó)家被廣泛用來(lái)執(zhí)行焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、涂膠和切割等一系列工作。深受包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、汽車工業(yè)、食品生產(chǎn)工業(yè)、藥品生產(chǎn)工業(yè)、電子工業(yè)、機(jī)器制造業(yè)和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)的好評(píng)。隨著自動(dòng)化程度、環(huán)保要求、衛(wèi)生規(guī)定、生產(chǎn)效率和人工費(fèi)用的提高，直角坐標(biāo)機(jī)器人在中國(guó)也必將被各行各業(yè)廣泛采用。直角坐標(biāo)機(jī)器人在食品行業(yè)的應(yīng)用工作要求首先把從傳送帶傳送過(guò)來(lái)的糕點(diǎn)抓住，再保證糕點(diǎn)間部份重疊及裝入包裝紙盒內(nèi);.每小時(shí)處理12000個(gè)

26、糕點(diǎn)，每天可工作24小時(shí)，每周可工作六天;機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸要有相應(yīng)的防護(hù)措施，防止糕點(diǎn)屑掉到運(yùn)動(dòng)軸上;.要能適用3種傳送糕點(diǎn)方式，5種不同形狀和體積的包裝盒以及對(duì)于不同形狀和體積的糕點(diǎn)的碼放;更換不同品種糕點(diǎn)時(shí)機(jī)器人系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)5分鐘;.裝滿糕點(diǎn)后由人工搬運(yùn)走。機(jī)器人結(jié)構(gòu)由于行程小，負(fù)載輕，運(yùn)動(dòng)速度高ServoControl73應(yīng)用與方案及不怕食品腐蝕，采用圖3所示的XZ高動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)機(jī)器人。該結(jié)構(gòu)機(jī)器人自身重量輕，使其具有很好的高動(dòng)態(tài)特性，可以完成快速加速或減速的運(yùn)動(dòng)及高速運(yùn)動(dòng)。在工作過(guò)程中食品一直在X軸和Z軸的下方使糕點(diǎn)屑不易粘到機(jī)器人上，加之機(jī)器人本體不怕食品腐蝕，自身不產(chǎn)生污染和粉

27、塵。該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用德國(guó)BergerLahr公司的智能型伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)TLC634，對(duì)于大負(fù)載的應(yīng)用可以如圖4所示的選用帶防護(hù)帶的直線運(yùn)動(dòng)單元。齒型帶已把里面的直線導(dǎo)軌全部蓋上，在最外面又加一個(gè)防護(hù)鋼帶。防護(hù)鋼帶被直線運(yùn)動(dòng)單元內(nèi)部的磁行材料吸在齒型帶的外面，防止灰塵等接觸齒型帶和直線導(dǎo)軌。還可以采用絲杠和尺條傳動(dòng)方式。工作工程圖5是該機(jī)器人工作時(shí)的照片。從傳送帶上傳送來(lái)的糕點(diǎn)分兩排并列向機(jī)器人工作地點(diǎn)傳送。由于糕點(diǎn)形狀的原因，當(dāng)兩個(gè)糕點(diǎn)被最終點(diǎn)定位板擋住后，后面的兩個(gè)糕點(diǎn)會(huì)部分壓到前面的兩個(gè)糕點(diǎn)上。當(dāng)這一傳送帶上圖5機(jī)器人工作圖有8個(gè)糕點(diǎn)時(shí)其對(duì)應(yīng)的4個(gè)傳感器就都有輸出信號(hào)，機(jī)器人就可以快速

28、運(yùn)動(dòng)到其上方，然后Z軸下降使其吸盤完全壓到糕點(diǎn)上，再通過(guò)負(fù)壓把糕點(diǎn)吸住，然后先Z軸上升40Omm，X軸再運(yùn)動(dòng)到包裝盒上方，這時(shí)Z軸下降使糕點(diǎn)進(jìn)入包裝盒內(nèi)，吸盤充氣釋放糕點(diǎn)。這樣就完成了一次從抓取到裝入盒內(nèi)的過(guò)程，再開(kāi)始完成從令一傳送帶上的抓取搬運(yùn)和裝盒過(guò)程。完成一次抓取搬運(yùn)和裝盒過(guò)程的時(shí)間是2.15，有0.35的剩余時(shí)間。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中，要檢測(cè)抓取到位信號(hào)，壓力信號(hào)等。注意點(diǎn)及展望由于在糕點(diǎn)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)有油物，易使運(yùn)動(dòng)軸粘上糕點(diǎn)渣，所以機(jī)器人必須有相應(yīng)的防護(hù)措施。在本項(xiàng)目中采取高密度雙刷去糕點(diǎn)渣辦法;另外整個(gè)機(jī)器人上裸露處及內(nèi)部一些關(guān)鍵件全部采用無(wú)銹鋼材材料使其不上銹;·由于食

29、品行業(yè)對(duì)衛(wèi)生要求很高，必須確保機(jī)器人在工作中不掉潤(rùn)滑油，不產(chǎn)生任何灰塵。綜上所述的直角坐標(biāo)機(jī)器人近10年來(lái)一直高效的應(yīng)用在食品行業(yè)，并獲得國(guó)內(nèi)外客戶的好評(píng)。而在有的食品生產(chǎn)過(guò)程中濕度大，還有的機(jī)器人要在有類似海水或其它腐蝕性氣體和液體的環(huán)境下工作，因此機(jī)器人的防水防腐性能就變得很重要。350公斤工件大行程龍門式搬運(yùn)機(jī)器人在現(xiàn)代化制造業(yè)中，經(jīng)常要把幾百公斤到上噸的工件從一個(gè)工位搬到另一個(gè)工位。搬運(yùn)過(guò)程有時(shí)是ZD的XZ方式運(yùn)動(dòng)，有時(shí)是3D的XYZ方式運(yùn)動(dòng)，有時(shí)搬運(yùn)到位后還要把工件轉(zhuǎn)動(dòng)90。而搬運(yùn)一般要求幾個(gè)方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)，速度通常是30m/min到60m/min，最大加速度可達(dá)到Zm/s，當(dāng)上下運(yùn)動(dòng)

30、的Z軸較長(zhǎng)時(shí)，幾個(gè)方向同時(shí)減速會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力和晃動(dòng)。而在很多應(yīng)用中對(duì)晃動(dòng)要求很小，定位精度通常達(dá)到0.lmm。直角坐標(biāo)機(jī)器人非常適用上面的這些要求，但在實(shí)際應(yīng)用中有很多參數(shù)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算來(lái)確定，下面結(jié)合一個(gè)應(yīng)用例子來(lái)介紹龍門式機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)大負(fù)載大行程高速運(yùn)轉(zhuǎn)的。任務(wù)描述在一些大型精密機(jī)械和機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于需要經(jīng)常傳動(dòng)但又要防止生銹的工件來(lái)說(shuō)，油浸處理就非常的必要。本項(xiàng)目中需要搬運(yùn)的工件及對(duì)應(yīng)抓取手爪的總重量為350kg，其水平運(yùn)動(dòng)距離為4m，而上下運(yùn)動(dòng)行程為Zm，運(yùn)行速度為lm/s。那么采用龍門機(jī)器人搬運(yùn)就顯得非常的必要。本項(xiàng)目為浸油輸送線的一部分，用機(jī)械手浸油，浸油輸

31、送線主要完成自動(dòng)上下料、機(jī)械手搬運(yùn)浸油、吹氣淋油、工件輸送、碼箱、輸送到穿梭車等工作。工件輸送都是放在浸油筐中來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免了工件間，及工件和操作臺(tái)、輸送軌道間的磕碰，即保證了工件的質(zhì)量，又達(dá)到了工件浸油防銹的目的。輸送線的起始部分為工件存放處，主要功能就是把加工車間加工完成的齒輪、軸等工件放到浸油筐中，然后由中轉(zhuǎn)小車把若干浸油筐運(yùn)到上料輸送輥道上，然后由機(jī)器人抓取浸油。浸油機(jī)械手為浸油過(guò)程的主要設(shè)備，當(dāng)通過(guò)前段的輥道輸送線把浸油筐輸送到位后，定位系統(tǒng)完成浸油筐的定位，定位準(zhǔn)備好后發(fā)給機(jī)械手上料指令;機(jī)械手在左端就緒位置下降500mm，然后抓取浸油筐后上升200mm，XZ軸再同時(shí)運(yùn)動(dòng)，其中Z軸上

32、升300mm，X軸高速運(yùn)動(dòng)200Omm。這時(shí)浸油筐到達(dá)油箱的上方，要下降ZO00mm及停頓25保證充分浸油，然后上升2000mm后繼續(xù)右行，右行到位下降，機(jī)械手把浸油筐放到輸送線上，繼續(xù)前行準(zhǔn)備吹氣淋油，機(jī)械手返回到左端的原始位置，準(zhǔn)備對(duì)下一浸油筐進(jìn)行浸油。選型理論分析針對(duì)該任務(wù)要求及現(xiàn)場(chǎng)空間位置限制，選定機(jī)器人的形式是二維XZ直角坐標(biāo)機(jī)器人，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)節(jié)拍和速度分析。根據(jù)速度分析得出各個(gè)軸各自的最大加速度和減速度。然后再計(jì)算出單獨(dú)運(yùn)動(dòng)和兩軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大沖擊力。這里計(jì)算出XYZ三個(gè)方向的最大沖擊力Fx、Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx、My和Mz。當(dāng)XZ兩個(gè)軸同時(shí)減速時(shí)的最大沖擊力是合

33、成減速度，要以合成減速度來(lái)計(jì)算Fx、Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力頭剛x、My和Mz。在計(jì)算不同軸扭曲力矩Mx、My和Mz時(shí)要考慮等效負(fù)載的重心位置，總重力和減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊力。Z軸選型分析:在選擇上下運(yùn)動(dòng)的Z軸時(shí)，根據(jù)先面計(jì)算出的最大沖擊力Fx，F(xiàn)y和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx、My和Mz，采用了兩牛隊(duì)oboworkerRSL90運(yùn)動(dòng)軸和120mm寬超強(qiáng)齒型帶組成的復(fù)合軸。由于總長(zhǎng)度幾乎達(dá)到了3m，在X軸以lm/s速度下快速減速時(shí)對(duì)Z軸產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力和晃動(dòng)。為了有更大的抗沖擊能力和產(chǎn)生小的晃動(dòng)，對(duì)兩根RSL90運(yùn)動(dòng)軸我們采用四個(gè)超長(zhǎng)滑塊，上下兩端采用4Omm厚的高強(qiáng)度連接鋁板。選用的IZOmm

34、寬超強(qiáng)齒型的額定拉力是2000kg，破壞拉力達(dá)7000kg。Z軸的實(shí)際帶載能力可達(dá)SOOkg，帶350kg的負(fù)載可以長(zhǎng)期高效可靠工作。X軸選型分析:采用了兩根sm長(zhǎng)的德國(guó)RoboworkerRSL90運(yùn)動(dòng)軸，每根運(yùn)動(dòng)軸帶兩個(gè)滑塊。單個(gè)300mm滑塊RSL90型運(yùn)動(dòng)軸的最大負(fù)載能力可達(dá)360kg，這里采用的雙滑塊剛性聯(lián)結(jié)負(fù)載能力可以增加5倍。當(dāng)把兩根運(yùn)動(dòng)軸并排剛性連接起來(lái)使用時(shí)，其負(fù)載能力可以增加2倍，所以這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)其負(fù)載能力可增加到ZT。而負(fù)載(含手爪)，Z軸及Z軸與X軸的連接板和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等總重量大約600kg，所以兩根運(yùn)動(dòng)軸四滑塊結(jié)構(gòu)完全能承受60Okg負(fù)載及加減速時(shí)產(chǎn)生的沖擊

35、力。兩根X軸鋁材的底面與支架上面鋼板全部完全接觸，支架的強(qiáng)度很高，所以不會(huì)產(chǎn)生任何壓力變形。XZ軸連接板的設(shè)計(jì):連接板的設(shè)計(jì)不僅要考慮機(jī)械方面的裝配配合精度，材料的物理強(qiáng)度，連接螺絲桿的拉力等，更要考慮在主要受沖擊方向加大加強(qiáng)連接板，必要時(shí)增加連接板。主要螺絲桿和螺絲帽要加膠，以防長(zhǎng)期振動(dòng)后變松動(dòng)。電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器選型該機(jī)器人的運(yùn)行速度達(dá)lm/s，加速度Zm/52，選擇的驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力，通常要比理論計(jì)算值高出100%。選擇Z軸電機(jī)時(shí)要考慮Z軸和負(fù)載的自重，整個(gè)Z軸運(yùn)動(dòng)的加速力和磨擦力。選用德國(guó)Neugart精密行星減速機(jī)和德國(guó)帶抱閘的伺服電機(jī)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比值為5

36、.12，實(shí)際最大出力比所需求的最大出力超出289%，安全系數(shù)為289%。X軸的驅(qū)動(dòng)選用德國(guó)Neugart精密行星減速機(jī)和德國(guó)產(chǎn)伺服電機(jī)，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比值為6.82，出力安全系數(shù)為212%。數(shù)控系統(tǒng)選用德國(guó)恩格哈公司的D22數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，易二次開(kāi)發(fā)，這里主要用G代碼Gol和G04。現(xiàn)場(chǎng)安裝:機(jī)器人在加速和減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時(shí)，所以機(jī)器人必須被牢固地安裝在支架上。機(jī)器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長(zhǎng)期高速高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)沖擊下，沒(méi)有任何晃動(dòng)。此外在安裝時(shí)要保證運(yùn)動(dòng)軸間的平行度、平面度和垂直度。圖6為現(xiàn)場(chǎng)安裝后的照片。 隨著

37、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，直角坐標(biāo)機(jī)器人技術(shù)在各行各業(yè)中將得到更廣泛的應(yīng)用。直角坐標(biāo)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動(dòng)作靈活，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制。在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運(yùn)動(dòng)自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。它能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對(duì)于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件和

38、產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著+分重要的作用。傳送零件。機(jī)械制造商能夠根據(jù)他們的系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)控制經(jīng)驗(yàn)，定制金屬板材加工工藝。即使是復(fù)雜的彎曲算法也可輕松在T認(rèn)產(chǎn)1nCAT中編程。借助TwinCAT，日后的升級(jí)和改造及金屬板材切割或步?jīng)_所需的靈活度不再是問(wèn)題。全面的Tw1nCAT功能庫(kù)包括溫度、凸輪和液壓控制器、飛鋸及凸輪盤等功能，編程簡(jiǎn)單。從能夠通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制功能庫(kù)編程的PLC驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)VDI2143指南用TwinCATNC編程的凸輪盤，直到通過(guò)Tw1nCATPLC溫度控制器根據(jù)PLCopen編程的溫度補(bǔ)償。ServoControl752.2中科院沈陽(yáng)計(jì)算機(jī)研究所2.2.1.哈工大機(jī)器人編隊(duì)舞蹈。在機(jī)

39、械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)方面都有很高的要求，我國(guó)支撐這些機(jī)器人硬件的科技水平仍相對(duì)較低，這就導(dǎo)致了我們?cè)谘邪l(fā)先進(jìn)的機(jī)器人軟件時(shí)，在國(guó)內(nèi)找不到相匹配的硬件，不得不從國(guó)外進(jìn)口?！钡珜?duì)于機(jī)器人軟件研發(fā)方面，講解人員顯得頗有信心，“我們當(dāng)然不能等國(guó)內(nèi)硬件完善了再去開(kāi)發(fā)軟件，否則在機(jī)器人研發(fā)上就更滯后了，目前我們研發(fā)的機(jī)器人軟件已經(jīng)有了不少研究成果，我也一直期待著更多中國(guó)造的機(jī)器人被生產(chǎn)出來(lái)，希望那一天能早點(diǎn)到來(lái)?！?音樂(lè)的主要表現(xiàn)內(nèi)容是情感.音樂(lè)的情感是通過(guò)不同的音符在時(shí)域中巧妙組合來(lái)表達(dá)的.通常對(duì)于音樂(lè)情感的研究都是從音樂(lè)學(xué)和心理學(xué)的角度出發(fā),通過(guò)分析音樂(lè)作品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)解釋其所表現(xiàn)的

40、情感色彩.也可以從一個(gè)新的角度來(lái)研究音樂(lè)的情感特征,就是從物理學(xué)來(lái)說(shuō)音樂(lè)是一種波動(dòng)信號(hào),探討不同舒緩激越情感色彩的音樂(lè)所具有的特征是音樂(lè)情感特征提取與識(shí)別的核心內(nèi)容.為了對(duì)情感特征進(jìn)行合理的描述,根據(jù)在音樂(lè)心理學(xué)領(lǐng)域得到廣泛認(rèn)可的Hevner詞表,給出一種“情感環(huán)”的結(jié)構(gòu),以此模型作為音樂(lè)的情感分類.基本表演程序庫(kù)的建立 基本表演程序庫(kù)中存放大量的基本表演程序,即表演動(dòng)作序列.基本表演程序的結(jié)構(gòu)所示,每一個(gè)基本表演程序除了記載所有動(dòng)作的名稱和動(dòng)作時(shí)間外,還有該基本表演程序所體現(xiàn)的感情色彩.值得注意的是,這里的動(dòng)作時(shí)間是指在標(biāo)準(zhǔn)速度(定義為1小節(jié)/1秒鐘)下的動(dòng)作時(shí)間.因此,當(dāng)樂(lè)曲速度變化時(shí),系

41、統(tǒng)要自動(dòng)根據(jù)速度的改變?cè)诳赡艿臈l件下調(diào)整運(yùn)動(dòng)時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)音樂(lè)與舞蹈的同步. 說(shuō)明了基于情感計(jì)算的多機(jī)器人舞蹈系統(tǒng)的主要組成部分及其相互關(guān)系.在該系統(tǒng)中,首先提取音樂(lè)的基本特征,然后在此基礎(chǔ)上分析音樂(lè)的曲式特征并將整首樂(lè)曲分成若干樂(lè)段,并分析出每一段音樂(lè)所表達(dá)的基本感情色彩;其次,根據(jù)音樂(lè)的曲式和情感特征,為每個(gè)樂(lè)段匹配相應(yīng)的音樂(lè)機(jī)器人舞蹈基本表演程序,從而生成最初的音樂(lè)機(jī)器人舞蹈表演程序.該表演程序可在機(jī)器人足球三維動(dòng)畫仿真5vs5比賽平臺(tái)上運(yùn)行,最終的表演程序經(jīng)過(guò)自動(dòng)編譯,可以控制音樂(lè)機(jī)器人舞蹈按照設(shè)計(jì)的動(dòng)作進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)音樂(lè)與機(jī)器人舞蹈的同步.2·1音樂(lè)情感特征的提取與識(shí)別為了使計(jì)

42、算機(jī)能夠識(shí)別音樂(lè)的情感特征,選取wav格式的音樂(lè)作為研究對(duì)象.首先對(duì)原始音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行處理,具體方法是:讀取原始數(shù)據(jù),把原始的音樂(lè)信號(hào)波形分成等間隔的若干時(shí)間段.音樂(lè)情感調(diào)查試驗(yàn)中所選音樂(lè)信號(hào)的采樣率都是44 100 Hz.選取每個(gè)時(shí)間段的采樣點(diǎn)數(shù)均為2048,即每一個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度接近0·05 s.接著判斷每一時(shí)間段中信號(hào)的波動(dòng)次數(shù).首先計(jì)算每一時(shí)間段所有采樣點(diǎn)幅度的均值,把其作為該時(shí)間段的基準(zhǔn)線,然后取該時(shí)間段的所有采樣點(diǎn)逐次與該幅度基準(zhǔn)線進(jìn)行比較,若相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)位于基準(zhǔn)線的同側(cè),記波動(dòng)0次;若相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)分別位于基準(zhǔn)線的兩側(cè),記波動(dòng)1次.把波動(dòng)次數(shù)累加得到該時(shí)間段內(nèi)的一個(gè)波動(dòng)參

43、數(shù).對(duì)所有時(shí)進(jìn)行計(jì)算就得到一個(gè)波動(dòng)參數(shù)序列,記作x,稱這個(gè)序列為波動(dòng)信號(hào),并用這個(gè)信號(hào)來(lái)分析音樂(lè)的情感特征.根據(jù)下列公式求波動(dòng)信號(hào)的功率譜密度:PPER(K) =1N| XN(K) |2. (1)其中N是x的長(zhǎng)度,XN(K)是序列x的離散傅里葉變換.對(duì)樂(lè)曲進(jìn)行分析,截取其波動(dòng)信號(hào)的功率譜密度在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中的低頻部分,其呈現(xiàn)出1/f波動(dòng)規(guī)律,對(duì)低頻部分的功率譜密度作曲線擬合,求得特征值.其特征值能夠反映其舒緩激越情感特征.當(dāng)較小時(shí),樂(lè)曲表現(xiàn)激越情感;值較大時(shí)表現(xiàn)相對(duì)舒緩的情感.基于此數(shù)學(xué)模型,計(jì)算機(jī)就可以通過(guò)計(jì)算音樂(lè)信號(hào)的特征值來(lái)識(shí)別音樂(lè)的舒緩激起情感特征.在曲式特征識(shí)別基礎(chǔ)上,整個(gè)樂(lè)曲被劃分成一

44、個(gè)個(gè)小樂(lè)段.該部分則通過(guò)對(duì)每個(gè)樂(lè)段的音響、速度、旋律等特征進(jìn)行綜合分析,最終由一個(gè)模糊分類器判斷出其情感特征 音樂(lè)特征與舞蹈動(dòng)作的匹配系統(tǒng)將音樂(lè)特征與舞蹈動(dòng)作進(jìn)行兩個(gè)層次的匹配段匹配和音符匹配.段匹配是指根據(jù)感情色彩為各個(gè)樂(lè)段找到合適的基本表演程序,即用于表現(xiàn)某一特定情感的典型動(dòng)作序列.音符匹配則是為特定的音符安排特定的舞蹈動(dòng)作.這兩個(gè)層次的匹配過(guò)程也就是音樂(lè)機(jī)器人舞蹈表演程序的最終設(shè)計(jì)過(guò)程,它記錄了音樂(lè)機(jī)器人舞蹈隨著音樂(lè)舞動(dòng)的全部狀態(tài).段匹配在對(duì)音樂(lè)作品進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和情感分析基礎(chǔ)上,根據(jù)情感色彩為每一段旋律找到最適合的基本表演程序.段匹配的結(jié)果記錄在表演程序控制器PPC (Performan

45、ce PorgramController)序列中,作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)表演程序的基礎(chǔ),見(jiàn)圖4.表演程序控制器有以下參數(shù):控制器編號(hào),即樂(lè)段編號(hào);記錄該樂(lè)段旋律線的旋律樹的編號(hào);該樂(lè)段的起始和結(jié)束小節(jié);該樂(lè)段的感情分類;為該樂(lè)段匹配的基本表演程序的編號(hào).音符匹配包括兩部分:首先根據(jù)樂(lè)曲速度決定基本表演程序中相鄰動(dòng)作的時(shí)間間隔;其次是為關(guān)鍵音符(如強(qiáng)音)設(shè)計(jì)一些特殊的動(dòng)作.在段匹配的基礎(chǔ)上,音符匹配使舞蹈動(dòng)作的設(shè)計(jì)做到了點(diǎn)面結(jié)合.經(jīng)過(guò)段匹配和音符匹配,最初的足球機(jī)器人舞蹈的表演程序就產(chǎn)生了,它記錄了足球機(jī)器人小車隨著音樂(lè)起舞的所有動(dòng)作。2·3仿真、調(diào)試與實(shí)現(xiàn)澳大利亞格利菲斯大學(xué)RSS開(kāi)發(fā)組開(kāi)發(fā)

46、的FIRA(Federation of International Robot-soccer Asso-ciation) Middle League SimuroSot5vs5三維動(dòng)畫仿真平臺(tái)作為機(jī)器人舞蹈的仿真環(huán)境,當(dāng)表演程序被設(shè)計(jì)出來(lái)后,通過(guò)三維動(dòng)畫可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際舞蹈效果的仿真.無(wú)論情感表現(xiàn)如何細(xì)膩、協(xié)調(diào)配合如何一致,與人的情感感知與情感表現(xiàn)相比,人工系統(tǒng)客觀上存在不足.在觀看動(dòng)畫仿真結(jié)果后,用戶可能需要對(duì)原表演程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?并且可以一邊調(diào)試,一邊觀看效果.由于仿真機(jī)器人足球系統(tǒng)與半自主機(jī)器人足球系統(tǒng)在軟件上有許多共同之處,根據(jù)修改后的機(jī)器人舞蹈程序,可以編譯成可執(zhí)行程序,配合音樂(lè)同

47、步播放,控制半自主機(jī)器人小車進(jìn)行多個(gè)機(jī)器人的協(xié)調(diào)的舞蹈表演.3結(jié)語(yǔ)根據(jù)本方案,進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)性驗(yàn)證.對(duì)于其中的音樂(lè)情感特征分類、機(jī)器人基本舞蹈動(dòng)作的編排進(jìn)行了基礎(chǔ)性的構(gòu)建,并通過(guò)音樂(lè)基本特征、曲式特征和情感特征的識(shí)別,進(jìn)行了與基本動(dòng)作的匹配試驗(yàn).完成了一個(gè)與音樂(lè)協(xié)調(diào)配合的多個(gè)機(jī)器人舞蹈的編排,從而表現(xiàn)出音樂(lè)的情感內(nèi)涵.通過(guò)試驗(yàn)性驗(yàn)證,表明本系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的合理性和可實(shí)現(xiàn)性.(位置和姿態(tài))的集合。機(jī)器人的動(dòng)作設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，它具有很大的主觀性、模糊性，而且隨著關(guān)節(jié)和自由度的增多，關(guān)節(jié)之間的相互影響程度的增大，動(dòng)作設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的工作量大大增加。機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度數(shù)量和分布情況與機(jī)器人舞蹈

48、動(dòng)作的性能有直接的關(guān)系，自由度的多少?zèng)Q定了機(jī)器人的潛在應(yīng)用能力。本文對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)量和分布與機(jī)器人的舞蹈動(dòng)作之間的關(guān)系作了詳細(xì)的分析。自由度設(shè)置過(guò)少，機(jī)器人的動(dòng)作不靈活甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種舞蹈動(dòng)作，關(guān)節(jié)自由度數(shù)目不能太少。但是基于能滿足基本動(dòng)作的情況下，盡量減少關(guān)節(jié)自由度，所以關(guān)節(jié)自由度也不能太多。通過(guò)對(duì)NOBODY機(jī)器人視頻動(dòng)畫的分析，仿人機(jī)器人二維模型結(jié)合考慮仿人機(jī)器人的本身結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況。為了更好的利用虛擬人模擬實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫，本文中采用三維虛擬人最小骨骼模型是由全身的所有關(guān)節(jié)和骨骼段組成。三維虛擬人骨架模型包括54個(gè)關(guān)節(jié)(包括一個(gè)重心位置)和53塊骨骼段，最小人體骨

49、骼模型每個(gè)部位體可以分別繞著各自的關(guān)節(jié)在不同的自由度方向上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生虛擬人的運(yùn)動(dòng)。虛擬人模型的每個(gè)上肢有18個(gè)關(guān)節(jié)共32個(gè)自由度。其中肩關(guān)節(jié)有3個(gè)自由度，肘關(guān)節(jié)有2個(gè)自由度，腕關(guān)節(jié)有2個(gè)自由度，共7個(gè)自由度。為了表達(dá)復(fù)雜的舞蹈動(dòng)作，每個(gè)手指定義了3個(gè)關(guān)節(jié)，其自由度分別是1，1，3，一共25個(gè)自由度6-8。三維虛擬人最小骨骼模型不僅解決了仿人機(jī)器人的舞蹈動(dòng)作復(fù)雜性的問(wèn)題，又保證了仿人機(jī)器人舞蹈動(dòng)作的完整性，從而基于三維虛擬人最小骨骼模型實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫。2三維虛擬人實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人舞蹈動(dòng)畫的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)為了更好的實(shí)現(xiàn)三維虛擬人仿真實(shí)現(xiàn)機(jī)器人舞蹈動(dòng)畫，本文特別設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬舞蹈動(dòng)作關(guān)鍵

50、幀數(shù)據(jù)庫(kù)，存于專門的數(shù)組中。由于本論文中的舞蹈動(dòng)畫關(guān)鍵幀繁多，一一列出略顯繁雜，故而僅以一段舞蹈視頻中的關(guān)鍵幀為例，簡(jiǎn)單介紹一下本論文中的三維虛擬人舞蹈動(dòng)畫的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)思想。是以8個(gè)關(guān)鍵幀代表的虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)表的簡(jiǎn)單舉例 仿真結(jié)果本文中為了使關(guān)鍵手勢(shì)之間更好的過(guò)渡，而設(shè)計(jì)了過(guò)渡函數(shù)。void Rotation:RMiddle(GLfloat array)for(int i=0;i<MINSIZE;i+)if(arrayi!=RMemberAnglei)RFreeNi=arrayi-RMemberAnglei;if(RFreeNi>=0.0f&&RFreeNi&l

51、t;0.1f|RFreeNi<0.0f&&RFreeNi>-0.1f)RMemberAnglei=arrayi;if(ifcontinue=1)rcontinuous=1;RMemberAnglei+=RFreeNi/160.0f;在這個(gè)函數(shù)中array數(shù)組是新的關(guān)鍵舞蹈動(dòng)作數(shù)組中的數(shù)據(jù)，MINSIZE是經(jīng)過(guò)宏定義的列坐標(biāo)的總數(shù)，即各個(gè)關(guān)節(jié)需要控制的總數(shù)。RmemberAngle數(shù)組是用于記錄上一次變換后的數(shù)組，RfreeN數(shù)組負(fù)責(zé)記錄新數(shù)據(jù)和記憶數(shù)據(jù)之差，然后用這個(gè)差數(shù)據(jù)去除以一個(gè)特定的閾值，在本文設(shè)計(jì)中，定義該閾值為160.0f，該閾值的大小決定了舞蹈關(guān)鍵動(dòng)作之

52、間過(guò)渡的速度，閾值越小速度越快，反之則越大。在過(guò)渡函數(shù)被調(diào)用的過(guò)程中，判斷新數(shù)組和記憶數(shù)組的差值是否已經(jīng)足夠小，如果足夠小，則直接將新數(shù)組中的數(shù)據(jù)賦值給記憶數(shù)組，以免產(chǎn)生無(wú)限循環(huán)的狀況。三維虛擬人舞蹈動(dòng)作的平滑度直接影響到舞蹈運(yùn)動(dòng)的可懂性。虛擬人舞蹈動(dòng)作的特殊性在于它是有一些關(guān)鍵動(dòng)作合成的動(dòng)畫序列，相鄰的兩個(gè)舞蹈動(dòng)作之間存在著很大的動(dòng)作差異，如果不進(jìn)行平滑處理，將導(dǎo)致舞蹈動(dòng)作在相鄰關(guān)鍵動(dòng)作的銜接處產(chǎn)生大幅度變化，這樣將產(chǎn)生跳幀現(xiàn)象，給人失真的感覺(jué)。加入設(shè)計(jì)的過(guò)渡函數(shù)后，動(dòng)作平緩過(guò)渡，動(dòng)作銜接流暢，比較符合真實(shí)狀態(tài)下機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫。NOBODY機(jī)器人舞蹈視頻的二維關(guān)鍵幀截圖，如圖3所示：圖3

53、NOBODY機(jī)器人舞蹈二維關(guān)鍵幀截圖三維虛擬人骨骼模型讀取表1虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)鍵幀舞蹈動(dòng)作實(shí)現(xiàn)NOBODY機(jī)器人舞蹈動(dòng)畫的仿真結(jié)果。4結(jié)束語(yǔ)本文基于三維虛擬人的骨骼模型仿真實(shí)現(xiàn)了仿人機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫。論文中通過(guò)分析機(jī)器人舞蹈動(dòng)作運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的基本方法，基于此建立了三維虛擬人實(shí)現(xiàn)機(jī)器人舞蹈動(dòng)作的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)庫(kù)，在此基礎(chǔ)上利用中間幀的過(guò)渡函數(shù)實(shí)現(xiàn)了虛擬人骨骼模型仿真實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫。進(jìn)一步的工作將研究實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取二維視頻的關(guān)鍵幀算法以及二維關(guān)鍵幀轉(zhuǎn)換為三維關(guān)鍵幀的方法，這樣就可以實(shí)現(xiàn)二維視頻自動(dòng)驅(qū)動(dòng)三維虛擬人實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的舞蹈動(dòng)畫。數(shù)控機(jī)床，數(shù)控系統(tǒng)和藍(lán)天數(shù)控的相關(guān)知識(shí)。談數(shù)控機(jī)床數(shù)控

54、系統(tǒng)的使用施展（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）數(shù)控機(jī)床在加工時(shí),從加工程序的計(jì)算到控制機(jī)床進(jìn)行加工都是由數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)控制的,因而避免了人為誤差。但是由于操作者無(wú)法介入,也就不能對(duì)一些誤差進(jìn)行人為的補(bǔ)償,因此對(duì)數(shù)控機(jī)床本身提出了更高的精度要求。1數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能1.1間隙補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(即進(jìn)給運(yùn)動(dòng))是依靠驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪、絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而移動(dòng)工作臺(tái)或刀架的,作為傳動(dòng)部件的齒輪、絲杠等盡管制造精度很高,但總免不了存在傳動(dòng)間隙,由于在開(kāi)環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中,數(shù)控裝置僅準(zhǔn)確地控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),那么當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí),會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn),即電動(dòng)機(jī)已轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度,

55、但工作臺(tái)或刀架并沒(méi)有移動(dòng),從而形成指令位置與實(shí)際位置的誤差。1.2螺距誤差補(bǔ)償在開(kāi)環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床上,定位精度主要取決于進(jìn)給絲杠的精度,所以數(shù)控機(jī)床常使用高精度滾珠絲杠。但絲杠總存在制造誤差,并且長(zhǎng)期使用還會(huì)產(chǎn)生磨損,因此要想進(jìn)一步提高精度,則需采用螺距誤差補(bǔ)償(也稱軸向校準(zhǔn))。螺距誤差補(bǔ)償?shù)幕舅枷刖褪菍?shù)控機(jī)床控制某軸運(yùn)動(dòng)的指令位置與高精度位置測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的實(shí)際位置相比較,計(jì)算出在全行程上的誤差分布曲線,將誤差以表格的形式輸入至數(shù)控裝置中,以后數(shù)控裝置在控制該軸運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)自動(dòng)考慮到該誤差值并加以補(bǔ)償。由于滾珠絲杠本身是精密傳動(dòng)部件,要測(cè)量其誤差分布,必須采用更高精度級(jí)別的測(cè)量?jī)x器,目前

56、大多采用激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量。2故障診斷數(shù)控機(jī)床的故障包括數(shù)控系統(tǒng)的故障、伺服與主軸驅(qū)動(dòng)裝置的故障以及輔助裝置(如換刀裝置、液壓氣動(dòng)裝置、各種有觸點(diǎn)/無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、繼電器)等的故障,由于數(shù)控機(jī)床集機(jī)、電、液、氣于一體,因此對(duì)維修人員的素質(zhì)要求很高.知識(shí)要全面,還要有一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有較完善的自診斷功能,也就是說(shuō),在正常工作時(shí)它們能不斷地對(duì)其自身是否處于正常狀態(tài)進(jìn)行檢查。自診斷大多是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成的,不需增加硬件電路,也不增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性,并且其診斷結(jié)果可以通過(guò)顯示器直觀地顯示出來(lái)。隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的不斷增強(qiáng),自診斷也顯得越來(lái)越重要。3通信功能數(shù)控系統(tǒng)通常都具備一定的通信

57、功能,用于與外部設(shè)備交換信息,通常的通信接口有下面兩類。3.1 RS232c與20mA電流接口RS232c標(biāo)準(zhǔn)接口在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用最為普通,因此通常是數(shù)控系統(tǒng)的必備接口。它采用電壓傳輸信號(hào),邏輯0大于3V,邏輯1小于-3V,傳輸頻率不超過(guò)20kHz,傳輸距離最長(zhǎng)為15m,20mA電流接口的原理與RS232完全相同,只不過(guò)它是靠電流傳輸信號(hào),以有20mA電流作為邏輯1,而無(wú)電流作為邏輯0。由于電流傳輸對(duì)共模干擾有抑制作用,并可采用隔離技術(shù)消除接地回路引起的干擾,因此其傳輸距離通?？蛇_(dá)1000m。為彌補(bǔ)RS232c的不足,一些系統(tǒng)采用了雙端平衡電氣傳輸?shù)腞S422標(biāo)準(zhǔn),這種平衡發(fā)送能更可靠、更快

58、地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,所采用的雙端驅(qū)動(dòng)器發(fā)送信號(hào)、差分接收器接收信號(hào),能克服傳輸中的共模干擾,還允許線路有較大的信號(hào)衰減,因此傳輸距離更遠(yuǎn)、頻率更高。3.2現(xiàn)代數(shù)控裝置的網(wǎng)絡(luò)接口隨著對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化程度要求的不斷提高,生產(chǎn)要有很高的靈活性并能充分利用設(shè)備資源,為此需將數(shù)控裝置與其他自動(dòng)化設(shè)備通過(guò)工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)LAM聯(lián)網(wǎng)。4數(shù)控機(jī)床的零點(diǎn)和參考點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床中,刀具的運(yùn)動(dòng)是在坐標(biāo)系中進(jìn)行的。在一臺(tái)機(jī)床里,有機(jī)床零點(diǎn)、機(jī)床參考點(diǎn)、編程原點(diǎn)等,理解它們對(duì)操作機(jī)床和編程是很重要的。4.1機(jī)床坐標(biāo)系與機(jī)床零點(diǎn)機(jī)床零點(diǎn)M是由機(jī)床廠確定的,它是機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn),用它進(jìn)一步建立編程坐標(biāo)系與原點(diǎn)。為數(shù)控車床各有關(guān)點(diǎn)的關(guān)系。4

59、.2機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床零點(diǎn)是通過(guò)返回機(jī)床參考點(diǎn)來(lái)確定的,機(jī)床參考點(diǎn)尺的位置在每個(gè)軸上都是用行程開(kāi)關(guān)來(lái)粗定位,由編碼器的零位電脈沖來(lái)精定位。數(shù)控機(jī)床通電后,必須首先使各軸返回參考點(diǎn),從而確定機(jī)床坐標(biāo)系后,才能進(jìn)行其他操作。機(jī)床參考點(diǎn)相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)可設(shè)定的確定值,由機(jī)床廠家測(cè)量并輸入數(shù)控裝置之中,每當(dāng)返回參考點(diǎn)動(dòng)作完成后,顯示器上立即顯示出機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值,表明機(jī)床坐標(biāo)系已經(jīng)建立。4.3工件零點(diǎn)與工件坐標(biāo)系工件零點(diǎn),其位置可由編程人員任意設(shè)定,但在選擇工件坐標(biāo)系時(shí),應(yīng)盡可能將工件零點(diǎn)選擇在工藝定位基準(zhǔn)上,這樣對(duì)加工保證精度有利,如果設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)不重合,要分析由于基準(zhǔn)不重合產(chǎn)生的誤差。5數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定數(shù)控系